JP3575262B2 - チョッパ回路の給電停止方法、チョッパ回路、チョッパ式充電回路、電子機器および腕時計 - Google Patents
チョッパ回路の給電停止方法、チョッパ回路、チョッパ式充電回路、電子機器および腕時計 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スタンバイ時の消費電流を低減するのに好適なチョッパ回路の給電停止方法、チョッパ回路、チョッパ式充電回路およびこれらを用いた電子機器および腕時計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
発電機によって発電された交流電圧をコンデンサや電池に充電する充電回路として、ブリッジ型の充電回路が知られている。図７は、従来の充電回路の回路図である。この充電回路においては、発電機ＡＧの出力端子Ａ，Ｂの電圧と電源Ｖｄｄの電圧とを比較するコンパレータＣＯＭ１，ＣＯＭ２、発電機ＡＧの出力端子Ａ，Ｂの電圧とグランドＧＮＤの電圧を比較するコンパレータＣＯＭ３，ＣＯＭ４、および充電電流を蓄電する大容量のコンデンサＣが各々設けらている。そして、各コンパレータＣＯＭ１〜ＣＯＭ４の出力によって、ＰチャンネルＦＥＴＰ１，Ｐ２，Ｎ１，Ｎ２のオン・オフが制御される。
【０００３】
ここで、出力端子Ａの電圧がグランドＧＮＤの電圧以下になると、コンパレータＣＯＭ３によってＮチャンネルＦＥＴＮ１がオン状態となり、出力端子Ａが接地される。また、出力端子Ｂの電圧が電源Ｖｄｄの電圧を越えると、コンパレータＣＯＭ２によって、ＰチャンネルＦＥＴＰ２がオンとなり、電荷が矢印の経路でコンデンサＣに充電される。この場合、出力端子Ｂの電圧が電源Ｖｄｄの電圧を越えない限り、ＰチャンネルＦＥＴＰ２はオンとならいので、矢印と逆の経路で電流が流れて、充電効率が低下するといった不都合が生じないようになっている。
【０００４】
このように、従来の充電回路にあっては、電界効果トランジスタとコンパレータを組み合わせて、一定の条件の下に一方向に電流を流す一方向性ユニットを構成し、これによって、充電効率を高めている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、一方向性ユニットを用いた充電回路にあっては、コンパレータによって各電界効果トランジスタのオン・オフを制御しているので、常にコンパレータを動作させる必要がある。したがって、発電機ＡＧが発電しない期間、あるいは、発電しても起電圧が小さく充電できない期間において、コンパレータが電流を消費してしまい、充電効率が低下するといった問題がある。
【０００６】
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、一方向性ユニットを用いたチョッパ式充電回路において、簡易な構成で充電効率を高めることを目的とする。また、他の目的は、このチョッパ式充電回路を電子機器や腕時計に適用することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明にあっては、第１のスイッチ手段と、前記第１のスイッチ手段の端子間電圧を比較することにより前記第１のスイッチ手段のオン及びオフを制御する第１の制御手段と、第２のスイッチ手段と、交流発電機の出力端子の電圧を基準電圧と比較することにより充電条件を満たしているか否かを検出しこの検出結果に基づいて前記第２のスイッチ手段のオン及びオフを制御する第２の制御手段と、前記交流発電機が発電状態にあるか否かを検出しこの検出結果に基づいて前記第１および第２の制御手段への給電を開始又は停止する、前記第１および第２の制御手段よりも消費電流の小さい検出手段とを備え、前記交流発電機の起電圧をチョッパ電圧に変換するチョッパ回路の給電停止方法であって、前記第２の制御手段によって充電条件を満たしていないことが検出される時間を計測し、計測された時間が所定時間を越えると、前記第１および第２の制御手段への給電を停止し、前記検出手段が動作する状態とすることを特徴とする。
【０００８】
また、請求項２に記載の発明にあっては、第１のスイッチ手段と、前記第１のスイッチ手段の端子間電圧を比較することにより前記第１のスイッチ手段のオン及びオフを制御する第１の制御手段と、第２のスイッチ手段と、交流発電機の出力端子の電圧を基準電圧と比較することにより充電条件を満たしているか否かを検出しこの検出結果に基づいて前記第２のスイッチ手段のオン及びオフを制御する第２の制御手段とを備え、前記交流発電機の起電圧をチョッパ電圧に変換するチョッパ回路であって、前記交流発電機が発電状態にあるか否かを検出しこの検出結果に基づいて前記第１および第２の制御手段への給電を開始又は停止する、前記第１および第２の制御手段よりも消費電流の小さい検出手段と、前記第２の制御手段によって充電条件を満たしていないことが検出される時間を計測する時間計測手段と、前記時間計測手段によって計測された時間が所定時間を越えると、前記第１および第２の制御手段への給電を停止し、前記検出手段が動作する状態とする給電停止手段とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、請求項３に記載の発明にあっては、第１のラインと交流発電機の両出力端子との間に各々設けられた第１および第２のスイッチ手段と、第２のラインと前記交流発電機の両出力端子との間に各々設けられた第３および第４のスイッチ手段と、前記第１のラインの電圧と前記交流発電機の両出力端子電圧とを各々比較して前記第１および第２のスイッチ手段のオン及びオフを制御する第１および第２の比較手段と、前記交流発電機の両出力端子の電圧と基準電圧とを比較することにより充電条件を満たしているか否かを検出しこの検出結果に基づいて前記第３および第４のスイッチ手段のオン及びオフを制御する第３および第４の比較手段と、前記交流発電機が発電状態にあるか否かを検出しこの検出結果に基づいて前記第１乃至第４の比較手段への給電を開始又は停止する、前記第１乃至第４の比較手段よりも消費電流の小さい検出手段とを備え、前記交流発電機の起電圧をチョッパ電圧に変換するチョッパ回路の給電停止方法であって、前記第３および第４の比較手段によって充電条件を満たしていないことが検出される時間を計測し、計測された時間が所定時間を越えると、前記第１乃至第４の比較手段への給電を停止し、前記検出手段が動作する状態とすることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項４に記載の発明にあっては、交流発電機によって発電される起電力を、クロック信号に同期したチョッパ電圧に変換して第１のラインと第２のラインとの間に発生させるチョッパ回路であって、前記第１のラインの電圧と前記交流発電機の一方の出力端子の電圧とを比較する第１の比較手段と、前記一方の出力端子と前記第１のラインとの間に設けられ、前記第１の比較手段の比較結果に基づいてオン及びオフが制御される第１のスイッチ手段と、前記第１のラインの電圧と前記交流発電機の他方の出力端子の電圧とを比較する第２の比較手段と、前記他方の出力端子と前記第１のラインとの間に設けられ、前記第２の比較手段の比較結果に基づいてオン及びオフが制御される第２のスイッチ手段と、前記他方の出力端子と前記第２のラインとの間の電位差を第１の基準電位差と比較することにより充電条件を満たしていているか否かを検出する第３の比較手段と、前記一方の出力端子と前記第２のラインとの間の電位差を第２の基準電位差と比較することにより充電条件を満たしていているか否かを検出する第４の比較手段と、前記一方の出力端子と前記第２のラインとの間に設けられ、前記第３の比較手段によって前記他方の出力端子の電位差が前記第１の基準電位差を越えたことが検出された場合にはオンにされ、前記第４の比較手段によって前記一方の出力端子の電位差が前記第２の基準電位差を越えたことが検出された場合には前記クロック信号に基づいてオン及びオフが制御される第３のスイッチ手段と、前記他方の出力端子と前記第２のラインとの間に設けられ、前記第４の比較手段によって前記一方の出力端子の電位差が前記第２の基準電位差を越えたことが検出された場合にはオンにされ、前記第３の比較手段によって前記他方の出力端子の電位差が前記第１の基準電位差を越えたことが検出された場合には前記クロック信号に基づいてオン及びオフが制御される第４のスイッチ手段と、前記交流発電機が発電状態にあるか否かを検出しこの検出結果に基づいて前記第１乃至第４の比較手段への給電を開始又は停止する、前記第１乃至第４の比較手段よりも消費電流の小さい検出手段と、前記第３または第４の比較手段によって充電条件を満たしていないことが検出される時間を計測する時間計測手段と、前記時間計測手段によって計測された時間が所定時間を越えると、前記第１乃至第４の比較手段への給電を停止し、前記検出手段が動作する状態とする給電停止手段とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
また、請求項５に記載の発明にあっては、前記第１のラインは電源ラインであり、前記第２のラインはグランドであることを特徴とする。
また、請求項６に記載の発明にあっては、前記第１のラインはグランドであり、前記第２のラインは電源ラインであることを特徴とする。
また、請求項７に記載の発明にあっては、前記チョッパ回路において、前記第３および第４の比較手段の消費電流を前記第１および第２の比較手段の消費電流よりも低く設定したことを特徴とする。
【００１２】
また、請求項８に記載の発明にあっては、チョッパ式充電回路にあって、前記チョッパ回路と、前記チョッパ回路の前記電源ラインと前記グランドとに接続され、前記チョッパ電圧を昇圧するとともに昇圧した電圧を蓄電する昇圧回路とを備えたことを特徴とする。
また、請求項９に記載の発明にあっては、電子機器であって、前記チョッパ式充電回路を内蔵するとともに、前記チョッパ式充電回路から給電される電力によって、動作することを特徴とする。
また、請求項１０に記載の発明にあっては、腕時計であって、前記チョッパ式充電回路と、前記チョッパ式充電回路から給電され、時刻を計測する時計回路とを備え、前記時計回路から前記クロック信号を前記チョッパ式充電回路に供給することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、チョッパ式充電回路を適用した腕時計を本発明の一実施形態として説明する。
１．実施形態の構成
図１は、本実施形態に係わる腕時計に使用されるチョッパ式充電回路の回路図である。
チョッパ式充電回路１００は、交流発電機ＡＧの発電状態の有無を検出する発電検出部１０と、交流発電機ＡＧの起電圧をパルス状のチョッパ電圧に変換するチョッパ回路２０と、チョッパ回路２０によって得られるチョッパ電圧を昇圧するとともに昇圧された電圧を蓄電する昇圧部３０から大略構成されている。
【００１４】
まず、チョッパ回路の主要部の構成を説明する。一方向性ユニット１は、ＰチャンネルＦＥＴＰ１、コンパレータＣＯＭ１、スイッチＳ１，Ｓ２から構成される。コンパレータＣＯＭ１の正入力端子は電源Ｖｄｄに接続され、その負入力端子は交流発電機ＡＧの出力端子ＡＧ１に接続されている。このため、電源Ｖｄｄの電圧が出力端子ＡＧ１の電圧を越えると、信号φＰ１がロ−レベルとなり、ＰチャンネルＦＥＴＰ１がオンとなる。一方、電源Ｖｄｄの電圧が出力端子ＡＧ１の電圧を下回ると、信号φＰ１がハイレベルとなり、ＰチャンネルＦＥＴＰ１がオフとなる。したがって、一方向性ユニット１は、出力端子ＡＧ１の電圧が電源Ｖｄｄの電圧を上回った場合にのみ電流を出力端子ＡＧ１から電源Ｖｄｄに供給する。
