JP3460698B2 - 電力供給装置、電力供給方法、携帯型電子機器および電子時計 - Google Patents

電力供給装置、電力供給方法、携帯型電子機器および電子時計

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JP3460698B2
JP3460698B2 JP2000571549A JP2000571549A JP3460698B2 JP 3460698 B2 JP3460698 B2 JP 3460698B2 JP 2000571549 A JP2000571549 A JP 2000571549A JP 2000571549 A JP2000571549 A JP 2000571549A JP 3460698 B2 JP3460698 B2 JP 3460698B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電力供給装置、電
力供給方法、および、この装置を用いた携帯型電子機
器、ならびに、電子時計に係り、特に発電された交流電
力を効率良く整流して電力として供給し、無発電状態等
でのリーク電流を抑制するための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】腕時計装置のような小型携帯型の電子機
器にあっては、発電機を内蔵すれば、いつでも動作させ
ることができ、また、煩わしい電池の交換作業を不要と
することができる。ここで、発電機によって発電される
電力が交流であれば、一般に、整流回路としてダイオー
ドブリッジ回路が用いることが考えられる。しかし、ダ
イオードブリッジ回路では、ダイオード２個分の電圧降
下による損失が発生するので、小型携帯型の電子機器に
用いられる発電機、すなわち、小振幅の交流電圧を発電
する発電機の整流には適さない。
【０００３】そこで、４個のダイオードのうち、２個の
ダイオードをトランジスタに置換した整流回路が提案さ
れている。このような構成において、発電機の第１の端
子の電圧レベルが、発電によって対応する第１のトラン
ジスタのしきい値電圧を越えると、当該第１のトランジ
スタがオンするので、電流は、第１の端子→第１のダイ
オード→コンデンサ→第１のトランジスタ→第２の端子
という閉ルートで流れる。この結果、コンデンサが充電
される。一方、発電機の第２の端子の電圧レベルが、対
応する第２のトランジスタのしきい値電圧を越えると、
当該第２のトランジスタがオンするので、電流は、第２
の端子→第２のダイオード→コンデンサ→第２のトラン
ジスタ→第１の端子という閉ルートで流れる。この結
果、コンデンサが充電される。したがって、発電機の両
端子間において発生した交流電力は全波整流されるの
で、しかも、全波整流に際しての電圧降下による損失は
ダイオード１個分で済むので、発電機が小振幅の交流電
圧を発電する場合であっても、充電されたコンデンサに
よって、あるいは、整流された電流によって直接、負荷
を駆動させることができることとなった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、第１および
第２のダイオードには、実際にはリーク電流、すなわ
ち、逆方向に微小電流が流れる。このため、発電機が無
発電状態の場合や、その起電圧が小振幅である場合に、
発電機の両端子の電圧は、基準電位からシフトするの
で、第１あるいは第２のトランジスタが完全にオフとな
らない。したがって、このような場合における発電機の
端子の電圧は、リーク電流によるダイオードの抵抗分
と、完全にはオフとならない結果生じるトランジスタの
抵抗分とで定まる分圧比のレベルで安定することにな
る。そして、この安定したレベルによりトランジスタは
若干オン気味となるので、せっかくコンデンサ充電した
電力が放電されてしまい、無駄に電力が消費されるとい
う事態を招くことになった。特に、小型携帯型の電子機
器にあっては、その消費電流が数百ｎＡ程度という極め
て低い値が要求されるものもあるため、数十ｎＡ程度と
いわれるダイオードリーク電流の影響は無視することが
できない。
【０００５】本発明は、上述した問題に鑑みてなされも
のであり、その目的とするところは、発電された交流起
電力を効率良く整流して電力として供給するとともに、
無発電状態の場合や起電圧が小振幅である場合でのリー
ク電流を極めて低く抑えた電力供給装置、電力供給方
法、および、この装置を用いた携帯型電子機器、ならび
に、電子時計を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の第１の態様は、第１および第２の電源ライ
ンに基づいて電力を供給する電力供給装置であって、交
流電圧が給電される一方の端子と前記第１の電源ライン
とに接続された第１のダイオードと、前記交流電圧が給
電される他方の端子と前記第１の電源ラインとに接続さ
れた第２のダイオードと、前記一方の端子と前記第２の
電源ラインとの間に接続された第１のスイッチングユニ
ットであって、オフ状態にある場合のリーク電流が前記
第１のダイオードよりも小さい第１のスイッチユニット
と、前記他方の端子と前記第２の電源ラインとの間に接
続された第２のスイッチングユニットであって、オフ状
態にある場合のリーク電流が前記第２のダイオードより
も小さい第２のスイッチユニットと、前記一方の端子に
基づく電圧レベルと、前記第１の電源ラインに基づく電
圧レベルとを比較することによって、前記第１のダイオ
ードに順方向電流が流れていないと判別したときに前記
第２のスイッチングユニットをオフに制御するととも
に、前記他方の端子に基づく電圧レベルと、前記第１の
電源ラインに基づく電圧レベルとを比較することによっ
て、前記第２のダイオードに順方向電流が流れていない
と判別したときに前記第１のスイッチングユニットをオ
フに制御する制御ユニットとを具備することを特徴とし
ている。
【０００７】また、本発明の第１の態様は、前記第１お
よび第２のダイオードは、Ｐ型あるいはＮ型基板で集積
化されるものであり、前記第１の電源ラインは、前記Ｎ
型基板で集積化される場合には前記第２の電源ラインよ
りも高位であり、前記Ｐ型基板で集積化される場合には
前記第２の電源ラインよりも低位であることを特徴とし
ている。
【０００８】また、本発明の第１の態様は、前記第１お
よび第２のスイッチングユニットは、それぞれ電界効果
型トランジスタであることを特徴としている。さらに本
発明の第１の態様は、前記第１のスイッチングユニット
としての電界効果型トランジスタの寄生ダイオードと、
前記第２のスイッチングユニットとしての電界効果型と
トランジスタの寄生ダイオードと、前記第１のダイオー
ドと、前記第２のダイオードとによってブリッジ回路が
構成されることを特徴としている。
【０００９】また、本発明の第１の態様の前記制御ユニ
ットは、前記第１のダイオードに順方向電流が流れてい
なければ、前記第２のスイッチングユニットをオフに制
御する第１の制御ユニットと、前記第２のダイオードに
順方向電流が流れていなければ、前記第１のスイッチン
グユニットをオフに制御する第２の制御ユニットとを備
えていることを特徴としている。
【００１０】また、本発明の第１の態様は、第１の電源
ラインは第２の電源ラインよりも高電位であって、制御
ユニットは、一方の端子の電圧レベルが、第１の電源ラ
インのレベルよりある所定の電圧レベルを加算した電圧
レベルを超えたか否かに基づいて第１のダイオードに順
方向電流が流れたか否かを判別し、他方の端子の電圧レ
ベルが第１の電源ラインのレベルよりある所定の電圧レ
ベルを加算した電圧レベルを超えたか否かに基づいて第
２のダイオードに順方向電流が流れたか否かを判別する
ことを特徴としている。
【００１１】また、本発明の第１の態様は、第１の電源
ラインは第２の電源ラインよりも低電位であって、制御
ユニットは、一方の端子の電圧レベルが、第１の電源ラ
インのレベルよりある所定の電圧レベルを減算した電圧
レベル未満であるか否かに基づいて第１のダイオードに
順方向電流が流れたか否かを判別し、他方の端子の電圧
レベルが第１の電源ラインのレベルよりある所定の電圧
レベルを減算した電圧レベル未満であるか否かに基づい