【００１５】
次に、一方向性ユニット２は、上記した一方向性ユニット１と同様に構成されており、出力端子ＡＧ２の電圧が電源Ｖｄｄの電圧を上回った場合にのみ電流を出力端子ＡＧ２から電源Ｖｄｄに供給する。
【００１６】
ここで、充電効率を考慮すれば、交流発電機ＡＧの出力端子ＡＧ１，ＡＧ２の電圧が電源Ｖｄｄの電圧を上回れば、直ちにＰチャンネルＦＥＴＰ１，Ｐ２をオンにすることが望ましい。このため、コンパレータＣＯＭ１，ＣＯＭ２の消費電流は、比較的大きく、高速動作に対応できるようになっている。しかし、交流発電機ＡＧが発電していない期間や、発電しても起電圧が小さい期間にあっては、昇圧しても充電することができないので、コンパレータＣＯＭ１，ＣＯＭ２を動作させる必要はない。そこで、本実施形態にあっては、一方向性ユニット１の内部にスイッチＳ１，Ｓ２を、一方向性ユニット２にスイッチＳ３，Ｓ４を設け、これらを信号φＳによって制御することにより、コンパレータＣＯＭ１，ＣＯＭ２の消費電流を削減している。
【００１７】
ここで、スイッチＳ１はＰチャンネルＦＥＴＰ１のゲートと電源Ｖｄｄの間に、スイッチＳ２はコンパレータＣＯＭ１の負電源端子とグランドＧＮＤの間に設けられている。信号φＳがハイレベルになるとスイッチＳ１がオン、スイッチＳ２がオフとなり、信号φＳがローレベルになるとスイッチＳ１がオフ、スイッチＳ２がオンとなるようにスイッチＳ１，Ｓ２は構成されている。したがって、信号φＳをローレベルにすると、コンパレータＣＯＭ１に電源が供給され、その比較結果に応じてＰチャンネルＦＥＴＰ１のオン・オフが制御される。一方、信号φＳをハイレベルにすると、コンパレータＣＯＭ１への電源供給が遮断され、また、ＰチャンネルＦＥＴＰ１がオフとなる。すなわち、信号φＳによって、一方向性ユニット１を動作させるか否かを制御することができ、動作させない場合には、コンパレータＣＯＭ１の消費電流を削減することができる。
【００１８】
また、一方向性ユニット２のスイッチＳ３は、一方向性ユニット１のスイッチＳ１に対応しており、一方向性ユニット２のスイッチＳ４は、一方向性ユニット１のスイッチＳ２に対応している。この場合、信号φＳがローレベルであるならば、コンパレータＣＯＭ２に電源が供給され、その比較結果に応じてＰチャンネルＦＥＴＰ１のオン・オフが制御される。一方、信号φＳがハイレベルであるならば、コンパレータＣＯＭ２への電源供給が遮断され、また、ＰチャンネルＦＥＴＰ２がオフとなる。したがって、一方向性ユニット２も一方向性ユニット１と同様に、信号φＳによって、その動作が制御され、動作させない場合には、コンパレータＣＯＭ２の消費電流を削減することができる。
【００１９】
ところで、腕時計にような小型で軽量の装置において、交流発電機ＡＧを内蔵しようとすると、交流発電機ＡＧは非常に小型のものとなるので、交流発電機ＡＧを構成する出力用コイルの大きさには一定の限度がある。交流発電機ＡＧの起電圧は出力用コイルの巻線数に比例するから、このような交流発電機ＡＧによって高い電圧を発生させることは難しい。このため、交流発電機ＡＧの起電圧を整流しても、腕時計に内蔵される各構成を安定して動作させるのに十分な電圧を得ることができない。そこで、本実施形態にあっては、一方向性ユニット３，４をチョッパ動作させて、交流発電機ＡＧの起電圧をスパイク状のチョッパ電圧に変換し、これを昇圧部３０で昇圧して所望の電圧を得るようにしている。なお、昇圧部３０としては、いわゆる倍電圧回路等の周知な構成を用いればよく、例えば、コンデンサと一方向性ユニットを組み合わせて構成すればよい。
【００２０】
次に、一方向性ユニット４は、ＮチャンネルＦＥＴＮ２、オア回路ＯＲ２、コンパレータＣＯＭ４、およびスイッチＳ７，Ｓ８から構成される。コンパレータＣＯＭ４の正入力端子は交流発電機ＡＧの出力端子ＡＧ１に接続され、その負入力端子には基準電圧Ｖｒｅｆ１が供給される。基準電圧Ｖｒｅｆ１は、グランドＧＮＤの電圧をわずかに上回る電圧に設定されている。なお、基準電圧Ｖｒｅｆ１と発電検出部１０で発電状態を検出するために用いる基準電圧Ｖｒｅｆの関係については後述する。
【００２１】
この場合、出力端子ＡＧ１の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ１を越えると、信号ＣＮ２がハイレベルとなり、出力端子ＡＧ１の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ１を下回ると、信号ＣＮ２がローレベルとなる。また、オア回路ＯＲ２には、信号ＣＮ２とクロック信号ＣＬＫ１が供給され、そこでは、両信号の論理和が演算される。演算結果は信号φＮ２としてＮチャンネルＦＥＴＮ２のゲートに供給される。
したがって、ＮチャンネルＦＥＴＮ２は、信号ＣＮ２またはクロック信号ＣＬＫ１のうち一方がハイレベルとなればオンとなり、両信号がローレベルとなればオフとなる。なお、一方向性ユニット３も一方向性ユニット４と同様に構成されている。
【００２２】
ここで、交流発電機ＡＧが発電状態にあり、出力端子ＡＧ１の電圧が出力端子ＡＧ２の電圧よりも高いとすると、出力端子ＡＧ２はＮチャンネルＦＥＴＮ２によって接地され、一方、ＮチャンネルＦＥＴＮ１はクロック信号ＣＬＫ１と同期してオン・オフを繰り返す。これにより、出力端子ＡＧ１の電圧はパルス状に変動し、この電圧が電源Ｖｄｄを上回ると、充電電流が、交流発電機ＡＧ→ＰチャンネルＦＥＴＰ１→電源Ｖｄｄ→昇圧部３０の経路で流れ、昇圧部３０にて昇圧された電圧が蓄電される。
【００２３】
一方向性ユニット４において、ＮチャンネルＦＥＴＮ２のゲートとグランドＧＮＤの間にはスイッチＳ７が設けられており、コンパレータＣＯＭ４の負電源端子とグランドＧＮＤの間にはスイッチＳ８が設けられている。スイッチＳ７，Ｓ８は、信号φＳＬがハイレベルになると、スイッチＳ７がオン、スイッチＳ８がオフとなり、信号φＳＬがローレベルになると、スイッチＳ７がオフ、スイッチＳ８がオンとなるように構成されている。したがって、信号φＳＬをローレベルにすると、コンパレータＣＯＭ４に電源が供給され、その比較動作が行われる。一方、信号φＳＬをハイレベルにすると、コンパレータＣＯＭ４への電源供給が遮断され、また、ＮチャンネルＦＥＴＮ２がオフとなる。したがって、信号φＳＬによって、一方向性ユニット４を動作させるか否かを制御することができ、動作させない場合には、コンパレータＣＯＭ４の消費電流を削減することができる。
【００２４】
また、一方向性ユニット３のスイッチＳ５は、一方向性ユニット４のスイッチＳ７に対応しており、一方向性ユニット３のスイッチＳ６は、一方向性ユニット４のスイッチＳ８に対応している。ここで、信号φＳＬがローレベルであるならば、コンパレータＣＯＭ３に電源が供給され、その比較結果に応じてＮチャンネルＦＥＴＮ１のオン・オフが制御される。一方、信号φＳＬがハイレベルであるならば、コンパレータＣＯＭ３への電源供給が遮断され、また、ＮチャンネルＦＥＴＮ１がオフとなる。したがって、信号φＳＬによって、一方向性ユニット３を動作させるか否かを制御することができ、動作させない場合には、コンパレータＣＯＭ３の消費電流を削減することができる。
【００２５】
次に、信号φＳＬを生成する発電検出部１０について説明する。発電検出部１０は、交流発電機ＡＧの出力端子ＡＧ１，ＡＧ２の電圧を予め定められた閾値と比較して、閾値を越えた場合に交流発電機ＡＧが発電状態にあると判別するものであり、例えば、図２に示す回路によって構成される。
【００２６】
図において、抵抗Ｒ１を介して接地されるコンパレータＣＯＭ５の正入力端子は、出力端子ＡＧ１と接続されており、また、その負入力端子には基準電圧Ｖｒｅｆが供給されている。一方、抵抗Ｒ２を介して接地されるコンパレータＣＯＭ６の正入力端子は、出力端子ＡＧ２と接続されており、また、その負入力端子には基準電圧Ｖｒｅｆが供給されている。なお、抵抗Ｒ１，Ｒ２の値は略２００ＫΩに設定している。また、基準電圧Ｖｒｅｆは、交流発電機ＡＧが発電状態にあるか否かを検出できるように、グランドＧＮＤの電圧をわずかに上回るように設定されている。
【００２７】
したがって、コンパレータＣＯＭ５，ＣＯＭ６のうちいずれか一方の出力信号がハイレベルとなれば発電状態にあることを検出することができる。このため、オア回路１１は両信号の論理和を算出し、交流発電機ＡＧが発電状態にあるか否かを検出し、信号φＡＧを生成する。
【００２８】
また、ノア回路１３の一方の入力端子には、後述するラッチ回路６で生成される信号φＳが反転回路１２を介して供給され、その他方の入力端子には、オア回路１１の出力信号φＡＧが供給され、これらの信号に基づいてノア回路１３は信号φＳＬを生成する。そして、信号φＳＬによって、一方向性ユニット３，４の動作が制御される。ここで、信号φＳＬをオア回路１１の出力信号のみならず、信号φＳを考慮して生成するようにしたのは、発電検出部１０、コンパレータＣＯＭ３，ＣＯＭ４の動作速度を遅く設定したため、発電状態にあった交流発電機ＡＧが一旦発電を停止し、この後、すぐに発電を開始したような場合に、充電することができないからである。なお、この点については後述する。
【００２９】
次に、図１に示すノア回路ＮＯＲ１は、信号φＮ１と信号φＮ２に基づいて、出力端子ＡＧ１，ＡＧ２の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２を越えたか否か検出する。ここで、一方向性ユニット３，４の基準電圧Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２は、発電検出部１０の基準電圧Ｖｒｅｆと比較して大きな値に設定されている。図３は、基準電圧Ｖｒｅｆ１および基準電圧Ｖｒｅｆと出力端子ＡＧ１の電圧の関係を示したものである。図において出力端子ＡＧ１の電圧がＶａのように変化したとすると、時刻ｔａにおいて出力端子ＡＧ１の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆを越えるので、信号φＳＬがローレベルとなりコンパレータＣＯＭ４に電源が供給される。この後、出力端子ＡＧ１の電圧Ｖａが上昇し、時刻ｔｃにおいて基準電圧Ｖｒｅｆ１を越えると、コンパレータＣＯＭ４の出力信号がハイレベルとなり、ノア回路ＮＯＲ１によって、出力端子ＡＧ１の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ１を越えたことが検知される。
一方、出力端子ＡＧ１の電圧がＶｂのように変化したとすると、時刻ｔｂにおいて出力端子ＡＧ１の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆを越えるので、コンパレータＣＯＭ４に電源が供給されるが、基準電圧Ｖｒｅｆ１を越えないのでノア回路ＮＯＲ１の出力信号φＮはローレベルにならない。
【００３０】
次に、図１に示すノア回路ＮＯＲ２は、信号φＮとクロック信号ＣＬＫ１の負論理和を演算し、その出力信号をオア回路ＯＲ１，ＯＲ２に供給している。このため、信号φＮがハイレベルの期間中は、クロック信号が一方向性ユニット３，４に供給されず、チョッパ動作が行われない。この意味において、ノア回路ＮＯＲ２は、クロック禁止手段として機能する。
【００３１】