て第２のダイオードに順方向電流が流れたか否かを判別
することを特徴としている。
【００１２】さらに本発明の第１の態様の制御ユニット
は、所定電圧レベルをオフセットすることを特徴として
いる。さらに本発明の第１の態様における所定電圧レベ
ルは、対応するダイオードの順方向電圧に相当する電圧
であることを特徴としている。また、本発明の第１の態
様は、少なくとも第１のスイッチングユニット、第２の
スイッチングユニット及び制御ユニットは、一つの半導
体基板上に形成されていることを特徴としている。
【００１３】また、本発明の第１の態様は、第１の電源
ライン及び第２の電源ラインを介して供給された電力を
蓄電する蓄電ユニットを備え、蓄電ユニットから制御ユ
ニットに電源を供給することを特徴としている。また、
本発明の第１の態様は、第１の電源ライン及び第２の電
源ラインを介して供給された電力を蓄電する蓄電ユニッ
トと、蓄電ユニットの出力電圧を昇圧し、昇圧後の電力
を制御ユニットの電源として供給することを特徴として
いる。さらに本発明の第１の態様は、第１の電源ライン
は基準電位に設定されることを特徴としている。さらに
本発明の第１の態様は、交流電圧を給電すべく交流電力
を発電する交流発電ユニットを備えたことを特徴として
いる。
【００１４】また、本発明の第２の態様は、交流電圧が
給電される一方の端子と第１の電源ラインとに接続され
た第１のダイオードと、前記交流電圧が給電される他方
の端子と前記第１の電源ラインとに接続された第２のダ
イオードと、前記一方の端子と第２の電源ラインとの間
に接続された第１のスイッチングユニットであって、オ
フ状態にある場合のリーク電流が前記第１のダイオード
よりも小さい第１のスイッチユニットと、前記他方の端
子と前記第２の電源ラインとの間に接続された第２のス
イッチングユニットであって、オフ状態にある場合のリ
ーク電流が前記第２のダイオードよりも小さい第２のス
イッチユニットとを備え、前記第１および第２の電源ラ
インに基づいて電力を供給する電力供給方法であって、
前記一方の端子に基づく電圧レベルと、前記第１の電源
ラインに基づく電圧レベルとを比較することによって、
前記第１のダイオードに順方向電流が流れていないと判
別したときに前記第２のスイッチングユニットをオフに
制御するとともに、前記他方の端子に基づく電圧レベル
と、前記第１の電源ラインに基づく電圧レベルとを比較
することによって、前記第２のダイオードに順方向電流
が流れていないと判別したときに前記第１のスイッチン
グユニットをオフに制御することを特徴としている。
【００１５】また、本発明の第３の態様は、一方の端子
および他方の端子間に交流電圧を発生させる発電ユニッ
トと、前記一方の端子と第１の電源ラインとに接続され
た第１のダイオードと、前記他方の端子と前記第１の電
源ラインとに接続された第２のダイオードと、前記一方
の端子と第２の電源ラインとの間に接続された第１のス
イッチングユニットであって、オフ状態にある場合のリ
ーク電流が前記第１のダイオードよりも小さい第１のス
イッチユニットと、前記他方の端子と前記第２の電源ラ
インとの間に接続された第２のスイッチングユニットで
あって、オフ状態にある場合のリーク電流が前記第２の
ダイオードよりも小さい第２のスイッチユニットと、前
記一方の端子に基づく電圧レベルと、前記第１の電源ラ
インに基づく電圧レベルとを比較することによって、前
記第１のダイオードに順方向電流が流れていないと判別
したときに前記第２のスイッチングユニットをオフに制
御するとともに、前記他方の端子に基づく電圧レベル
と、前記第１の電源ラインに基づく電圧レベルとを比較
することによって、前記第２のダイオードに順方向電流
が流れていないと判別したときに前記第１のスイッチン
グユニットをオフに制御する制御ユニットと前記第１お
よび第２の電源ラインに基づいて供給された電力によっ
て、所定の処理を実行する処理ユニットとを具備するこ
とを特徴としている。
【００１６】また、第４の態様は、一方の端子および他
方の端子間に交流電圧を発生させる発電ユニットと、前
記一方の端子と第１の電源ラインとに接続された第１の
ダイオードと、前記他方の端子と前記第１の電源ライン
とに接続された第２のダイオードと、前記一方の端子と
第２の電源ラインとの間に接続された第１のスイッチン
グユニットであって、オフ状態にある場合のリーク電流
が前記第１のダイオードよりも小さい第１のスイッチユ
ニットと、前記他方の端子と前記第２の電源ラインとの
間に接続された第２のスイッチングユニットであって、
オフ状態にある場合のリーク電流が前記第２のダイオー
ドよりも小さい第２のスイッチユニットと、前記一方の
端子に基づく電圧レベルと、前記第１の電源ラインに基
づく電圧レベルとを比較することによって、前記第１の
ダイオードに順方向電流が流れていないと判別したとき
に前記第２のスイッチングユニットをオフに制御すると
ともに、前記他方の端子に基づく電圧レベルと、前記第
１の電源ラインに基づく電圧レベルとを比較することに
よって、前記第２のダイオードに順方向電流が流れてい
ないと判別したときに前記第１のスイッチングユニット
をオフに制御する制御ユニットと、前記第１および第２
の電源ラインに基づいて供給された電力によって、時刻
を計時する計時ユニットとを具備することを特徴として
いる。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明を実施するための形
態について図面を参照して説明する。
【００１８】［１］ 一般的な電源供給回路の構成 まず、本発明の好適な実施形態を説明するに先立ち、本
発明の理解を深めるべく、整流回路として機能するダイ
オードブリッジ回路を構成する４個のダイオードのうち
２個のダイオードをトランジスタに置換した整流回路を
有する電源供給装置について説明する。
【００１９】図１５に、ダイオードブリッジ回路を構成
する４個のダイオードのうち２個のダイオードをトラン
ジスタに置換した整流回路を用いた電源供給装置の回路
構成を示す。図１５に示されるように、発電機１００の
一方の端子ＡＧ１は、ダイオードＤ１を介して、また、
他方の端子ＡＧ２はダイオードＤ２を介して、それぞれ
電源の高位側電圧Ｖｄｄに接続されている。さらに、端
子ＡＧ１は、Ｎチャネル電界効果型のトランジスタ１２
１を介して、また、端子ＡＧ２は、同型のトランジスタ
１２２を介して、それぞれ電源の低位側電圧Ｖｓｓに接
続されている。そして、トランジスタ１２１のゲートは
端子ＡＧ２に、トランジスタ１２２のゲートは端子ＡＧ
１に、それぞれ接続されている。なお、コンデンサ１４
０は整流された電流を充電するものであり、負荷１５０
は、これを電源として、当該電子機器において各種処理
を実行するものである。
【００２０】このような構成において、端子ＡＧ１の電
圧レベルが、発電によってトランジスタ１２２のしきい
値電圧を越えると、トランジスタ１２２がオンするの
で、電流は、端子ＡＧ１→ダイオードＤ１→コンデンサ
１４０→トランジスタ１２２→端子ＡＧ２という閉ルー
トで流れる。この結果、コンデンサ１４０が充電され
る。一方、端子ＡＧ２の電圧レベルが、トランジスタ１
２１のしきい値電圧を越えると、トランジスタ１２１が
オンするので、電流は、端子ＡＧ２→ダイオードＤ２→
コンデンサ１４０→トランジスタ１２１→端子ＡＧ１と
いう閉ルートで流れる。この結果、コンデンサ１４０が
充電される。したがって、端子ＡＧ１、ＡＧ２間におい
て発生した交流電力は全波整流されるので、しかも、全
波整流に際しての電圧降下による損失はダイオード１個
分で済む。この結果、発電機１００が小振幅の交流電圧
を発電する場合であっても、充電されたコンデンサ１４
０によって、あるいは、整流された電流によって直接、
負荷１５０を駆動させることができる。
【００２１】ところで、ダイオードＤ１、Ｄ２には、図
１５に破線矢印で示すように、実際にはリーク電流Ｉ
L、すなわち、逆方向に微小電流が流れる。より詳細に
は、高位側電源（Ｖｄｄ）から低位側電源（Ｖｓｓ）に
向かってダイオードＤ１及びトランジスタ１２１を介し
てリーク電流ＩLが流れ、あるいは、高位側電源（Ｖｄ
ｄ）から低位側電源（Ｖｓｓ）に向かってダイオードＤ
２及びトランジスタ１２２を介してリーク電流ＩLが流
れることとなる。このため、発電機１００が無発電状態
の場合や、その起電圧が小振幅である場合に、端子ＡＧ
１、ＡＧ２の電圧は、基準電位からシフトするので、ト
ランジスタ１２１、１２２が完全にオフとならない。
【００２２】したがって、このような場合における端子
ＡＧ１（ＡＧ２）の電圧は、リーク電流によるダイオー
ドＤ１（Ｄ２）の抵抗分と、完全にはオフとならない結
果生じるトランジスタ１２１（１２２）の抵抗分とで定
まる分圧比のレベルで安定することになる。そして、こ
の安定したレベルによりトランジスタ１２１、１２２は
若干オン気味となってしまい、せっかくコンデンサ１４
０に充電した電力が放電されてしまい、無駄に電力が消
費されるという事態を招くこととなっていた。
【００２３】［２］ 第１実施形態 ［２．１］ 第１実施形態の構成 図１は、本発明の第１実施形態にかかる電力供給装置の
構成を示す回路図である。
【００２４】図１に示されるように、本実施形態にかか
る電力供給装置は、発電機１００によって交流電圧が給
電される一方の端子ＡＧ１および他方の端子ＡＧ２が、
それぞれダイオードＤ１、Ｄ２を介して電源の高位側電
圧Ｖｄｄに接続される点において、図１５に示した一般
的な電力供給装置の構成と同様である。しかし、本第１
実施形態にかかる電力供給装置は、端子ＡＧ１を電源の
低位側電圧Ｖｓｓに接続するトランジスタ１２１が、イ
ンバータ１２３によって反転されたコンパレータ２０２
の比較結果によりオンオフ制御される点で上述した一般
的な電力供給装置と異なっている。
【００２５】また、本第１実施形態にかかる電力供給装
置は、端子ＡＧ２を低位側電圧Ｖｓｓに接続するトラン
ジスタ１２２が、インバータ１２４によって反転された
コンパレータ２０１の比較結果によりオンオフ制御され
る点において、上記一般的な電力供給装置と異なってい
る。この場合において、コンパレータ２０１は、ダイオ
ードＤ１に順方向電流が流れたか否かを判別する機能を
有している。
【００２６】ところで、本第１実施形態においては、ダ
イオードＤ１に順方向電流が流れるのは、端子ＡＧ１の
電圧が高位側電圧ＶｄｄをダイオードＤ１の順方向電圧
だけ高位側にレベルした電圧よりもさらに高位である場
合である。そこで、本第１実施形態においては、レベル
シフタ２５１によって、高位側電圧Ｖｄｄがダイオード
Ｄ１の順方向電圧に相当する電圧Ｖoffset1だけ高位側
にレベルシフトされて、このレベルシフトされた電圧が
コンパレータ２０１の正入力端（＋）に供給される構成
となっている。
【００２７】さらに、本第１実施形態においては、端子
ＡＧ１の電圧がコンパレータ２０１の負入力端（−）に
供給される構成となっている。したがって、ダイオード
Ｄ１に順方向電流が流れる場合には、コンパレータ２０
１の出力信号は「Ｌ」レベルとなる。また、ダイオード
Ｄ１に順方向電流が流れない場合には、コンパレータ２
０１の出力信号は「Ｈ」レベルとなる。同様に、コンパ
レータ２０２は、ダイオードＤ２に順方向電流が流れた
か否かを判別する機能を有しており、本第１実施形態に
おいては、ダイオードＤ２に順方向電流が流れるのは、
端子ＡＧ２の電圧が高位側電圧ＶｄｄをダイオードＤ２
の順方向電圧だけ高位側にレベルした電圧よりもさらに
高位である場合である。そこで、本第１実施形態におい
ては、レベルシフタ２５２によって、高位側電圧Ｖｄｄ
がダイオードＤ２の順方向電圧に相当する電圧Ｖoffset
2だけ高位側にレベルシフトされて、このレベルシフト
された電圧がコンパレータ２０２の正入力端（＋）に供
給される構成となっている。
【００２８】さらに本第１実施形態においては、端子Ａ
Ｇ２の電圧がコンパレータ２０２の負入力端（−）に供
給される構成となっている。したがって、ダイオードＤ
２に順方向電流が流れる場合には、コンパレータ２０２
の出力信号は「Ｌ」レベルとなる。また、ダイオードＤ
２に順方向電流が流れない場合には、コンパレータ２０
２の出力信号は「Ｈ」レベルとなる。
【００２９】本第１実施形態においては、レベルシフタ
２５１、２５２は、それぞれコンパレータ２０１、２０
２の正入力端（＋）側に設けられているが、負入力端
（−）側に設ける構成としても良い。より具体的には、
レベルシフタ２５１、２５２を負入力端（−）側に設け
る場合には、端子ＡＧ１の電圧が、ダイオードＤ１の順
方向電圧に相当する電圧Ｖoffset3だけ低位側にレベル
シフトされて、このレベルシフトされた電圧がコンパレ
ータ２０１の負入力端（−）に供給される。また、端子
ＡＧ２の電圧が、ダイオードＤ２の順方向電圧に相当す
る電圧Ｖoffset4だけ低位側にレベルシフトされて、こ
のレベルシフトされた電圧がコンパレータ２０２の負入
力端（−）に供給される。
【００３０】要は、コンパレータ２０１、２０２が、ダ
イオードＤ１、Ｄ２の順方向電圧を考慮して、順方向電
流が流れたか否かを判別することができる構成とすれば
足りるのである。このため、コンパレータ２０１、２０
２の各入力端に供給される電圧の一方をレベルシフトす
る構成だけではなく、双方をレベルシフトする構成でも
構わない。また、通常、ダイオードＤ１、Ｄ２を同型と
すれば、その順方向電圧が略同一となるので、Ｖoffset
1＝Ｖoffset2（Ｖoffset3＝Ｖoffset4）とすれば足り
る。しかしながら、整流性能等を重視する場合であれ
ば、ダイオードＤ１、Ｄ２の特性に合わせて、Ｖoffset
1（Ｖoffset3）、Ｖoffset2（Ｖoffset4）を個別に設定
するほうが好ましい。加えて、図１に示した例では、レ
ベルシフタ２５１、２５２は、それぞれコンパレータ２
０１、２０２に対して外部回路の態様を採っているが、
レベルシフタ２５１をコンパレータ２０１に内蔵し、レ
ベルシフタ２５２をコンパレータ２０２に内蔵する構成
を採ることも可能である。さらに、トランジスタ１２
１、１２２とともにレベルシフタ２５１、２５２を集積
化する構成としても良い。このように集積化すれば、小
型化に大いに寄与することが可能となる。
【００３１】ここで、コンパレータ２０１、２０２の一
例について図２を参照して説明する。この場合におい
て、コンパレータ２０１およびコンパレータ２０２は同
一構成であるので、コンパレータ２０１を主として説明
する。
【００３２】図２に示されるように、コンパレータ２０
１（２０２）は、一対の負荷トランジスタ２１１、２１
２と、一対の入力トランジスタ２１３、２１４と、出力
トランジスタ２１５と、定電流源２１６、２１７と、を
備えて構成される。コンパレータ２０１の構成要素のう
ち、負荷トランジスタ２１１、２１２および出力トラン
ジスタ２１５はＰチャネル電界効果型であるが、入力ト
ランジスタ２１３、２１４はＮチャネル電界効果型であ
る。そして、入力トランジスタ２１３、２１４の各ゲー
トが、それぞれコンパレータ２０１（２０２）の負入力
端（−）、正入力端（＋）となる一方、出力トランジス
タ２１５のドレインが出力端ＯＵＴとなっている。
【００３３】このようなコンパレータ２０１の構成にお
いて、負荷トランジスタ２１１、２１２は、カレントミ
ラー回路となるので、その負荷トランジスタ２１１、２
１２に流入する各電流値は互いに等しい。したがって、
入力トランジスタ２１３、２１４のゲートに流入する電
流（電圧）差が増幅されて、その差が端子Ａに現れる
が、これを途中で受ける負荷トランジスタ２１１、２１
２は同じ電流値しか受容しないので、その差電流（電
圧）は、次第に大きく増幅されてトランジスタ２１５の
ゲートに流入することとなる。
【００３４】この結果、コンパレータ２０１の出力端Ｏ
ＵＴたるトランジスタ２１５のドレインの電圧は、正入
力端（＋）たるトランジスタ２１４のゲート電流（電
圧）が負入力端（−）たるトランジスタ２１３のゲート
電流（電圧）を少しでも越えると、高位側電圧Ｖｄｄに
大きく振られる。また、トランジスタ２１４のゲート電
流（電圧）が負入力端（−）たるトランジスタ２１３の
ゲート電流（電圧）を越えなければ、反対に低位側電圧
Ｖｓｓに大きく振られることとなる。このようなコンパ
レータ２０１（２０２）によれば、トランジスタ２１