次に、ラッチ手段６は、セット端子Ｓがローレベルになると、出力信号をローレベルにセットし、リセット端子Ｒがローレベルになると、出力信号をハイレベルにセットするよう構成されており、例えば、反転型のＳＲフリップフロップを用いることができる。この例にあっては、セット端子Ｓに信号φＮが供給されているので、信号φＮがローレベルなると、すなわち、出力端子ＡＧ１，ＡＧ２の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２を越えると、ラッチ手段６によってラッチされ、信号φＳがローレベルとなる。上述したように、一方向性ユニット１，２は、信号φＳがローレベルになるとそれらに電源が供給され動作するので、出力端子ＡＧ１，ＡＧ２の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２を越えると、一方向性ユニット１，２を動作させることができる。
【００３２】
すなわち、出力端子ＡＧ１，ＡＧ２の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆを越えると、コンパレータＣＯＭ３，ＣＯＭ４を動作させ、さらに出力端子ＡＧ１，ＡＧ２の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２を越えるとコンパレータＣＯＭ１，ＣＯＭ２を動作させている。
【００３３】
このように２段階の閾値を設けて、電源供給を制御したのは、以下の理由による。この例のようにチョッパ式充電回路では、小さな起電圧を昇圧することが目的であり、グランドＧＮＤの電圧をわずかに上回る電圧を基準電圧として、交流発電機ＡＧの発電状態を検出し、その検出結果に基づいて一方向性ユニットの電源供給を制御する必要がある。しかし、基準電圧を小さな値に設定すると、磁界等の外乱によって出力端子ＡＧ１，ＡＧ２間に起電圧が誘起された場合や、腕時計の使用者がわずかに腕を動かして昇圧しても充電できない小さな起電圧が生じた場合には、出力端子ＡＧ１，ＡＧ２の電圧が、電源Ｖｄｄの電圧を越えず、結局、充電電流を得ることができない。このような場合に、高速ではあるが消費電流の大きいコンパレータＣＯＭ１，ＣＯＭ２に給電して電流を消費したのでは、充電効率が低下してしまう。そこで、本実施形態にあっては、基準電圧Ｖｒｅｆおよび基準電圧Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２を用いて、交流発電機ＡＧの起電圧を監視し、必要に応じて各一方向性ユニット１〜４への給電を制御して消費電流の削減を図っている。
【００３４】
また、上述したように各一方向性ユニット１〜４への給電を制御するのに伴い、コンパレータＣＯＭ１〜ＣＯＭ６の消費電流を、以下のように設定している。
ＣＯＭ１，ＣＯＭ２＞ＣＯＭ３，ＣＯＭ４＞ＣＯＭ５，ＣＯＭ６
コンパレータＣＯＭ５，ＣＯＭ６の消費電流を最も小さく設定したのは、これらは発電検出部１０の内部に設けられており、常時、交流発電機ＡＧの起電圧を監視する必要があるからである。また、コンパレータＣＯＭ１，ＣＯＭ２の消費電流を最も大きく設定したのは、これらによって、充電の条件である出力端子ＡＧ１，ＡＧ２の電圧が電源Ｖｄｄを越えることを検知するからである。さらに、コンパレータＣＯＭ３，ＣＯＭ４の消費電流をコンパレータＣＯＭ１，ＣＯＭ２に比較して小さく設定したのは、コンパレータＣＯＭ３，ＣＯＭ４は出力端子ＡＧ１，ＡＧ２が立ち上がり始めるという充電の前提条件を検知するものであるから、コンパレータＣＯＭ１，ＣＯＭ２に比較して動作速度は遅くてもよいが、出力端子ＡＧ１，ＡＧ２が電源Ｖｄｄを越えるまでに一方向性ユニット３，４を動作させる必要があるので、これを満たす程度の応答速度を持たせる必要があるからである。
【００３５】
このように消費電流を設定することにより、消費電流の小さいものから大きいものへ順に給電を行うことができるので、消費電流をより削減して充電効率を向上させることができる。具体的には、コンパレータＣＯＭ１〜ＣＯＭ４における全消費電流は約５００ｎＡであり、これに対して、コンパレータＣＯＭ５，ＣＯＭ６の消費電流は約１０ｎＡである。したがって、スタンバイ時の消費電流を通常動作時の約１／５０にすることができる。
【００３６】
ところで、コンパレータの動作速度は消費電流が少ないほど遅くなるので、上述したように消費電流を設定すると、交流発電機ＡＧが発電状態から非発電状態に変化しても、すぐには非発電状態を検出できない。そして、さらに交流発電機ＡＧが非発電状態から発電状態に変化すると、コンパレータＣＯＭ５，ＣＯＭ６の遅延時間が経過した後、状態変化が検知される。
【００３７】
したがって、交流発電機ＡＧが短い周期で発電状態と非発電状態を繰り返すと、発電状態において交流発電機ＡＧの起電圧が電源Ｖｄｄの電圧を越えて、充電の条件を満たしている期間があるにも拘わらず、当該期間の一部でしか充電を行うことができないという不都合がある。
【００３８】
そこで、本実施形態にあっては、コンパレータＣＯＭ３，ＣＯＭ４において出力端子ＡＧ１，ＡＧ２の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２を下回ったことが検出されてから、一定の時間は、各一方向性ユニット１〜４への給電を継続して行い、一定時間が経過した後、給電を停止するように構成している。
【００３９】
具体的には、ノア回路ＮＯＲ１の出力信号φＮがローレベルからハイレベルに変化することによって、出力端子ＡＧ１，ＡＧ２の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２を下回ったことが検出されると、信号φＮがノア回路ＮＯＲ２，ＮＯＲ３を介して信号φＲとしてタイマカウンタ５のリセット端子Ｒに供給される。
【００４０】
ここで、タイマカウンタ５は、クロック信号ＣＬＫをカウントしてカウント値が所定値に達するとローレベルになるリップルキャリイ信号を信号φＲ１として出力し、そのリセット端子Ｒがローレベルになるとカウント値を０にリセットするように構成されている。
【００４１】
したがって、信号φＮがローレベルからハイレベルに変化すると、これに伴い信号φＲがローレベルからハイレベルに変化してリセットが解除され、タイマカウント５による時間計測が開始される。そして、信号φＮがハイレベルの状態、すなわち、非発電状態が所定時間継続しカウント値が所定値に達すると、信号φＲ１がローレベルとなりラッチ手段６がリセットされる。上述したようにラッチ手段６はリセットされると出力信号φＳをハイレベルにするので、これにより、始めて信号φＳがハイレベルとなり、コンパレータＣＯＭ１，ＣＯＭ２の給電が停止される。また、信号φＳが発電検出部１０に供給されると、信号φＳは反転回路１２とノア回路１３を介して信号φＳＬとして出力され、これによりコンパレータＣＯＭ３，ＣＯＭ４の給電が停止される。
【００４２】
一方、タイマカウンタ５による計測中に、出力端子ＡＧ１，ＡＧ２の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２を越えて信号φＮがローレベルになると、タイマカウンタ５は再びリセットされるので、ラッチ手段６はリセットされず、信号φＳはローレベルのまま維持される。すなわち、タイマカウンタ５による時間計測はリトリガブルで行われ、非発電状態が所定時間継続したときのみ、コンパレータＣＯＭ１〜ＣＯＭ４の給電が停止されることになる。
【００４３】
次に、交流発電機ＡＧとその周辺機構の構成を説明する。図４は交流発電機ＡＧとその周辺機構の構成を示す斜視図である。図示のように、交流発電機ＡＧは、ロータ１４とステータ１５を備えており、２極磁化されたディスク状のロータ１４が回転するとステータ１５の出力用コイル１６に起電力が発生し、交流出力が取り出せるようになっている。また、図において、１３は腕時計本体ケース内で旋回運動を行う回転錘であり、１１は回転錘１３の回転運動を発電機ＡＧに伝達する輪列機構である。回転錘１３は腕時計を装着した人の腕の振りに応じて回転し、これに伴って交流発電機ＡＧから起電力が得られるようになっている。
【００４４】
交流発電機ＡＧから出力された交流は、本実施形態であるチョッパ式充電回路１００で整流され、処理装置９に供給される。処理装置９は、チョッパ式充電回路１００から放電される電力によって時計装置７を駆動する。この時計装置７は、水晶発振器やカウンタ回路等で構成されており、水晶発振器で生成されるマスタ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測している。この例にあっては、マスタクロック信号あるいはこれを分周した信号を、クロック信号ＣＬＫとして、上述したチョッパ式充電回路１００に供給している。したがって、クロック信号ＣＬＫを生成する回路をチョッパ式充電回路１００と時計装置７とで兼用することができる。この結果、回路構成を簡易にするとともに、腕時計全体として消費電流を削減することができる。
【００４５】
２．実施形態の動作
次に、本実施形態の動作を、図面を参照しつつ説明する。
２−１：給電開始動作
まず、交流発電機ＡＧが非発電状態にあり、一方向性ユニット１〜４に給電がされていない状態から、給電が開始されるまでの動作を説明する。図５は、本実施形態に係わるチョッパ式充電回路１００のタイミングチャートである。
【００４６】
いま、時刻ｔ１において、腕時計を装着した腕を使用者が動かしたとすると、交流発電機ＡＧが発電を開始する。この場合、出力端子ＡＧ１の電圧が図５（ａ）に示すように変化したとすると、時刻ｔ２において出力端子ＡＧ１の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆを上回る。すると、発電検出部１０は、出力端子ＡＧ１の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆを越えたことを検知して信号φＡＧをローレベルからハイレベルにする。ただし、検出に用いられるコンパレータＣＯＭ５，ＣＯＭ６は消費電流が小さく応答速度の遅いものが使用されるので、信号φＡＧが変化するには遅れが伴う。ここで遅延時間をｔｄとすれば、信号φＡＧは図５（ｂ）に示すように、時刻ｔ３（＝ｔ１＋ｔｄ）においてハイレベルとなる。
【００４７】
そして、信号φＡＧはノア回路１３によって反転され、図５（ｃ）に示す信号φＳＬとして、一方向性ユニット３のスイッチＳ５，Ｓ６および一方向性ユニット４のスイッチＳ７，Ｓ８に出力される。これにより、図５（ｄ）および（ｅ）に示すように、時刻ｔ３において、スイッチＳ５，Ｓ７がオフ、スイッチＳ６，Ｓ８がオンとなるので、一方向性ユニット３，４に給電が行われ、時刻ｔ３から基準電圧Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２と出力端子ＡＧ１，ＡＧ２の電圧の比較が開始される。したがって、出力端子ＡＧ１，ＡＧ２の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆに満たない場合には、コンパレータＣＯＭ３，ＣＯＭ４に給電されないので、消費電流を低減することができる。
【００４８】