１、２１２を能動負荷として用いているので、定電流源
２１６、２１７以外に抵抗を１個も用いないで済む。こ
のため、集積化する場合に極めて有利となる。
【００３５】ところで、コンパレータ２０１、２０２
は、レベルシフタ２５１、２５２によってレベルシフト
された電圧を入力する構成となっているが、このような
構成は、図２における入力トランジスタ２１３、２１４
のしきい値電圧Ｖｔｈを異ならせることでも可能であ
る。より具体的には、負入力端（−）側のトランジスタ
２１３のしきい値電圧Ｖｔｈを、正入力端（＋）側のト
ランジスタ２１４のそれよりも小さくすれば、図１にお
けるレベルシフタ２５１、２５２と同等の作用効果を実
現できる。この場合において、入力トランジスタ２１
３、２１４のしきい値電圧Ｖｔｈを異ならせるには、ト
ランジスタサイズを変えることや、不純物の打ち込みな
どのプロセス的な方法などによって可能である。
【００３６】［２．２］ 第１実施形態の動作 次に、本第１実施形態にかかる電力供給装置の動作につ
いて、図３を参照して説明する。
【００３７】［２．２．１］ 端子ＡＧ１の電圧が電圧
（Ｖｄｄ＋Ｖoffset1）よりも高位である場合 図３に示されるように、端子ＡＧ１の電圧が、高位側電
圧Ｖｄｄを電圧Ｖoffset1だけ高位側にシフトした電圧
（Ｖｄｄ＋Ｖoffset1）よりも高位である場合、すなわ
ち、ダイオードＤ１に順方向電流が流れる場合、コンパ
レータ２０１の出力が「Ｌ」レベルとなる。このため、
インバータ１２４の出力が「Ｈ」レベルとなって、トラ
ンジスタ１２２がオンすることになる。したがって、こ
の場合、電流は、端子ＡＧ１→ダイオードＤ１→コンデ
ンサ１４０→トランジスタ１２２→端子ＡＧ２という閉
ルートで流れて、コンデンサ１４０が充電されることと
なる。
【００３８】［２．２．２］ 端子ＡＧ２の電圧が電圧
（Ｖｄｄ＋Ｖoffset2）よりも高位である場合 逆に、端子ＡＧ２の電圧が、高位側電圧Ｖｄｄを電圧Ｖ
offset2だけ高位側にシフトした電圧（Ｖｄｄ＋Ｖoffse
t2）よりも高位である場合、すなわち、ダイオードＤ２
に順方向電流が流れる場合、コンパレータ２０２の出力
が「Ｌ」レベルとなる。このため、インバータ１２３の
出力が「Ｈ」レベルとなって、トランジスタ１２１がオ
ンすることになる。したがって、この場合、電流は、端
子ＡＧ２→ダイオードＤ２→コンデンサ１４０→トラン
ジスタ１２１→端子ＡＧ１という閉ルートで流れて、コ
ンデンサ１４０が充電されることとなる。
【００３９】［２．２．３］ 端子ＡＧ１の電圧が電圧
（Ｖｄｄ＋Ｖoffset1）よりも低位である場合および端
子ＡＧ２の電圧が電圧（Ｖｄｄ＋Ｖoffset2）よりも低
位である場合 一方、端子ＡＧ１の電圧が電圧（Ｖｄｄ＋Ｖoffset1）
よりも低位である場合、および、端子ＡＧ２の電圧が電
圧（Ｖｄｄ＋Ｖoffset2）よりも低位である場合、すな
わち、ダイオードＤ１、Ｄ２のいずれにも順方向電流が
流れない場合、コンパレータ２０１、２０２の出力がい
ずれも「Ｈ」レベルとなる。このため、インバータ１２
３、１２４の出力がそれぞれ「Ｌ」レベルとなって、ト
ランジスタ１２１、１２２が完全にオフすることにな
る。したがって、この場合、コンデンサ１４０を経由す
る閉ルートが遮断されることになるので、コンデンサ１
４０は充電されないし、整流回路による放電もない。
【００４０】また、発電機１００が無発電状態である場
合、端子ＡＧ１、ＡＧ２の電圧は、ダイオードＤ１、Ｄ
２のリーク電流により基準電位たるＶｄｄで安定するこ
とになり、この場合でも同様に、コンデンサ１４０を経
由する閉ルートが遮断されることになるので、整流回路
による放電もない。
【００４１】［２．２．４］ 全体動作 このような動作を図４に示されるフローチャートを参照
して説明すれば、コンパレータ２０１は、その負入力端
（−）の電圧が、高位側電圧Ｖｄｄ＋コンパレータのオ
フセット電圧よりも絶対値で大きいか否かにより、ダイ
オードＤ１に順方向電流が流れているか否かを判別する
（ステップＳａ１）。
【００４２】ステップＳａ１における判別結果が「Ｙｅ
ｓ」であれば、トランジスタ１２２をオンする（ステッ
プＳａ２）。一方、ステップＳａ１における判別結果が
「Ｎｏ」であれば、トランジスタ１２２をオフする（ス
テップＳａ３）という動作を繰り返して実行することに
なる。 同様に、コンパレータ２０２は、その負入力端
（−）の電圧が高位側電圧Ｖｄｄ＋コンパレータのオフ
セット電圧を越えているか否かにより、ダイオードＤ２
に順方向電流が流れているか否かを判別する（ステップ
Ｓｂ１）。ステップＳｂ１における判別結果が「Ｙｅ
ｓ」であれば、トランジスタ１２１をオンする（ステッ
プＳｂ２）。
【００４３】一方、ステップＳｂ１における判別結果が
「Ｎｏ」であれば、トランジスタ１２１をオフする（ス
テップＳｂ３）という動作を繰り返して実行することに
なる。このように、本実施形態にかかる電力供給装置に
あっては、ダイオードＤ１、Ｄ２に順方向電流が流れな
い場合には、トランジスタ１２２、１２１が完全にオフ
するので、電流が、端子ＡＧ１、ＡＧ２から低位電圧Ｖ
ｓｓへの方向には流れない。
【００４４】一方、電界効果型であるトランジスタ１２
１、１２２のオフ時のリーク電流は、ダイオードのそれ
と比べるとはるかに少ない。これらのため、本第１実施
形態にかかる電力供給装置によれば、無発電状態の場合
や起電圧が小振幅である場合におけるリーク電流を極め
て低く抑えることが可能となる。
【００４５】また、トランジスタ１２１、１２２のソー
スは低位側電圧Ｖｓｓに接続され、そのドレインは、電
圧Ｖｓｓよりも高位側に接続されているため、トランジ
スタ１２１、１２２の寄生ダイオードＤ３、Ｄ４は、図
１において破線で示される方向で発生する。このため、
第１回目の起動時など、コンデンサ１４０の蓄電が不十
分である等の理由によってコンパレータ２０１、２０２
が動作しない場合であっても、トランジスタ１２１、１
２２のソースからドレイン方向に電流を流すことは可能
となる。
【００４６】したがって、発電機１００の発電された電
圧が小振幅であっても、その寄生ダイオードＤ３、Ｄ
４、ダイオードＤ１、Ｄ２からなるダイオードブリッジ
の整流によって、コンデンサ１４０を充電することが可
能となる。この場合において、寄生ダイオードＤ３、Ｄ
４に充電電流が流れると、寄生トランジスタが導通状態
となってＣＭＯＳ ＬＳＩに特有の現象であるラッチア
ップを引き起こすおそれがある。しかしながら、このラ
ッチアップは、ガードバンドや、トレンチ分離などの集
積回路技術によって防止することは十分可能である。
【００４７】［２．３］ 第１実施形態の変形例 さて、一般に、金属／半導体の接合を用いたショットキ
ーダイオードは、ＰＮ接合を用いたダイオードよりも、
順方向から逆方向に切り換わる時間の遅れが少なく、か
つ、その順方向電圧も小さいので、その整流効率が大き
いとされる。その反面、ショットキーダイオードは、リ
ーク電流が大きいので、小型携帯電子機器における電力
供給装置の整流回路に適用するのは不向きであった。し
かしながら、本第１実施形態にかかる電力供給装置にあ
っては、ダイオードＤ１、Ｄ２に順方向電流が流れない
場合には、トランジスタ１２２、１２１が完全にオフさ
れて、コンデンサ１４０を含む閉ルートが遮断される。
従って、ダイオードＤ１、Ｄ２に、リーク電流が大きい
ショットキーダイオードを適用するのも十分に可能とな
る。この結果、整流効率を高めることも可能となる。
【００４８】［３］ 第２実施形態 ［３．１］ 第２実施形態の構成 次に、本発明の第２実施形態にかかる電力供給装置の構
成について図５を参照して説明する。上述した第１実施
形態にあっては、ダイオードＤ１、Ｄ２およびコンパレ
ータ２０１、２０２を高位側電圧Ｖｄｄに、トランジス
タを低位側電圧Ｖｓｓに、それぞれ接続する構成として
いた。
【００４９】これに対し、第２実施形態にかかる電力供
給装置は、第１実施形態とは逆に、ダイオードＤ１、Ｄ
２およびコンパレータ２０３、２０４を低位側電圧Ｖｓ
ｓに、トランジスタを低位側電圧Ｖｓｓに、それぞれ接
続する構成としたものである。ただし、本実施形態にあ
っては、ダイオードＤ１に順方向電流が流れない場合に
端子ＡＧ２と高位側電圧Ｖｄｄとを遮断するトランジス
タ１２６はＰチャネル型となり、同様に、ダイオードＤ
２に順方向電流が流れない場合に端子ＡＧ１と高位側電
圧Ｖｄｄとを遮断するトランジスタ１２５もＰチャネル
型となる。
【００５０】さらに、ダイオードＤ１に順方向電流が流
れるのは、端子ＡＧ１の電圧が、低位側電圧Ｖｓｓをダ
イオードＤ１の順方向電圧に相当する電圧Ｖoffset1だ
け低位側にシフトした電圧よりもさらに低位である場合
である。このため、レベルシフタ２５３は、第１実施形
態とは異なり、低位側電圧Ｖｓｓよりも電圧Ｖoffset1
だけ低位側にレベルシフトすることとなる。そして、コ
ンパレータ２０３は、ダイオードＤ１に順方向電流が流
れる場合に、その出力信号を「Ｈ」レベルとして、トラ
ンジスタ１２６をオンとする。また、、コンパレータ２
０３は、ダイオードＤ１に順方向電流が流れない場合
に、その出力信号を「Ｌ」レベルとして、トランジスタ
１２６を完全にオフすることとなる。同様に、ダイオー
ドＤ２に順方向電流が流れるのは、端子ＡＧ２の電圧
が、低位側電圧ＶｓｓをダイオードＤ２の順方向電圧に
相当する電圧Ｖoffset2だけ低位側にシフトした電圧よ
りもさらに低位である場合であるため、レベルシフタ２
５４は、低位側電圧Ｖｓｓよりも電圧Ｖoffset2だけ低
位側にレベルシフトすることとなる。そして、コンパレ
ータ２０４は、ダイオードＤ２に順方向電流が流れる場
合に、その出力信号を「Ｈ」レベルとして、トランジス
タ１２５をオンとする。また、コンパレータ２０４は、
ダイオードＤ２に順方向電流が流れない場合に、その出
力信号を「Ｌ」レベルとして、トランジスタ１２５を完
全にオフすることとなる。
【００５１】［３．１．１］ コンパレータの構成 ここで、低位側電圧Ｖｓｓに接続されるコンパレータ２
０３、２０４の一例について図６を参照して説明する。
図６に示されるように、コンパレータ２０３（２０４）
は、一対の負荷トランジスタ２３１、２３２と、一対の
入力トランジスタ２３３、２３４と、出力トランジスタ
２３５と、定電流源２３６、２３７とから構成される。
このうち、負荷トランジスタ２３１、２３２および出力
トランジスタ２３５はＮチャネル電界効果型であるが、
入力トランジスタ２３３、２３４はＰチャネル電界効果
型である。そして、入力トランジスタ２３３、２３４の
各ゲートが、それぞれコンパレータ２０３（２０４）の
負入力端（−）、正入力端（＋）となる一方、出力トラ
ンジスタ２３５のソースが出力端ＯＵＴとなっている。
このようにコンパレータ２０３（２０４）は、高位側電
圧Ｖｄｄに接続されるコンパレータ２０１（２０２）
（図２参照）とは、全く逆極性で構成される。
【００５２】［３．１．２］ 動作 ここで、コンパレータの動作を図７を参照して説明す
る。図７にコンパレータの動作フローチャートを示す。
コンパレータ２０３は、その負入力端（−）の電圧が、
低位側電圧Ｖｓｓ−コンパレータのオフセット電圧より
も絶対値で小さいか否かにより、ダイオードＤ１に順方
向電流が流れているか否かを判別する（ステップＳａ１
１）。ステップＳａ１１における判別結果が「Ｙｅｓ」
であれば、トランジスタ１２６をオンする（ステップＳ
ａ１２）。一方、ステップＳａ１１における判別結果が
「Ｎｏ」であれば、トランジスタ１２６をオフする（ス
テップＳａ１３）という動作を繰り返して実行すること
になる。 同様に、コンパレータ２０４は、その負入力
端（−）の電圧が低位側電圧Ｖｓｓ−コンパレータのオ
フセット電圧を越えているか否かにより、ダイオードＤ
２に順方向電流が流れているか否かを判別する（ステッ
プＳｂ１１）。ステップＳｂ１１における判別結果が
「Ｙｅｓ」であれば、トランジスタ１２５をオンする
（ステップＳｂ１２）。一方、ステップＳｂ１１におけ
る判別結果が「Ｎｏ」であれば、トランジスタ１２５を
オフする（ステップＳｂ１３）という動作を繰り返して
実行することになる。
【００５３】このように、本第２実施形態にかかる電力
供給装置にあっては、ダイオードＤ１、Ｄ２に順方向電
流が流れない場合には、トランジスタ１２６、１２５が
完全にオフするので、電流が、端子ＡＧ１、ＡＧ２から
低位電圧Ｖｓｓへの方向には流れない。一方、電界効果
型であるトランジスタ１２５、１２６のオフ時のリーク
電流は、ダイオードのそれと比べるとはるかに少ない。
これらのため、本第２実施形態にかかる電力供給装置に
よれば、第１実施形態の場合と同様に無発電状態の場合
や起電圧が小振幅である場合におけるリーク電流を極め
て低く抑えることが可能となる。
【００５４】また、トランジスタ１２５、１２６のソー
スは低位側電圧Ｖｓｓに接続され、そのドレインは、電
圧Ｖｓｓよりも高位側に接続されているため、トランジ
スタ１２５、１２６の寄生ダイオードＤ３、Ｄ４は、図
５において破線で示される方向で発生する。このため、
第１回目の起動時など、コンデンサ１４０の蓄電が不十
分である等の理由によってコンパレータ２０３、２０４
が動作しない場合であっても、トランジスタ１２５、１
２６のソースからドレイン方向に電流を流すことは可能
となる。
【００５５】したがって、発電機１００の発電された電
圧が小振幅であっても、その記載ダイオードＤ３、Ｄ
４、ダイオードＤ１、Ｄ２からなるダイオードブリッジ
の整流によって、コンデンサ１４０を充電することが可
能となる。この場合において、寄生ダイオードＤ３、Ｄ
４に充電電流が流れると、寄生トランジスタが導通状態
となってＣＭＯＳ ＬＳＩに特有の現象であるラッチア
ップを引き起こすおそれがある。しかしながら、このラ
ッチアップは、ガードバンドや、トレンチ分離などの集
積回路技術によって防止することは十分可能である。本
第２実施形態における他の動作については、第１実施形
態と同様である。したがって、その効果も第１実施形態
と全く同等である。
【００５６】［４］ 第３実施形態 ［４．１］ 第３実施形態の構成 次に、本発明の第３実施形態にかかる電力供給装置の構
成について図８を参照して説明する。上述した第１実施
形態にあっては、コンパレータ２０１、２０２の各出力
をインバータ１２３、１２４によってそれぞれ反転する
構成としていた。これに対し、本第３実施形態にかかる
電力供給装置は、コンパレータの入力を入れ替えること
によって、インバータ１２３、１２４を用いない構成と
したたものである。すなわち、図８におけるコンパレー
タ２０５の正入力端（＋）には、端子ＡＧ１の電圧が供
給される一方、その負入力端（−）には、レベルシフタ
２５１によって高位側電圧Ｖｄｄが電圧Ｖoffset1だけ
高位側にレベルシフトされた電圧が供給されている。
【００５７】このため、コンパレータ２０５は、ダイオ
ードＤ１に順方向電流が流れる場合に、その出力信号を
「Ｌ」レベルとして、トランジスタ１２２をオンとす
る。また、コンパレータ２０５は、ダイオードＤ１に順
方向電流が流れない場合に、その出力信号を「Ｈ」レベ
ルとして、トランジスタ１２２を完全にオフすることと
なる。同様に、コンパレータ２０６の正入力端（＋）に
は、端子ＡＧ２の電圧が供給される。また、コンパレー
タ２０６の負入力端（−）には、レベルシフタ２５２に
よって高位側電圧Ｖｄｄが電圧Ｖoffset2だけ高位側に
レベルシフトされた電圧が供給されている。
【００５８】このため、コンパレータ２０６は、ダイオ
ードＤ２に順方向電流が流れる場合に、その出力信号を
「Ｌ」レベルとして、トランジスタ１２１をオンとする
一方、ダイオードＤ１に順方向電流が流れない場合に、
その出力信号を「Ｈ」レベルとして、トランジスタ１２
１を完全にオフすることとなる。このような第３実施形
態によれば、インバータを不要とするので、その分、構
成を簡略化することが可能となる。なお、同様に、第２
実施形態においても、コンパレータ２０３、２０４の入
力を入れ替えることによってインバータ１２３、１２４
を用いない構成とすることが可能である。
【００５９】［５］ ダイオードＤ１、Ｄ２の集積化 上述した各実施形態にあっては、トランジスタ１２１、
１２２（１２５、１２６）、コンパレータ２０１、２０
２（２０３、２０４あるいは２０５、２０６）、レベル
シフタ２５１、２５２（２５３、２５４）を、インバー