この後、出力端子ＡＧ１の電圧が上昇し、図５（ａ）に示すように時刻ｔ４において基準電圧Ｖｒｅｆ１を越えると、信号φＮ２がローレベルからハイレベルに変化する（図５（ｆ）参照）。信号φＮ２は、ノア回路ＮＯＲ１によって反転され、図５（ｇ）に示す信号φＮとして、ノア回路ＮＯＲ２に供給される。ノア回路ＮＯＲ２は、図５（ｉ）に示すクロック信号ＣＬＫと信号φＮの負論理和を演算して、その演算結果を図５（ｊ）に示すクロック信号ＣＬＫ１として一方向性ユニット３，４に出力する。ここで、信号φＮがハイレベルの期間中はクロック信号ＣＬＫ１がローレベルとなるので、一方向性ユニット３，４はチョッパ動作を行わない。すなわち、出力端子ＡＧ１，ＡＧ２の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２を越えると、チョッパ動作が開始する。
【００４９】
また、信号φＮは、ラッチ手段６のセット端子Ｓに供給されている。ラッチ手段６はセット端子Ｓがハイレベルになると、出力端子をローレベルにセットするので、信号φＳは、図５（ｋ）に示すように時刻ｔ４においてローレベルとなる。信号φＳは、一方向性ユニット１のスイッチＳ１，Ｓ２および一方向性ユニット２のスイッチＳ３，Ｓ４に供給される。これにより、図５（ｌ）および（ｍ）に示すように、時刻ｔ４において、スイッチＳ１，Ｓ３がオフ、スイッチＳ２，Ｓ４がオンとなるので、一方向性ユニット１，２に給電が行われ、時刻ｔ４から電源Ｖｄｄの電圧と出力端子ＡＧ１，ＡＧ２の電圧の比較が開始される。
【００５０】
一方、図５（ａ）に示すように、出力端子ＡＧ１の電圧が時刻ｔ７において基準電圧Ｖｒｅｆを越え、基準電圧Ｖｒｅｆ１を越えないまま、時刻ｔ８において基準電圧Ｖｒｅｆ１を下回ったとすると、一方向性ユニット３，４には給電が行われるが、一方向性ユニット１，２には給電が行われない。
したがって、出力端子ＡＧ１，ＡＧ２の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２に満たない場合には、コンパレータＣＯＭ１，ＣＯＭ２に給電されないから、起電圧が小さく充電を行うことができない期間において、電流が消費されることがない。この結果、消費電流を低減して充電効率を高めることができる。
【００５１】
２−２：給電停止動作
次に、交流発電機ＡＧが発電状態にあり一方向性ユニット１〜４に給電されている状態から、給電が停止されるまでの動作を説明する。
【００５２】
交流発電機ＡＧの起電力が次第に減少し、図５（ａ）に示すように時刻ｔ５において、出力端子ＡＧ１の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ１を下回ると、コンパレータＣＯＭ４は、出力端子ＡＧ１の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ１を下回ったことを検出する。この結果、信号φＮは時刻ｔ５においてハイレベルとなる。すると、図５（ｎ）に示すように信号φＲがハイレベルになるので、タイマカウンタ５によって時間計測が開始される。この例にあっては、時刻ｔ５以降、出力端子ＡＧ１の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ１を越えることはないので、図５（ｏ）に示すように時刻ｔ５からタイマ設定時間ＴＭが経過した時刻ｔ６において、タイマカウンタ５の出力信号φＲ１はローレベルとなる。
【００５３】
ここで、ラッチ手段６は信号φＲ１によってリセットされるので、時刻ｔ６において信号φＳはローレベルからハイレベルに変化する。この信号φＳによってスイッチＳ１〜Ｓ４が制御され、時刻ｔ６において、スイッチＳ１，Ｓ３がオン、スイッチＳ２，Ｓ４がオフなる。これにより、一方向性ユニット１，２への給電が停止される。また、信号φＳが発電検出部１０に供給されると、信号φＳは反転回路１２およびノア回路１３を介して、信号φＳＬとして一方向性ユニット３，４に供給される。したがって、時刻ｔ６において信号φＳがハイレベルになると、信号φＳＬもハイレベルとなり、一方向性ユニット３，４への給電が停止される。
【００５４】
したがって、給電停止は、出力端子ＡＧ１，ＡＧ２の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２の電圧を継続して所定時間下回ることを条件に行われる。これにより、発電検出部１０に用いるコンパレータＣＯＭ５，ＣＯＭ６に消費電流が小さいく応答速度が遅いものを使用しても、確実に非発電状態を検出して、給電を停止するように制御することができる。
【００５５】
２−３：全体動作
次に、本実施形態のチョッパ式充電回路における給電の全体動作を説明する。図６はコンパレータＣＯＭ１〜ＣＯＭ４の状態遷移図である。
まず、交流発電機ＡＧの非発電状態が継続している場合には、コンパレータＣＯＭ１〜ＣＯＭ４の給電が停止された状態Ａになっている。状態Ａにおいて、出力端子ＡＧ１の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆよりも下回り、かつ、出力端子ＡＧ２の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆよりも下回っている場合には、状態Ａが維持される（経路Ｋ１）。
【００５６】
次に、状態Ａにおいて、出力端子ＡＧ１の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ以上になるか、または、出力端子ＡＧ２の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ以上になると、状態Ａから状態Ｂに遷移する（経路Ｋ２）。この場合には、コンパレータＣＯＭ１，ＣＯＭ２への給電は停止されたままであるが、コンパレータＣＯＭ３，ＣＯＭ４への給電が開始される。したがって、状態Ｂにあっては、出力端子ＡＧ１，ＡＧ２の電圧と基準電圧Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２の電圧との比較が併せて行われる。
【００５７】
次に、状態Ｂにおいて、出力端子ＡＧ１の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆよりも下回り、かつ、出力端子ＡＧ２の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆよりも下回っている場合には、状態Ｂから状態Ａに遷移する（経路Ｋ３）。したがって、交流発電機ＡＧの起電圧が小さく充電に至らない場合には、コンパレータＣＯＭ３，ＣＯＭ４の給電が停止されるので、消費電流を削減することができる。
【００５８】
次に、状態Ｂにおいて、出力端子ＡＧ１の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ１以上になるか、あるいは、出力端子ＡＧ２の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ２以上になると、状態Ｂから状態Ｃに遷移する（経路４）。この場合には、コンパレータＣＯＭ１〜ＣＯＭ４に給電が行われ、電源Ｖｄｄに充電電流を供給する準備が整う。ここで、出力端子ＡＧ１，ＡＧ２の電圧が電源Ｖｄｄの電圧を越えると充電が行われる。
【００５９】
次に、状態Ｃにおいて、出力端子ＡＧ１の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ１を下回り、かつ、出力端子ＡＧ２の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ２を下回る時間が、タイマ設定時間ＴＭ以上継続すると、状態Ｃから状態Ａに遷移して（経路Ｋ５）、コンパレータＣＯＭ１〜ＣＯＭ４への給電が停止される。これにより、発電検出部１０に用いるコンパレータＣＯＭ５，ＣＯＭ６に消費電流が小さいく応答速度が遅いものを使用しても、確実に非発電状態を検出して、給電を停止するように制御することができる。
【００６０】
３．まとめ
上述したように本実施形態によれば、基準電圧Ｖｒｅｆを用いて交流発電機ＡＧの発電状態を検出し、発電状態が検出された場合にのみコンパレータＣＯＭ３，ＣＯＭ４に給電するようにしたので、コンパレータＣＯＭ３，ＣＯＭ４で消費される電流を削減することができる。また、コンパレータＣＯＭ３，ＣＯＭ４によって交流発電機ＡＧの出力端子ＡＧ１，ＡＧ２の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２を越えたことが検出された場合にのみコンパレータＣＯＭ１，ＣＯＭ２に給電するようにしたので、コンパレータＣＯＭ１，ＣＯＭ２で消費される電流を削減することができる。しかも、各コンパレータの消費電流を「ＣＯＭ１，ＣＯＭ２＞ＣＯＭ３，ＣＯＭ４＞ＣＯＭ５，ＣＯＭ６」の順に設定したので、消費電流の少ない順に給電がなされるから、消費電流を一層低減することができる。
【００６１】
また、給電を停止する場合においては、出力端子ＡＧ１，ＡＧ２の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２を下回ることを条件としたので、基準電圧Ｖｒｅｆを条件とする場合に比較して速く給電を停止することができる。一方、コンパレータの消費電流を削減すると、応答速度が遅くなるため、一旦、非発電状態になった後、すぐに発電状態に移行すると充電できない事態も起こり得るが、この例にあってはタイマカウンタ５によって、出力端子ＡＧ１，ＡＧ２の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２を連続して下回る時間を計測し、この時間が所定時間に達した場合に非発電状態とみなして給電を停止するようにしたので、上述した問題が起こらない。したがって、消費電流の少ないコンパレータを用いても確実に非発電状態を検知して、給電を停止することができるので、消費電流を大幅に削減することができる。また、一旦、コンパレータＣＯＭ１，ＣＯＭ２に給電が開始されると、少なくともタイマカウンタ５に設定されたタイマ設定時間ＴＭが経過するまでは、継続してコンパレータＣＯＭ１〜ＣＯＭ４に給電が行われるので、小さな起電圧に対しても良好な応答性をもって充電することが可能となる。
【００６２】
このように本実施形態にあっては、制御系統の消費電流を大幅に削減したので、充電効率の高いチョッパ式充電回路１００を提供することができる。また、軽薄で小型であることが要求される腕時計では、その内部に設ける交流発電機ＡＧは小型のものにせざるを得ない。このため、交流発電機ＡＧで発生する起電圧は小さく、整流効率はよくない。したがって、上述したチョッパ式充電回路１００のように充電効率の良いものを腕時計に適用することは極めて有用である。特に、上述したチョッパ式充電回路１００では、使用者が腕時計を腕に装着していない期間にあっては、最も消費電流の少ないコンパレータＣＯＭ５，ＣＯＭ６にのみ給電して発電の状態を監視するようにしたので、その間に消費される電流はごく少ない。このため、使用者が腕時計を長期間使用しなかった場合であっても、時計が止まってしまい使いたい時に時間がわからないといった事態を大幅に少なくすることができる。
【００６３】
４．変形例
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に述べる各種の変形が可能である。
（１）上述した実施形態においては、チョッパ式充電回路１００を用いた電子機器の一例として腕時計を取り上げ説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、携帯型の血圧計、携帯電話機、ページャ、万歩計等に適用することができる。要は電力を消費する電子機器であればどのようなものに適用してもよい。このような電子機器においては、電池がなくてもそこに内蔵される電子回路や機構系を継続して動作させることができるので、何時でも電子機器を使用することができ、また、煩わしい電池の交換を不要にできる。さらには、電池の廃棄に伴う問題が生ずることもない。