タ１２３、１２４（第３実施形態を除く）とともに集積
化することが可能である。ここで、さらに、ダイオード
Ｄ１、Ｄ２も併せて集積化すれば、回路規模の縮小や、
コストダウン等を図ることも可能となる。しかし、ダイ
オードＤ１、Ｄ２も集積化する場合には、条件によって
整流が正常に動作しないという不都合も考えられる。そ
こで、この不都合について検討することとする。
【００６０】集積化する際の基板がＮ型である場合、一
般に、ダイオードは、図９に示されるように構成される
ため、その順方向電流がで示される方向に流れる。し
かし、Ｎ型の基板まで含めて考えると、図に示されるよ
うなＮＰＮ型のバイポーラトランジスタが寄生的に構成
されてしまう。そして、順方向電流がで示される方向
に流れると、この電流がトリガとなって、寄生的なバイ
ポーラトランジスタがオンとなってしまうおそれがあ
る。
【００６１】ここで、ダイオードＤ１、Ｄ２を低位側電
圧Ｖｓｓに接続する場合に、Ｎ型基板を用いてダイオー
ドＤ１、Ｄ２を集積化すると、図１０に示されるよう
に、ダイオードＤ１、Ｄ２が寄生的なＮＰＮ型のバイポ
ーラトランジスタとなってしまう場合がある。このよう
な場合に、順方向電流がの方向で流れると、コレクタ
電流がで示される方向に流れるので、高位側電圧Ｖｄ
ｄと端子ＡＧ１またはＡＧ２とが短絡状態となって、整
流が正常に動作しなくなってしまう、という不都合が生
じる可能性がある。したがって、Ｎ型基板で集積化する
場合には、寄生的なＮＰＮ型のバイポーラトランジスタ
が構成されないように、図１に示される第１実施形態の
ようにダイオードＤ１、Ｄ２を高位側電圧Ｖｄｄに接続
する構成とするのが望ましいと考えられる。反対に、Ｐ
型基板で集積化する場合には、寄生的なＰＮＰ型のバイ
ポーラトランジスタが構成されないように、図５に示さ
れる第２実施形態のようにダイオードＤ１、Ｄ２を低位
側電圧Ｖｓｓに接続する構成するのが望ましいと考えら
れる。
【００６２】［６］ 電子時計 次に、本発明の電力供給装置を適用した電子機器の一例
たる電子時計（腕時計）について説明する。
【００６３】［６．１］ 電子時計の概略構成 図１１は、この電子時計の概略構成を示す図である。図
１１に示されるように、腕時計に好適な発電機１００
は、コイル１１０が巻回されたステータ１１２と、２極
磁化されたディスク状のロータ１１４とを備えており、
腕時計を装着したユーザが手を振ると、回転錘１１６が
旋回運動し、当該運動が輪列機構１１８によってロータ
１１４を回転させる構成となっている。したがって、こ
のような発電機１００によれば、回転錘１１６の旋回に
よってコイル１１０の両端に位置する端子ＡＧ１、ＡＧ
２の間には交流電力が発生することとなる。
【００６４】そして、発電機１００によって発電された
交流電力は、充電回路４００によって全波整流されて、
コンデンサ１６０に充電されるとともに、処理部６００
に供給される。処理部６００は、コンデンサ１６０に充
電された電力、または、電力供給装置５００によって全
波整流された電力によって時計装置１５１を駆動するも
のである。時計装置１５１は、水晶発振器や、カウンタ
回路、ステッピングモータなどから構成されており、水
晶発振器によって生成されるクロック信号をカウンタ回
路で分周し、この分周結果に基づいて時刻を計時すると
ともに、ステッピングモータを駆動して、時刻等を表示
するようになっている。
【００６５】［６．２］ 電子時計の電気的構成 図１２は、この電子時計の電気的構成を示すブロック図
である。図１２に示されるように、この電子時計は、上
記第１実施形態にかかる電力供給装置を用いている。さ
らに、この電子時計の電力供給装置５００は、昇降圧回
路３００を備えている。この昇降圧回路３００は、コン
デンサ１４０の充電電圧を必要に応じて昇圧してコンデ
ンサ１６０に充電し、この電子時計の負荷である処理部
６００、インバータ１２３、１２４、コンパレータ２０
１、２０２等の回路各部に電源として供給するものであ
る。詳細には、昇降圧回路３００は、低位側電位Ｖｓｓ
と基準電位たる高位側電圧Ｖｄｄとの線間電圧（絶対
値）で示される電源電圧が回路各部の動作可能な電圧下
限値（もしくはその近傍値）に低下すると、昇圧倍数を
１段階上げる。また、昇降圧回路３００は、電圧上限値
（もしくはその近傍値）に上昇すると昇圧倍数を１段階
下げる。
【００６６】ここで、昇降圧回路３００について詳細に
説明する。昇降圧回路３００は、図１３に示すように、
コンデンサ１４０の高電位側端子に一方の端子が接続さ
れたスイッチＳＷ１と、スイッチＳＷ１の他方の端子に
一方の端子が接続され、他方の端子が高容量２次電源４
８の低電位側端子に接続されたスイッチＳＷ２と、スイ
ッチＳＷ１とスイッチＳＷ２との接続点に一方の端子が
接続されたコンデンサ３００ａと、コンデンサ３００ａ
の他方の端子に一方の端子が接続され、他方の端子がコ
ンデンサ１４０の低電位側端子に接続されたスイッチＳ
Ｗ３と、一方の端子がコンデンサ１６０の低電位側端子
に接続され、他方の端子がコンデンサ３００ａとスイッ
チＳＷ３との接続点に接続されたスイッチＳＷ４と、コ
ンデンサ１４０の高電位側端子とコンデンサ１６０の高
電位側端子との接続点に一方の端子が接続されたスイッ
チＳＷ１１と、スイッチＳＷ１１の他方の端子に一方の
端子が接続され、他方の端子がコンデンサ１４０の低電
位側端子に接続されたスイッチＳＷ１２と、スイッチＳ
Ｗ１１とスイッチＳＷ１２との接続点に一方の端子が接
続されたコンデンサ３００ｂと、コンデンサ３００ｂの
他方の端子に一方の端子が接続され、スイッチＳＷ１２
とコンデンサ１４０の低電位側端子との接続点に他方の
端子が接続されたスイッチＳＷ１３と、一方の端子がコ
ンデンサ３００ｂとスイッチＳＷ１３との接続点に接続
され、他方の端子がコンデンサ１６０の低電位側端子に
接続されたスイッチＳＷ１４と、スイッチＳＷ１１とス
イッチＳＷ１２との接続点に一方の端子が接続され、コ
ンデンサ３００ａとスイッチＳＷ３との接続点に他方の
端子が接続されたスイッチＳＷ２１と、を備えて構成さ
れている。
【００６７】この場合において、昇降圧回路３００の周
辺回路としては、電源電圧を検出する電圧検出回路と、
電圧検出回路の検出結果に基づいて昇降圧動作を制御す
る制御回路が設けられている。そして、制御回路は、電
圧検出回路の電源電圧検出結果に基づいて昇降圧倍率の
切替制御を行っている。そして、昇降圧回路３００は、
外部の基準クロック生成回路で作成された昇降圧クロッ
クＣＫUDに基づいて動作している。
【００６８】この昇降圧回路３００の動作について、図
１４を参照して、３倍昇圧時を例として説明する。昇降
圧回路３００は、外部より入力された昇降圧クロックＣ
ＫUDに基づいて動作しており、３倍昇圧時には、図１４
に示すように、第１の昇圧クロックタイミング（パラレ
ル接続タイミング）においては、スイッチＳＷ１をオ
ン、スイッチＳＷ２をオフ、スイッチＳＷ３をオン、ス
イッチＳＷ４をオフ、スイッチＳＷ１１をオン、スイッ
チＳＷ１２をオフ、スイッチＳＷ１３をオン、スイッチ
ＳＷ１４をオフ、スイッチＳＷ２１をオフとする。この
場合において、昇降圧回路３００は、コンデンサ３００
ａおよびコンデンサ３００ｂにコンデンサ１４０から電
源が供給され、コンデンサ３００ａおよびコンデンサ３
００ｂの電圧がコンデンサ１４０の電圧とほぼ等しくな
るまで充電がなされることとなる。
【００６９】次に第２の昇圧クロックタイミング（シリ
アル接続タイミング）においては、スイッチＳＷ１をオ
フ、スイッチＳＷ２をオン、スイッチＳＷ３をオフ、ス
イッチＳＷ４をオフ、スイッチＳＷ１１をオフ、スイッ
チＳＷ１２をオフ、スイッチＳＷ１３をオフ、スイッチ
ＳＷ１４をオン、スイッチＳＷ２１をオンとする。この
場合において、昇降圧回路３００は、コンデンサ１４
０、コンデンサ３００ａおよびコンデンサ３００ｂはシ
リアルに接続されて、コンデンサ１４０の電圧の３倍の
電圧でコンデンサ１６０が充電され、３倍昇圧が実現さ
れることとなる。同様にして、２倍昇圧、１．５倍昇
圧、昇圧なし（１倍昇圧）、１／２倍降圧を実現するこ
とができる。
【００７０】このような昇降圧回路３００を設けている
ため、コンデンサ１４０の充電が不十分な場合であって
も、電源電圧Ｖｓｓは動作可能性の範囲内に維持され
る。従って、コンパレータ２０１、２０２によるトラン
ジスタ１２１、１２２の制御が可能となって、小振幅の
交流電圧を整流することが可能となる。また、トランジ
スタ１２１、１２１のゲート電圧を供給するインバータ
１２３、１２４の駆動能力も高められるので、トランジ
スタ１２１、１２２のオン抵抗が低下して整流効率を高
めることも可能となる。さらに、コンデンサ１４０の蓄
電が不十分で場合であって、昇圧によってもコンパレー
タ２０１、２０２が動作しない場合であっても、寄生ダ
イオードＤ３、Ｄ４、ダイオードＤ１、Ｄ２からなるダ
イオードブリッジの整流によって、コンデンサ１４０を
充電することが可能な点は上述した通りである。
【００７１】また、この電子時計において、上記第１実
施形態にかかる電力供給装置を適用した理由は、次の通
りである。すなわち、この電子時計においては、基準電
位を高位側電圧Ｖｄｄとしているため、電圧Ｖｓｓとし
て例えば-1.5Ｖを得るには、昇降圧回路３００の最高昇
圧倍数が３倍であれば、少なくとも、電圧Ｖｓｓ’とし
て-0.5Ｖが必要となる。ここで、電子時計の電力供給装
置として、第２実施形態にかかる電力供給装置を適用す
ると、コンパレータ２０３（２０４）の入力端には、Ｖ
ｓｓ’として-0.5Ｖが（図５にあってはレベルシフトさ
れて）印加される。しかしながら、時計用に適用される
トランジスタでは、そのしきい値電圧Ｖｔｈは0.6Ｖ程
度であるため、定電流源２３６（図６参照）が非飽和状
態となる。このため、電流が十分に流れないため、正常
な比較動作が行われなくなってしまう。 これに対して
第１実施形態にかかる電力供給装置では、コンパレータ
の入力端には基準電位たる高位側電圧Ｖｄｄが（図１に
あってはレベルシフトされて）印加されるため、回路的
に安定であり、望ましいと言えるからである。反対に、
上述した電子時計において、基準電位を低位側電圧Ｖｓ
ｓとする場合には、第２実施形態にかかる電力供給装置
を適用するのが望ましいと考えられる。
【００７２】［７］ 実施形態の変形例 ［７．１］ 第１変形例 上記第１、第２、第３実施形態および電子時計にあって
は、トランジスタ１２１、１２２、１２５、１２６をＮ
チャネルあるいはＰチャネル電界効果型としたが、ＮＰ
Ｎ型あるいはＰＮＰ型のバイポーラトランジスタを用い
ても良い。ただし、バイポーラトランジスタにあって
は、エミッタ／コレクタ間の飽和電圧が通常0.3Ｖ程度
であるので、発電機１００の起電圧が小さい場合には、
上述のように電界効果型とするのが望ましい。
【００７３】［７．２］ 第２変形例 上記第１、第２、第３実施形態および電子時計にあって
は、電力を充電する主体をコンデンサ１４０としたが、
電力を蓄電することが可能であれば十分であり、例え
ば、二次電池であっても良い。
【００７４】［７．３］ 第３変形例 また、発電機１００としては、図１０に示されるものの
ほか、例えば、ゼンマイなどの復元力により回転運動を
発生させて、この回転運動によって起電力を発生させる
タイプや、圧電体に対して外部あるいは自励による振動
や変位を加えて、その圧電効果によって電力を発生させ
るタイプなどであっても良い。要は、交流電力を発電す
るものであれば、その形式は問われない。
【００７５】［７．４］ 第４変形例 さらに、上記実施形態にかかる電力供給装置が適用され
る電子機器としては、上記電子時計のほか、液晶テレビ
や、ビデオテープレコーダ、ノート型パーソナルコンピ
ュータ、携帯電話、ＰＤＡ（Personal Digital Assista
nt：個人情報端末）、電卓などが例として挙げられ、要
は、電力を消費する電子機器であれば、いかなるものに
対しても適用可能である。そして、このような電子機器
においては、一次電池を使わず、発電機から供給される
電力で、電子回路系や機構系を稼働させることができる
ので、いつでもどこでも使用することができるととも
に、煩わしい電池の交換を不要にでき、さらに、電池の
廃棄に伴う問題も生じることもない。
【００７６】［７．５］ 第５変形例 以上の説明においては、発電機を備える構成について説
明したが、発電機を備えない携帯機器であっても、外部
の交流電源（例えば、商用電源）から電力を供給され、
上記実施形態の整流回路を用いて整流を行い、蓄電装置
（コンデンサ、二次電池等）に電力を蓄える構成を有す
るものであれば、適用が可能である。この場合において
も、整流が行われていない場合におけるリーク電流によ
る無駄な電力の消費が抑えられ、より低消費電力化を図
ることが可能となる。
【００７７】［８］ 実施形態の効果 以上説明したように本実施形態によれば、第１のダイオ
ード（整流ユニット）に順方向電流が流れない場合には
制御ユニットによって第２のスイッチングユニットがオ
フされ、第２のダイオード（整流ユニット）に順方向電
流が流れない場合には制御ユニットによって第１のスイ
ッチングユニットがオフされる。したがって、第１およ
び第２のダイオードのいずれにも順方向電流が流れない
場合、すなわち、整流が行われていない場合、第１およ
び第２のスイッチングユニットはオフにされて、上記い
ずれの閉ルートも遮断されるので、第１のダイオードお
よび第２のダイオードのリーク電流による無駄な電力の
消費が抑えられ、より低消費電力を図ることが可能とな
る。また、本実施形態によれば、第１のダイオードおよ
び第２のダイオードを含めた各部の集積化が容易である
ため、回路規模の縮小化を図ることが可能となる。この
ため、空間的制約の大きい腕時計などの電子機器にあっ
ても、スペースを有効に活用することが可能となる。さ
らに、各部の集積化によって、製造コストの低減化を図
ることも可能となる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02M 7/219 G04C 10/00

Claims (17)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１および第２の電源ラインに基づいて
    電力を供給する電力供給装置であって、 交流電圧が給電される一方の端子と前記第１の電源ライ
    ンとに接続された第１のダイオードと、 前記交流電圧が給電される他方の端子と前記第１の電源
    ラインとに接続された第２のダイオードと、 前記一方の端子と前記第２の電源ラインとの間に接続さ
    れた第１のスイッチング手段であって、オフ状態にある
    場合のリーク電流が前記第１のダイオードよりも小さい
    第１のスイッチング手段と、 前記他方の端子と前記第２の電源ラインとの間に接続さ
    れた第２のスイッチング手段であって、オフ状態にある
    場合のリーク電流が前記第２のダイオードよりも小さい
    第２のスイッチング手段と、 前記一方の端子に基づく電圧レベルと、前記第１の電源
    ラインに基づく電圧レベルとを比較することによって、
    前記第１のダイオードに順方向電流が流れていないと判
    別したときに前記第２のスイッチング手段をオフに制御
    するとともに、前記他方の端子に基づく電圧レベルと、
    前記第１の電源ラインに基づく電圧レベルとを比較する
    ことによって、前記第２のダイオードに順方向電流が流
    れていないと判別したときに前記第１のスイッチング手
    段をオフに制御する制御手段と を具備することを特徴とする電力供給装置。
  2. 【請求項２】 前記第１および第２のダイオードは、Ｐ
    型あるいはＮ型基板で集積化されるものであり、 前記第１の電源ラインは、前記Ｎ型基板で集積化される
    場合には前記第２の電源ラインよりも高位であり、前記
    Ｐ型基板で集積化される場合には前記第２の電源ライン
    よりも低位である ことを特徴とする請求項１に記載の電力供給装置。
  3. 【請求項３】 前記第１および第２のスイッチング手段
    は、それぞれ電界効果型トランジスタであることを特徴
    とする請求項１に記載の電力供給装置。
  4. 【請求項４】 前記第１のスイッチング手段としての電
    界効果型トランジスタの寄生ダイオードと、前記第２の