【００６４】
なお、電池と上述したチョッパ式充電回路１００と兼用してもよく、この場合は、電子機器を長時間持ち歩かなっかった場合に、電池からの電力により即座に電子機器を動作させることができ、その後、使用者が電子機器を持ち歩くことによって、発電された電力によって電子機器を動作させることができる。
【００６５】
（２）上述した実施形態においては、スイッチ手段の一例として、ＰチャンネルＦＥＴＰ１，Ｐ２、ＮチャンネルＦＥＴＮ１，Ｎ２を例示したが、ＰチャンネルＦＥＴＰ１，Ｐ２の替わりにＰＮＰ型のトランジスタ、ＮチャンネルＦＥＴＮ１，Ｎ２の替わりにＮＰＮ型のバイポーラトランジスタを使用してもよい。ただし、これらの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０．３Ｖ程度あるのが通常であるから、交流発電機ＡＧの起電圧が小さい場合には、上述した実施形態のようにＦＥＴを使用することが望ましい。
【００６６】
（３）上述した実施形態において、コンパレータＣＯＭ１〜ＣＯＭ４、各論理回路をＦＥＴを使用して構成し、チョッパ式充電回路１００全体を１チップのＩＣに内蔵するようにしてもよい。
【００６７】
（４）上述した実施形態においては、グランドＧＮＤ側のＮチャンネルＦＥＴＮ１，Ｎ２をクロック信号ＣＬＫ１に同期してスイッチングを行うことによりチョッパ動作させたが、コンパレータＣＯＭ１〜ＣＯＭ４や論理回路等を上下反転するように構成して、電源Ｖｄｄ側のＰチャンネルＦＥＴＰ１，Ｐ２をスイッチングするように構成してもよい。この場合には、電源ＶｄｄとグランドＧＮＤの関係が逆転するので、図２示す抵抗Ｒ１，Ｒ２は電源Ｖｄｄに接続され、基準電圧Ｖｒｅｆは電源Ｖｄｄに対して与えられる。また、基準電圧Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２は電源Ｖｄｄに対して与えられる。すなわち、スイッチングを行うＦＥＴが接続されるラインに対して各基準電圧が与えられることになる。また、グランドＧＮＤの代わりに一定電位のラインを用いてもよい。要は、二つのライン間でチョッパ動作をさせるに際し、交流発電機ＡＧの出力端子ＡＧ１，ＡＧ２の電圧を二つの閾値と比較し、その比較結果に応じてコンパレータに給電し、消費電流を削減するのであればどのようなものであってもよい。
【００６８】
（５）上述した実施形態においては、全波整流を行うチョッパ回路を一例として説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、半波整流に用いられるチョッパ回路や、二つの一方向性ユニットとコンデンサを組み合わせて倍電圧整流を行う際に用いられるチョッパ回路に適用できることは勿論である。例えば、半波整流に本発明を適用する場合にあっては、上述した一方向性ユニット１，２のいずれか一方を削除すればよい。要は、発電状態を検出する手段と、充電条件を検出する手段を設け、交流発電機の発電状態が検出されると、充電条件を検出する手段に給電を開始し、当該手段によって充電条件を満たしていることが検出されると、全ての構成部分に給電を開始するチョッパ回路であればどのようなものであってもよい。
【００６９】
（６）上述した実施形態においては、発電検出部１０は、交流発電機ＡＧの各出力端子ＡＧ１，ＡＧ２の電圧を常時監視していたが、本発明はこれに限定されるものではなく、所定周期毎に各出力端子ＡＧ１，ＡＧ２の電圧を監視するようにしてもよい。
さらに、タイマ設定時間ＴＭを適宜設定して各出力端子ＡＧ１，ＡＧ２のうちいずれか一方の電圧に基づいて、発電状態を監視するようにしてもよい。例えば、タイマ設定時間ＴＭを３０ｍｓに設定し、一方の出力端子の電圧に基づいて発電状態を監視した場合と両方の出力端子に基づいて発電状態を監視した場合とで発電電力を比較すると、両者はほぼ一致する。したがって、タイマ設定時間ＴＭを適宜設定することによって、一方の出力端子の電圧に基づいて発電状態を検出することが可能となる。この場合には、コンパレータＣＯＭ５，ＣＯＭ６のうちいずれか一方を削減できるので、スタンバイ時の消費電流をさらに低減することができる。具体的には、スタンバイ時の消費電流を略５．５ｎＡにすることができるので、通常動作時の約１／１００に削減できる。また、従来のショットキーダイオードを使用した整流回路にあっては、一素子当たり約２０ｎＡのリーク電流があるので、これと比較しても消費電流を低減することができる。
【００７０】
（７）上述した実施形態に係わるチョッパ回路は、ゼンマイ式発電機を備えた電子制御機械時計に応用してもよい。図８は、電子制御機械時計の機械構造を示す斜視図である。この腕時計において、ゼンマイ１１０はリューズ（図示せず）に連結されており、リューズを巻くことによって、ゼンマイ１１０に機械エネルギが蓄積されるようになっている。ゼンマイ１１０と発電機１３０のロータ１３１の間には、増速輪列１２０が設けられている。増速輪列１２０は、分針１２４が固定されている二番車１２１、三番車１２２、および秒針１２５が固定されている四番車１２３等から構成されている。そして、この増速輪列１２０によってゼンマイ１１０の運動が発電機１３０のロータ１３１に伝達され、発電が行われるようになっている。ここで、発電機１３０は電磁ブレーキとしても作用し、増速輪列１２０に固定された指針を定速で回転させている。この意味において、発電機１３０は調速機としても機能する。
【００７１】
次に、図９は、電子制御機械時計の電気的構成を示すブロック図である。図において、チョッパ回路２００は、発電機１３０と整流回路１４０とによって構成されている。発電機１３０の起電圧は、整流回路１４０によって整流され、コンデンサ１５０に充電される。コンデンサ１５０は、チョッパ回路２００、調速回路１７０、および発振回路１６０に電力を給電している。発振回路１６０は水晶振動子１６１を用いてクロック信号ＣＬＫを生成している。この調速回路１７０において、検出回路１０２が発電機１３０の発電周波数を検出すると、制御回路１０３は、この検出結果に基づいて、ロータ１３１の回転周期がクロック信号ＣＬＫの周期と合うように電磁ブレーキを調整してロータ１３１の回転速度を一定にするように整流回路１４０を制御している。この場合、整流回路１４０は、クロック信号ＣＬＫに基づいて生成された制御信号によって制御される。
【００７２】
ここで、発電機１３０の回転制御は、発電機１３０のコイル両端を短絡可能なスイッチでオン・オフしてチョッパリングすることで行っている。このスイッチは、例えば、上述した実施形態におけるＮチャンネルＦＥＴＮ１，Ｎ２が相当する。このチョッパリングによって、スイッチをオンした時には、発電機１３０にショートブレーキが掛かり、かつ発電機１３０のコイルに電気エネルギが蓄積される。一方、スイッチをオフすると、発電機１３０が動作し、コイルに蓄積されていた電気エネルギが開放され起電圧が生じる。この時の起電圧には、スイッチをオフしていた時の電気エネルギが加わるので、その値を高めることができる。このため、発電機１３０をチョッパリングで制御すると、ブレーキ時の発電電力の低下をスイッチオフ時の起電圧の高まり分で補填でき、発電電力を一定以上に保ちながら、制動トルクを増加でき、持続時間の長い電子制御式機械時計を構成することができる。このような電子制御式機械時計において、上述した実施形態で詳述したチョッパ回路の給電方法および給電停止方法を適用してもよい。この場合には、充電効率を更に向上させ、持続時間のより長い電子制御式機械時計を提供することができる。
【００７３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の発明特定事項によれば、交流発電機の発電状態に応じて不要な構成部分の給電を停止することができるので、チョッパ回路の消費電流を低減して、充電効率を向上することができる。
また、チョッパ式充電回路においては、交流発電機によって発電される電圧を高電圧に変換し、これを蓄電することができる。
また、チョッパ式充電回路を用いた電子機器にあっては、例えば、電池がなくてもそこに内蔵される電子回路や機構系を継続して動作させることができ、煩わしい電池の交換を不要にできる。
また、チョッパ式充電回路を用いた腕時計にあっては、クロック信号を時計回路で生成するので、チョッパ式充電回路において、クロック信号を生成するための回路構成を省略することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係わる腕時計に使用されるチョッパ式充電回路の回路図である。
【図２】同実施形態に係わる発電検出部の回路図である。
【図３】同実施形態に係わる基準電圧Ｖｒｅｆ１および基準電圧Ｖｒｅｆと出力端子ＡＧ１の電圧の関係を示したものである。
【図４】同実施形態に係わる交流発電機とその周辺機構の構成を示す斜視図である。
【図５】同実施形態のチョッパ式充電回路のタイミングチャートである。
【図６】同実施形態に係わるコンパレータＣＯＭ１〜ＣＯＭ４の状態遷移図である。
【図７】従来の充電回路の回路図である。
【図８】変形例に係わる電子制御機械時計の機械構造を示す斜視図である。
【図９】変形例に係わる電子制御機械時計の電気的構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１〜４…一方向性ユニット
５…昇圧部（昇圧回路）
１０…発電検出部（発電検出手段）
ＣＯＭ１〜ＣＯＭ４…コンパレータ（第１〜第４の比較手段）
Ｐ１，Ｐ２…ＰチャンネルＦＥＴ（第１，第２のスイッチ手段）
Ｎ１，Ｎ２…ＮチャンネルＦＥＴ（第３，第４のスイッチ手段）
ＡＧ…交流発電機
ＡＧ１，ＡＧ２…出力端子（一方，他方の出力端子）
【発明の属する技術分野】
本発明は、スタンバイ時の消費電流を低減するのに好適なチョッパ回路の給電停止方法、チョッパ回路、チョッパ式充電回路およびこれらを用いた電子機器および腕時計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
発電機によって発電された交流電圧をコンデンサや電池に充電する充電回路として、ブリッジ型の充電回路が知られている。図７は、従来の充電回路の回路図である。この充電回路においては、発電機ＡＧの出力端子Ａ，Ｂの電圧と電源Ｖｄｄの電圧とを比較するコンパレータＣＯＭ１，ＣＯＭ２、発電機ＡＧの出力端子Ａ，Ｂの電圧とグランドＧＮＤの電圧を比較するコンパレータＣＯＭ３，ＣＯＭ４、および充電電流を蓄電する大容量のコンデンサＣが各々設けらている。そして、各コンパレータＣＯＭ１〜ＣＯＭ４の出力によって、ＰチャンネルＦＥＴＰ１，Ｐ２，Ｎ１，Ｎ２のオン・オフが制御される。
【０００３】
ここで、出力端子Ａの電圧がグランドＧＮＤの電圧以下になると、コンパレータＣＯＭ３によってＮチャンネルＦＥＴＮ１がオン状態となり、出力端子Ａが接地される。また、出力端子Ｂの電圧が電源Ｖｄｄの電圧を越えると、コンパレータＣＯＭ２によって、ＰチャンネルＦＥＴＰ２がオンとなり、電荷が矢印の経路でコンデンサＣに充電される。この場合、出力端子Ｂの電圧が電源Ｖｄｄの電圧を越えない限り、ＰチャンネルＦＥＴＰ２はオンとならいので、矢印と逆の経路で電流が流れて、充電効率が低下するといった不都合が生じないようになっている。
【０００４】