    スイッチング手段としての電界効果型トランジスタの寄
    生ダイオードと、前記第１のダイオードと、前記第２の
    ダイオードとによってブリッジ回路が構成される ことを特徴とする請求項３に記載の電力供給装置。
  5. 【請求項５】 前記制御手段は、 前記第１のダイオードに順方向電流が流れていなければ
    前記第２のスイッチング手段をオフに制御する第１の制
    御手段と、 前記第２のダイオードに順方向電流が流れていなければ
    前記第１のスイッチング手段をオフに制御する第２の制
    御手段と を備えていることを特徴とする請求項１に記載の電力供
    給装置。
  6. 【請求項６】 前記第１の電源ラインは前記第２の電源
    ラインよりも高電位であって、 前記制御手段は、一方
    の端子の電圧レベルが、第１の電源ラインのレベルより
    ある所定の電圧レベルを加算した電圧レベルを超えたか
    否かに基づいて第１のダイオードに順方向電流が流れた
    か否かを判別し、 他方の端子の電圧レベルが第１の電源ラインのレベルよ
    りある所定の電圧レベルを加算した電圧レベルを超えた
    か否かに基づいて第２のダイオードに順方向電流が流れ
    たか否かを判別することを特徴とする請求項１に記載の
    電力供給装置。
  7. 【請求項７】 前記第１の電源ラインは前記第２の電源
    ラインよりも低電位であって、 前記制御手段は、一方の端子の電圧レベルが、第１の電
    源ラインのレベルよりある所定の電圧レベルを減算した
    電圧レベル未満であるか否かに基づいて第１のダイオー
    ドに順方向電流が流れたか否かを判別し、 他方の端子の電圧レベルが第１の電源ラインのレベルよ
    りある所定の電圧レベルを減算した電圧レベル未満であ
    るか否かに基づいて第２のダイオードに順方向電流が流
    れたか否かを判別することを特徴とする請求項１に記載
    の電力供給装置。
  8. 【請求項８】 前記制御手段は、前記所定電圧レベルを
    オフセットすることを特徴とする請求項６または請求項
    ７に記載の電力供給装置。
  9. 【請求項９】 前記所定電圧レベルは、対応するダイオ
    ードの順方向電圧に相当する電圧であることを特徴とす
    る請求項６ないし請求項８のいずれかに記載の電力供給
    装置。
  10. 【請求項１０】 少なくとも前記第１のスイッチング手
    段、前記第２のスイッチング手段及び前記制御手段は、
    一つの半導体基板上に形成されていることを特徴とする
    請求項１に記載の電力供給装置。
  11. 【請求項１１】 前記第１の電源ライン及び前記第２の
    電源ラインを介して供給された電力を蓄電する蓄電手段
    を備え、 前記蓄電手段から前記制御手段に電源を供給することを
    特徴とする請求項１に記載の電力供給装置。
  12. 【請求項１２】 前記第１の電源ライン及び前記第２の
    電源ラインを介して供給された電力を蓄電する蓄電手段
    と、 前記蓄電手段の出力電圧を昇圧し、昇圧後の電力を前記
    制御手段の電源として供給することを特徴とする請求項
    １に記載の電力供給装置。
  13. 【請求項１３】 前記第１の電源ラインは基準電位とし
    て設定されることを特徴とする請求項１２に記載の電力
    供給装置。
  14. 【請求項１４】 前記交流電圧を給電すべく交流電力を
    発電する交流発電手段を備えたことを特徴とする請求項
    １ないし請求項１３のいずれかに記載の電力供給装置。
  15. 【請求項１５】 交流電圧が給電される一方の端子と第
    １の電源ラインとに接続された第１のダイオードと、 前記交流電圧が給電される他方の端子と前記第１の電源
    ラインとに接続された第２のダイオードと、 前記一方の端子と第２の電源ラインとの間に接続された
    第１のスイッチング手段であって、オフ状態にある場合
    のリーク電流が前記第１のダイオードよりも小さい第１
    のスイッチング手段と、 前記他方の端子と前記第２の電源ラインとの間に接続さ
    れた第２のスイッチング手段であって、オフ状態にある
    場合のリーク電流が前記第２のダイオードよりも小さい
    第２のスイッチング手段と、 を備え、前記第１および第２の電源ラインに基づいて電
    力を供給する電力供給方法であって、 前記一方の端子に基づく電圧レベルと、前記第１の電源
    ラインに基づく電圧レベルとを比較することによって、
    前記第１のダイオードに順方向電流が流れていないと判
    別したときに前記第２のスイッチング手段をオフに制御
    するとともに、前記他方の端子に基づく電圧レベルと、
    前記第１の電源ラインに基づく電圧レベルとを比較する
    ことによって、前記第２のダイオードに順方向電流が流
    れていないと判別したときに前記第１のスイッチング手
    段をオフに制御する ことを特徴とする電力供給方法。
  16. 【請求項１６】 一方の端子および他方の端子間に交流
    電圧を発生させる発電手段と、 前記一方の端子と第１の電源ラインとに接続された第１
    のダイオードと、 前記他方の端子と前記第１の電源ラインとに接続された
    第２のダイオードと、 前記一方の端子と第２の電源ラインとの間に接続された
    第１のスイッチング手段であって、オフ状態にある場合
    のリーク電流が前記第１のダイオードよりも小さい第１
    のスイッチング手段と、 前記他方の端子と前記第２の電源ラインとの間に接続さ
    れた第２のスイッチング手段であって、オフ状態にある
    場合のリーク電流が前記第２のダイオードよりも小さい
    第２のスイッチング手段と、 前記一方の端子に基づく電圧レベルと、前記第１の電源
    ラインに基づく電圧レベルとを比較することによって、
    前記第１のダイオードに順方向電流が流れていないと判
    別したときに前記第２のスイッチング手段をオフに制御
    するとともに、前記他方の端子に基づく電圧レベルと、
    前記第１の電源ラインに基づく電圧レベルとを比較する
    ことによって、前記第２のダイオードに順方向電流が流
    れていないと判別したときに前記第１のスイッチング手
    段をオフに制御する制御手段と 前記第１および第２の電源ラインに基づいて供給された
    電力によって、所定の処理を実行する処理手段と を具備することを特徴とする携帯型電子機器。
  17. 【請求項１７】 一方の端子および他方の端子間に交流
    電圧を発生させる発電手段と、 前記一方の端子と第１の電源ラインとに接続された第１
    のダイオードと、 前記他方の端子と前記第１の電源ラインとに接続された
    第２のダイオードと、 前記一方の端子と第２の電源ラインとの間に接続された
    第１のスイッチング手段であって、オフ状態にある場合
    のリーク電流が前記第１のダイオードよりも小さい第１
    のスイッチング手段と、 前記他方の端子と前記第２の電源ラインとの間に接続さ
    れた第２のスイッチング手段であって、オフ状態にある
    場合のリーク電流が前記第２のダイオードよりも小さい
    第２のスイッチング手段と、 前記一方の端子に基づく電圧レベルと、前記第１の電源
    ラインに基づく電圧レベルとを比較することによって、
    前記第１のダイオードに順方向電流が流れていないと判
    別したときに前記第２のスイッチング手段をオフに制御
    するとともに、前記他方の端子に基づく電圧レベルと、
    前記第１の電源ラインに基づく電圧レベルとを比較する
    ことによって、前記第２のダイオードに順方向電流が流
    れていないと判別したときに前記第１のスイッチング手
    段をオフに制御する制御手段と 前記第１および第２の電源ラインに基づいて供給された
    電力によって、時刻を計時する計時手段と を具備することを特徴とする電子時計。
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