このように、従来の充電回路にあっては、電界効果トランジスタとコンパレータを組み合わせて、一定の条件の下に一方向に電流を流す一方向性ユニットを構成し、これによって、充電効率を高めている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、一方向性ユニットを用いた充電回路にあっては、コンパレータによって各電界効果トランジスタのオン・オフを制御しているので、常にコンパレータを動作させる必要がある。したがって、発電機ＡＧが発電しない期間、あるいは、発電しても起電圧が小さく充電できない期間において、コンパレータが電流を消費してしまい、充電効率が低下するといった問題がある。
【０００６】
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、一方向性ユニットを用いたチョッパ式充電回路において、簡易な構成で充電効率を高めることを目的とする。また、他の目的は、このチョッパ式充電回路を電子機器や腕時計に適用することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明にあっては、第１のスイッチ手段と、前記第１のスイッチ手段の端子間電圧を比較することにより前記第１のスイッチ手段のオン及びオフを制御する第１の制御手段と、第２のスイッチ手段と、交流発電機の出力端子の電圧を基準電圧と比較することにより充電条件を満たしているか否かを検出しこの検出結果に基づいて前記第２のスイッチ手段のオン及びオフを制御する第２の制御手段と、前記交流発電機が発電状態にあるか否かを検出しこの検出結果に基づいて前記第１および第２の制御手段への給電を開始又は停止する、前記第１および第２の制御手段よりも消費電流の小さい検出手段とを備え、前記交流発電機の起電圧をチョッパ電圧に変換するチョッパ回路の給電停止方法であって、前記第２の制御手段によって充電条件を満たしていないことが検出される時間を計測し、計測された時間が所定時間を越えると、前記第１および第２の制御手段への給電を停止し、前記検出手段が動作する状態とすることを特徴とする。
【０００８】
また、請求項２に記載の発明にあっては、第１のスイッチ手段と、前記第１のスイッチ手段の端子間電圧を比較することにより前記第１のスイッチ手段のオン及びオフを制御する第１の制御手段と、第２のスイッチ手段と、交流発電機の出力端子の電圧を基準電圧と比較することにより充電条件を満たしているか否かを検出しこの検出結果に基づいて前記第２のスイッチ手段のオン及びオフを制御する第２の制御手段とを備え、前記交流発電機の起電圧をチョッパ電圧に変換するチョッパ回路であって、前記交流発電機が発電状態にあるか否かを検出しこの検出結果に基づいて前記第１および第２の制御手段への給電を開始又は停止する、前記第１および第２の制御手段よりも消費電流の小さい検出手段と、前記第２の制御手段によって充電条件を満たしていないことが検出される時間を計測する時間計測手段と、前記時間計測手段によって計測された時間が所定時間を越えると、前記第１および第２の制御手段への給電を停止し、前記検出手段が動作する状態とする給電停止手段とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、請求項３に記載の発明にあっては、第１のラインと交流発電機の両出力端子との間に各々設けられた第１および第２のスイッチ手段と、第２のラインと前記交流発電機の両出力端子との間に各々設けられた第３および第４のスイッチ手段と、前記第１のラインの電圧と前記交流発電機の両出力端子電圧とを各々比較して前記第１および第２のスイッチ手段のオン及びオフを制御する第１および第２の比較手段と、前記交流発電機の両出力端子の電圧と基準電圧とを比較することにより充電条件を満たしているか否かを検出しこの検出結果に基づいて前記第３および第４のスイッチ手段のオン及びオフを制御する第３および第４の比較手段と、前記交流発電機が発電状態にあるか否かを検出しこの検出結果に基づいて前記第１乃至第４の比較手段への給電を開始又は停止する、前記第１乃至第４の比較手段よりも消費電流の小さい検出手段とを備え、前記交流発電機の起電圧をチョッパ電圧に変換するチョッパ回路の給電停止方法であって、前記第３および第４の比較手段によって充電条件を満たしていないことが検出される時間を計測し、計測された時間が所定時間を越えると、前記第１乃至第４の比較手段への給電を停止し、前記検出手段が動作する状態とすることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項４に記載の発明にあっては、交流発電機によって発電される起電力を、クロック信号に同期したチョッパ電圧に変換して第１のラインと第２のラインとの間に発生させるチョッパ回路であって、前記第１のラインの電圧と前記交流発電機の一方の出力端子の電圧とを比較する第１の比較手段と、前記一方の出力端子と前記第１のラインとの間に設けられ、前記第１の比較手段の比較結果に基づいてオン及びオフが制御される第１のスイッチ手段と、前記第１のラインの電圧と前記交流発電機の他方の出力端子の電圧とを比較する第２の比較手段と、前記他方の出力端子と前記第１のラインとの間に設けられ、前記第２の比較手段の比較結果に基づいてオン及びオフが制御される第２のスイッチ手段と、前記他方の出力端子と前記第２のラインとの間の電位差を第１の基準電位差と比較することにより充電条件を満たしていているか否かを検出する第３の比較手段と、前記一方の出力端子と前記第２のラインとの間の電位差を第２の基準電位差と比較することにより充電条件を満たしていているか否かを検出する第４の比較手段と、前記一方の出力端子と前記第２のラインとの間に設けられ、前記第３の比較手段によって前記他方の出力端子の電位差が前記第１の基準電位差を越えたことが検出された場合にはオンにされ、前記第４の比較手段によって前記一方の出力端子の電位差が前記第２の基準電位差を越えたことが検出された場合には前記クロック信号に基づいてオン及びオフが制御される第３のスイッチ手段と、前記他方の出力端子と前記第２のラインとの間に設けられ、前記第４の比較手段によって前記一方の出力端子の電位差が前記第２の基準電位差を越えたことが検出された場合にはオンにされ、前記第３の比較手段によって前記他方の出力端子の電位差が前記第１の基準電位差を越えたことが検出された場合には前記クロック信号に基づいてオン及びオフが制御される第４のスイッチ手段と、前記交流発電機が発電状態にあるか否かを検出しこの検出結果に基づいて前記第１乃至第４の比較手段への給電を開始又は停止する、前記第１乃至第４の比較手段よりも消費電流の小さい検出手段と、前記第３または第４の比較手段によって充電条件を満たしていないことが検出される時間を計測する時間計測手段と、前記時間計測手段によって計測された時間が所定時間を越えると、前記第１乃至第４の比較手段への給電を停止し、前記検出手段が動作する状態とする給電停止手段とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
また、請求項５に記載の発明にあっては、前記第１のラインは電源ラインであり、前記第２のラインはグランドであることを特徴とする。
また、請求項６に記載の発明にあっては、前記第１のラインはグランドであり、前記第２のラインは電源ラインであることを特徴とする。
また、請求項７に記載の発明にあっては、前記チョッパ回路において、前記第３および第４の比較手段の消費電流を前記第１および第２の比較手段の消費電流よりも低く設定したことを特徴とする。
【００１２】
また、請求項８に記載の発明にあっては、チョッパ式充電回路にあって、前記チョッパ回路と、前記チョッパ回路の前記電源ラインと前記グランドとに接続され、前記チョッパ電圧を昇圧するとともに昇圧した電圧を蓄電する昇圧回路とを備えたことを特徴とする。
また、請求項９に記載の発明にあっては、電子機器であって、前記チョッパ式充電回路を内蔵するとともに、前記チョッパ式充電回路から給電される電力によって、動作することを特徴とする。
また、請求項１０に記載の発明にあっては、腕時計であって、前記チョッパ式充電回路と、前記チョッパ式充電回路から給電され、時刻を計測する時計回路とを備え、前記時計回路から前記クロック信号を前記チョッパ式充電回路に供給することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、チョッパ式充電回路を適用した腕時計を本発明の一実施形態として説明する。
１．実施形態の構成
図１は、本実施形態に係わる腕時計に使用されるチョッパ式充電回路の回路図である。
チョッパ式充電回路１００は、交流発電機ＡＧの発電状態の有無を検出する発電検出部１０と、交流発電機ＡＧの起電圧をパルス状のチョッパ電圧に変換するチョッパ回路２０と、チョッパ回路２０によって得られるチョッパ電圧を昇圧するとともに昇圧された電圧を蓄電する昇圧部３０から大略構成されている。
【００１４】
まず、チョッパ回路の主要部の構成を説明する。一方向性ユニット１は、ＰチャンネルＦＥＴＰ１、コンパレータＣＯＭ１、スイッチＳ１，Ｓ２から構成される。コンパレータＣＯＭ１の正入力端子は電源Ｖｄｄに接続され、その負入力端子は交流発電機ＡＧの出力端子ＡＧ１に接続されている。このため、電源Ｖｄｄの電圧が出力端子ＡＧ１の電圧を越えると、信号φＰ１がロ−レベルとなり、ＰチャンネルＦＥＴＰ１がオンとなる。一方、電源Ｖｄｄの電圧が出力端子ＡＧ１の電圧を下回ると、信号φＰ１がハイレベルとなり、ＰチャンネルＦＥＴＰ１がオフとなる。したがって、一方向性ユニット１は、出力端子ＡＧ１の電圧が電源Ｖｄｄの電圧を上回った場合にのみ電流を出力端子ＡＧ１から電源Ｖｄｄに供給する。
【００１５】
次に、一方向性ユニット２は、上記した一方向性ユニット１と同様に構成されており、出力端子ＡＧ２の電圧が電源Ｖｄｄの電圧を上回った場合にのみ電流を出力端子ＡＧ２から電源Ｖｄｄに供給する。
【００１６】
ここで、充電効率を考慮すれば、交流発電機ＡＧの出力端子ＡＧ１，ＡＧ２の電圧が電源Ｖｄｄの電圧を上回れば、直ちにＰチャンネルＦＥＴＰ１，Ｐ２をオンにすることが望ましい。このため、コンパレータＣＯＭ１，ＣＯＭ２の消費電流は、比較的大きく、高速動作に対応できるようになっている。しかし、交流発電機ＡＧが発電していない期間や、発電しても起電圧が小さい期間にあっては、昇圧しても充電することができないので、コンパレータＣＯＭ１，ＣＯＭ２を動作させる必要はない。そこで、本実施形態にあっては、一方向性ユニット１の内部にスイッチＳ１，Ｓ２を、一方向性ユニット２にスイッチＳ３，Ｓ４を設け、これらを信号φＳによって制御することにより、コンパレータＣＯＭ１，ＣＯＭ２の消費電流を削減している。
【００１７】
ここで、スイッチＳ１はＰチャンネルＦＥＴＰ１のゲートと電源Ｖｄｄの間に、スイッチＳ２はコンパレータＣＯＭ１の負電源端子とグランドＧＮＤの間に設けられている。信号φＳがハイレベルになるとスイッチＳ１がオン、スイッチＳ２がオフとなり、信号φＳがローレベルになるとスイッチＳ１がオフ、スイッチＳ２がオンとなるようにスイッチＳ１，Ｓ２は構成されている。したがって、信号φＳをローレベルにすると、コンパレータＣＯＭ１に電源が供給され、その比較結果に応じてＰチャンネルＦＥＴＰ１のオン・オフが制御される。一方、信号φＳをハイレベルにすると、コンパレータＣＯＭ１への電源供給が遮断され、また、ＰチャンネルＦＥＴＰ１がオフとなる。すなわち、信号φＳによって、一方向性ユニット１を動作させるか否かを制御することができ、動作させない場合には、コンパレータＣＯＭ１の消費電流を削減することができる。
【００１８】
また、一方向性ユニット２のスイッチＳ３は、一方向性ユニット１のスイッチＳ１に対応しており、一方向性ユニット２のスイッチＳ４は、一方向性ユニット１のスイッチＳ２に対応している。この場合、信号φＳがローレベルであるならば、コンパレータＣＯＭ２に電源が供給され、その比較結果に応じてＰチャンネルＦＥＴＰ１のオン・オフが制御される。一方、信号φＳがハイレベルであるならば、コンパレータＣＯＭ２への電源供給が遮断され、また、ＰチャンネルＦＥＴＰ２がオフとなる。したがって、一方向性ユニット２も一方向性ユニット１と同様に、信号φＳによって、その動作が制御され、動作させない場合には、コンパレータＣＯＭ２の消費電流を削減することができる。
【００１９】
ところで、腕時計にような小型で軽量の装置において、交流発電機ＡＧを内蔵しようとすると、交流発電機ＡＧは非常に小型のものとなるので、交流発電機ＡＧを構成する出力用コイルの大きさには一定の限度がある。交流発電機ＡＧの起電圧は出力用コイルの巻線数に比例するから、このような交流発電機ＡＧによって高い電圧を発生させることは難しい。このため、交流発電機ＡＧの起電圧を整流しても、腕時計に内蔵される各構成を安定して動作させるのに十分な電圧を得ることができない。そこで、本実施形態にあっては、一方向性ユニット３，４をチョッパ動作させて、交流発電機ＡＧの起電圧をスパイク状のチョッパ電圧に変換し、これを昇圧部３０で昇圧して所望の電圧を得るようにしている。なお、昇圧部３０としては、いわゆる倍電圧回路等の周知な構成を用いればよく、例えば、コンデンサと一方向性ユニットを組み合わせて構成すればよい。
【００２０】
次に、一方向性ユニット４は、ＮチャンネルＦＥＴＮ２、オア回路ＯＲ２、コンパレータＣＯＭ４、およびスイッチＳ７，Ｓ８から構成される。コンパレータＣＯＭ４の正入力端子は交流発電機ＡＧの出力端子ＡＧ１に接続され、その負入力端子には基準電圧Ｖｒｅｆ１が供給される。基準電圧Ｖｒｅｆ１は、グランドＧＮＤの電圧をわずかに上回る電圧に設定されている。なお、基準電圧Ｖｒｅｆ１と発電検出部１０で発電状態を検出するために用いる基準電圧Ｖｒｅｆの関係については後述する。
【００２１】
この場合、出力端子ＡＧ１の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ１を越えると、信号ＣＮ２がハイレベルとなり、出力端子ＡＧ１の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ１を下回ると、信号ＣＮ２がローレベルとなる。また、オア回路ＯＲ２には、信号ＣＮ２とクロック信号ＣＬＫ１が供給され、そこでは、両信号の論理和が演算される。演算結果は信号φＮ２としてＮチャンネルＦＥＴＮ２のゲートに供給される。
したがって、ＮチャンネルＦＥＴＮ２は、信号ＣＮ２またはクロック信号ＣＬＫ１のうち一方がハイレベルとなればオンとなり、両信号がローレベルとなればオフとなる。なお、一方向性ユニット３も一方向性ユニット４と同様に構成されている。
【００２２】
ここで、交流発電機ＡＧが発電状態にあり、出力端子ＡＧ１の電圧が出力端子ＡＧ２の電圧よりも高いとすると、出力端子ＡＧ２はＮチャンネルＦＥＴＮ２によって接地され、一方、ＮチャンネルＦＥＴＮ１はクロック信号ＣＬＫ１と同期してオン・オフを繰り返す。これにより、出力端子ＡＧ１の電圧はパルス状に変動し、この電圧が電源Ｖｄｄを上回ると、充電電流が、交流発電機ＡＧ→ＰチャンネルＦＥＴＰ１→電源Ｖｄｄ→昇圧部３０の経路で流れ、昇圧部３０にて昇圧された電圧が蓄電される。
【００２３】
一方向性ユニット４において、ＮチャンネルＦＥＴＮ２のゲートとグランドＧＮＤの間にはスイッチＳ７が設けられており、コンパレータＣＯＭ４の負電源端子とグランドＧＮＤの間にはスイッチＳ８が設けられている。スイッチＳ７，Ｓ８は、信号φＳＬがハイレベルになると、スイッチＳ７がオン、スイッチＳ８がオフとなり、信号φＳＬがローレベルになると、スイッチＳ７がオフ、スイッチＳ８がオンとなるように構成されている。したがって、信号φＳＬをローレベルにすると、コンパレータＣＯＭ４に電源が供給され、その比較動作が行われる。一方、信号φＳＬをハイレベルにすると、コンパレータＣＯＭ４への電源供給が遮断され、また、ＮチャンネルＦＥＴＮ２がオフとなる。したがって、信号φＳＬによって、一方向性ユニット４を動作させるか否かを制御することができ、動作させない場合には、コンパレータＣＯＭ４の消費電流を削減することができる。
【００２４】
また、一方向性ユニット３のスイッチＳ５は、一方向性ユニット４のスイッチＳ７に対応しており、一方向性ユニット３のスイッチＳ６は、一方向性ユニット４のスイッチＳ８に対応している。ここで、信号φＳＬがローレベルであるならば、コンパレータＣＯＭ３に電源が供給され、その比較結果に応じてＮチャンネルＦＥＴＮ１のオン・オフが制御される。一方、信号φＳＬがハイレベルであるならば、コンパレータＣＯＭ３への電源供給が遮断され、また、ＮチャンネルＦＥＴＮ１がオフとなる。したがって、信号φＳＬによって、一方向性ユニット３を動作させるか否かを制御することができ、動作させない場合には、コンパレータＣＯＭ３の消費電流を削減することができる。
【００２５】
次に、信号φＳＬを生成する発電検出部１０について説明する。発電検出部１０は、交流発電機ＡＧの出力端子ＡＧ１，ＡＧ２の電圧を予め定められた閾値と比較して、閾値を越えた場合に交流発電機ＡＧが発電状態にあると判別するものであり、例えば、図２に示す回路によって構成される。
【００２６】
図において、抵抗Ｒ１を介して接地されるコンパレータＣＯＭ５の正入力端子は、出力端子ＡＧ１と接続されており、また、その負入力端子には基準電圧Ｖｒｅｆが供給されている。一方、抵抗Ｒ２を介して接地されるコンパレータＣＯＭ６の正入力端子は、出力端子ＡＧ２と接続されており、また、その負入力端子には基準電圧Ｖｒｅｆが供給されている。なお、抵抗Ｒ１，Ｒ２の値は略２００ＫΩに設定している。また、基準電圧Ｖｒｅｆは、交流発電機ＡＧが発電状態にあるか否かを検出できるように、グランドＧＮＤの電圧をわずかに上回るように設定されている。
【００２７】
したがって、コンパレータＣＯＭ５，ＣＯＭ６のうちいずれか一方の出力信号がハイレベルとなれば発電状態にあることを検出することができる。このため、オア回路１１は両信号の論理和を算出し、交流発電機ＡＧが発電状態にあるか否かを検出し、信号φＡＧを生成する。
【００２８】
また、ノア回路１３の一方の入力端子には、後述するラッチ回路６で生成される信号φＳが反転回路１２を介して供給され、その他方の入力端子には、オア回路１１の出力信号φＡＧが供給され、これらの信号に基づいてノア回路１３は信号φＳＬを生成する。そして、信号φＳＬによって、一方向性ユニット３，４の動作が制御される。ここで、信号φＳＬをオア回路１１の出力信号のみならず、信号φＳを考慮して生成するようにしたのは、発電検出部１０、コンパレータＣＯＭ３，ＣＯＭ４の動作速度を遅く設定したため、発電状態にあった交流発電機ＡＧが一旦発電を停止し、この後、すぐに発電を開始したような場合に、充電することができないからである。なお、この点については後述する。
【００２９】
次に、図１に示すノア回路ＮＯＲ１は、信号φＮ１と信号φＮ２に基づいて、出力端子ＡＧ１，ＡＧ２の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２を越えたか否か検出する。ここで、一方向性ユニット３，４の基準電圧Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２は、発電検出部１０の基準電圧Ｖｒｅｆと比較して大きな値に設定されている。図３は、基準電圧Ｖｒｅｆ１および基準電圧Ｖｒｅｆと出力端子ＡＧ１の電圧の関係を示したものである。図において出力端子ＡＧ１の電圧がＶａのように変化したとすると、時刻ｔａにおいて出力端子ＡＧ１の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆを越えるので、信号φＳＬがローレベルとなりコンパレータＣＯＭ４に電源が供給される。この後、出力端子ＡＧ１の電圧Ｖａが上昇し、時刻ｔｃにおいて基準電圧Ｖｒｅｆ１を越えると、コンパレータＣＯＭ４の出力信号がハイレベルとなり、ノア回路ＮＯＲ１によって、出力端子ＡＧ１の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ１を越えたことが検知される。
一方、出力端子ＡＧ１の電圧がＶｂのように変化したとすると、時刻ｔｂにおいて出力端子ＡＧ１の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆを越えるので、コンパレータＣＯＭ４に電源が供給されるが、基準電圧Ｖｒｅｆ１を越えないのでノア回路ＮＯＲ１の出力信号φＮはローレベルにならない。
【００３０】
次に、図１に示すノア回路ＮＯＲ２は、信号φＮとクロック信号ＣＬＫ１の負論理和を演算し、その出力信号をオア回路ＯＲ１，ＯＲ２に供給している。このため、信号φＮがハイレベルの期間中は、クロック信号が一方向性ユニット３，４に供給されず、チョッパ動作が行われない。この意味において、ノア回路ＮＯＲ２は、クロック禁止手段として機能する。
【００３１】
次に、ラッチ手段６は、セット端子Ｓがローレベルになると、出力信号をローレベルにセットし、リセット端子Ｒがローレベルになると、出力信号をハイレベルにセットするよう構成されており、例えば、反転型のＳＲフリップフロップを用いることができる。この例にあっては、セット端子Ｓに信号φＮが供給されているので、信号φＮがローレベルなると、すなわち、出力端子ＡＧ１，ＡＧ２の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２を越えると、ラッチ手段６によってラッチされ、信号φＳがローレベルとなる。上述したように、一方向性ユニット１，２は、信号φＳがローレベルになるとそれらに電源が供給され動作するので、出力端子ＡＧ１，ＡＧ２の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２を越えると、一方向性ユニット１，２を動作させることができる。
【００３２】
すなわち、出力端子ＡＧ１，ＡＧ２の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆを越えると、コンパレータＣＯＭ３，ＣＯＭ４を動作させ、さらに出力端子ＡＧ１，ＡＧ２の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２を越えるとコンパレータＣＯＭ１，ＣＯＭ２を動作させている。
【００３３】
このように２段階の閾値を設けて、電源供給を制御したのは、以下の理由による。この例のようにチョッパ式充電回路では、小さな起電圧を昇圧することが目的であり、グランドＧＮＤの電圧をわずかに上回る電圧を基準電圧として、交流発電機ＡＧの発電状態を検出し、その検出結果に基づいて一方向性ユニットの電源供給を制御する必要がある。しかし、基準電圧を小さな値に設定すると、磁界等の外乱によって出力端子ＡＧ１，ＡＧ２間に起電圧が誘起された場合や、腕時計の使用者がわずかに腕を動かして昇圧しても充電できない小さな起電圧が生じた場合には、出力端子ＡＧ１，ＡＧ２の電圧が、電源Ｖｄｄの電圧を越えず、結局、充電電流を得ることができない。このような場合に、高速ではあるが消費電流の大きいコンパレータＣＯＭ１，ＣＯＭ２に給電して電流を消費したのでは、充電効率が低下してしまう。そこで、本実施形態にあっては、基準電圧Ｖｒｅｆおよび基準電圧Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２を用いて、交流発電機ＡＧの起電圧を監視し、必要に応じて各一方向性ユニット１〜４への給電を制御して消費電流の削減を図っている。
【００３４】
また、上述したように各一方向性ユニット１〜４への給電を制御するのに伴い、コンパレータＣＯＭ１〜ＣＯＭ６の消費電流を、以下のように設定している。
ＣＯＭ１，ＣＯＭ２＞ＣＯＭ３，ＣＯＭ４＞ＣＯＭ５，ＣＯＭ６
コンパレータＣＯＭ５，ＣＯＭ６の消費電流を最も小さく設定したのは、これらは発電検出部１０の内部に設けられており、常時、交流発電機ＡＧの起電圧を監視する必要があるからである。また、コンパレータＣＯＭ１，ＣＯＭ２の消費電流を最も大きく設定したのは、これらによって、充電の条件である出力端子ＡＧ１，ＡＧ２の電圧が電源Ｖｄｄを越えることを検知するからである。さらに、コンパレータＣＯＭ３，ＣＯＭ４の消費電流をコンパレータＣＯＭ１，ＣＯＭ２に比較して小さく設定したのは、コンパレータＣＯＭ３，ＣＯＭ４は出力端子ＡＧ１，ＡＧ２が立ち上がり始めるという充電の前提条件を検知するものであるから、コンパレータＣＯＭ１，ＣＯＭ２に比較して動作速度は遅くてもよいが、出力端子ＡＧ１，ＡＧ２が電源Ｖｄｄを越えるまでに一方向性ユニット３，４を動作させる必要があるので、これを満たす程度の応答速度を持たせる必要があるからである。
【００３５】
このように消費電流を設定することにより、消費電流の小さいものから大きいものへ順に給電を行うことができるので、消費電流をより削減して充電効率を向上させることができる。具体的には、コンパレータＣＯＭ１〜ＣＯＭ４における全消費電流は約５００ｎＡであり、これに対して、コンパレータＣＯＭ５，ＣＯＭ６の消費電流は約１０ｎＡである。したがって、スタンバイ時の消費電流を通常動作時の約１／５０にすることができる。
【００３６】
ところで、コンパレータの動作速度は消費電流が少ないほど遅くなるので、上述したように消費電流を設定すると、交流発電機ＡＧが発電状態から非発電状態に変化しても、すぐには非発電状態を検出できない。そして、さらに交流発電機ＡＧが非発電状態から発電状態に変化すると、コンパレータＣＯＭ５，ＣＯＭ６の遅延時間が経過した後、状態変化が検知される。
【００３７】
したがって、交流発電機ＡＧが短い周期で発電状態と非発電状態を繰り返すと、発電状態において交流発電機ＡＧの起電圧が電源Ｖｄｄの電圧を越えて、充電の条件を満たしている期間があるにも拘わらず、当該期間の一部でしか充電を行うことができないという不都合がある。
【００３８】
そこで、本実施形態にあっては、コンパレータＣＯＭ３，ＣＯＭ４において出力端子ＡＧ１，ＡＧ２の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２を下回ったことが検出されてから、一定の時間は、各一方向性ユニット１〜４への給電を継続して行い、一定時間が経過した後、給電を停止するように構成している。
【００３９】
具体的には、ノア回路ＮＯＲ１の出力信号φＮがローレベルからハイレベルに変化することによって、出力端子ＡＧ１，ＡＧ２の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２を下回ったことが検出されると、信号φＮがノア回路ＮＯＲ２，ＮＯＲ３を介して信号φＲとしてタイマカウンタ５のリセット端子Ｒに供給される。
【００４０】
ここで、タイマカウンタ５は、クロック信号ＣＬＫをカウントしてカウント値が所定値に達するとローレベルになるリップルキャリイ信号を信号φＲ１として出力し、そのリセット端子Ｒがローレベルになるとカウント値を０にリセットするように構成されている。
【００４１】
したがって、信号φＮがローレベルからハイレベルに変化すると、これに伴い信号φＲがローレベルからハイレベルに変化してリセットが解除され、タイマカウント５による時間計測が開始される。そして、信号φＮがハイレベルの状態、すなわち、非発電状態が所定時間継続しカウント値が所定値に達すると、信号φＲ１がローレベルとなりラッチ手段６がリセットされる。上述したようにラッチ手段６はリセットされると出力信号φＳをハイレベルにするので、これにより、始めて信号φＳがハイレベルとなり、コンパレータＣＯＭ１，ＣＯＭ２の給電が停止される。また、信号φＳが発電検出部１０に供給されると、信号φＳは反転回路１２とノア回路１３を介して信号φＳＬとして出力され、これによりコンパレータＣＯＭ３，ＣＯＭ４の給電が停止される。
【００４２】
一方、タイマカウンタ５による計測中に、出力端子ＡＧ１，ＡＧ２の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２を越えて信号φＮがローレベルになると、タイマカウンタ５は再びリセットされるので、ラッチ手段６はリセットされず、信号φＳはローレベルのまま維持される。すなわち、タイマカウンタ５による時間計測はリトリガブルで行われ、非発電状態が所定時間継続したときのみ、コンパレータＣＯＭ１〜ＣＯＭ４の給電が停止されることになる。
【００４３】
次に、交流発電機ＡＧとその周辺機構の構成を説明する。図４は交流発電機ＡＧとその周辺機構の構成を示す斜視図である。図示のように、交流発電機ＡＧは、ロータ１４とステータ１５を備えており、２極磁化されたディスク状のロータ１４が回転するとステータ１５の出力用コイル１６に起電力が発生し、交流出力が取り出せるようになっている。また、図において、１３は腕時計本体ケース内で旋回運動を行う回転錘であり、１１は回転錘１３の回転運動を発電機ＡＧに伝達する輪列機構である。回転錘１３は腕時計を装着した人の腕の振りに応じて回転し、これに伴って交流発電機ＡＧから起電力が得られるようになっている。
【００４４】
交流発電機ＡＧから出力された交流は、本実施形態であるチョッパ式充電回路１００で整流され、処理装置９に供給される。処理装置９は、チョッパ式充電回路１００から放電される電力によって時計装置７を駆動する。この時計装置７は、水晶発振器やカウンタ回路等で構成されており、水晶発振器で生成されるマスタ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測している。この例にあっては、マスタクロック信号あるいはこれを分周した信号を、クロック信号ＣＬＫとして、上述したチョッパ式充電回路１００に供給している。したがって、クロック信号ＣＬＫを生成する回路をチョッパ式充電回路１００と時計装置７とで兼用することができる。この結果、回路構成を簡易にするとともに、腕時計全体として消費電流を削減することができる。
【００４５】
２．実施形態の動作
次に、本実施形態の動作を、図面を参照しつつ説明する。
２−１：給電開始動作
まず、交流発電機ＡＧが非発電状態にあり、一方向性ユニット１〜４に給電がされていない状態から、給電が開始されるまでの動作を説明する。図５は、本実施形態に係わるチョッパ式充電回路１００のタイミングチャートである。
【００４６】
いま、時刻ｔ１において、腕時計を装着した腕を使用者が動かしたとすると、交流発電機ＡＧが発電を開始する。この場合、出力端子ＡＧ１の電圧が図５（ａ）に示すように変化したとすると、時刻ｔ２において出力端子ＡＧ１の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆを上回る。すると、発電検出部１０は、出力端子ＡＧ１の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆを越えたことを検知して信号φＡＧをローレベルからハイレベルにする。ただし、検出に用いられるコンパレータＣＯＭ５，ＣＯＭ６は消費電流が小さく応答速度の遅いものが使用されるので、信号φＡＧが変化するには遅れが伴う。ここで遅延時間をｔｄとすれば、信号φＡＧは図５（ｂ）に示すように、時刻ｔ３（＝ｔ１＋ｔｄ）においてハイレベルとなる。
【００４７】
そして、信号φＡＧはノア回路１３によって反転され、図５（ｃ）に示す信号φＳＬとして、一方向性ユニット３のスイッチＳ５，Ｓ６および一方向性ユニット４のスイッチＳ７，Ｓ８に出力される。これにより、図５（ｄ）および（ｅ）に示すように、時刻ｔ３において、スイッチＳ５，Ｓ７がオフ、スイッチＳ６，Ｓ８がオンとなるので、一方向性ユニット３，４に給電が行われ、時刻ｔ３から基準電圧Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２と出力端子ＡＧ１，ＡＧ２の電圧の比較が開始される。したがって、出力端子ＡＧ１，ＡＧ２の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆに満たない場合には、コンパレータＣＯＭ３，ＣＯＭ４に給電されないので、消費電流を低減することができる。
【００４８】
この後、出力端子ＡＧ１の電圧が上昇し、図５（ａ）に示すように時刻ｔ４において基準電圧Ｖｒｅｆ１を越えると、信号φＮ２がローレベルからハイレベルに変化する（図５（ｆ）参照）。信号φＮ２は、ノア回路ＮＯＲ１によって反転され、図５（ｇ）に示す信号φＮとして、ノア回路ＮＯＲ２に供給される。ノア回路ＮＯＲ２は、図５（ｉ）に示すクロック信号ＣＬＫと信号φＮの負論理和を演算して、その演算結果を図５（ｊ）に示すクロック信号ＣＬＫ１として一方向性ユニット３，４に出力する。ここで、信号φＮがハイレベルの期間中はクロック信号ＣＬＫ１がローレベルとなるので、一方向性ユニット３，４はチョッパ動作を行わない。すなわち、出力端子ＡＧ１，ＡＧ２の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２を越えると、チョッパ動作が開始する。
【００４９】
また、信号φＮは、ラッチ手段６のセット端子Ｓに供給されている。ラッチ手段６はセット端子Ｓがハイレベルになると、出力端子をローレベルにセットするので、信号φＳは、図５（ｋ）に示すように時刻ｔ４においてローレベルとなる。信号φＳは、一方向性ユニット１のスイッチＳ１，Ｓ２および一方向性ユニット２のスイッチＳ３，Ｓ４に供給される。これにより、図５（ｌ）および（ｍ）に示すように、時刻ｔ４において、スイッチＳ１，Ｓ３がオフ、スイッチＳ２，Ｓ４がオンとなるので、一方向性ユニット１，２に給電が行われ、時刻ｔ４から電源Ｖｄｄの電圧と出力端子ＡＧ１，ＡＧ２の電圧の比較が開始される。
【００５０】
一方、図５（ａ）に示すように、出力端子ＡＧ１の電圧が時刻ｔ７において基準電圧Ｖｒｅｆを越え、基準電圧Ｖｒｅｆ１を越えないまま、時刻ｔ８において基準電圧Ｖｒｅｆ１を下回ったとすると、一方向性ユニット３，４には給電が行われるが、一方向性ユニット１，２には給電が行われない。
したがって、出力端子ＡＧ１，ＡＧ２の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２に満たない場合には、コンパレータＣＯＭ１，ＣＯＭ２に給電されないから、起電圧が小さく充電を行うことができない期間において、電流が消費されることがない。この結果、消費電流を低減して充電効率を高めることができる。
【００５１】
２−２：給電停止動作
次に、交流発電機ＡＧが発電状態にあり一方向性ユニット１〜４に給電されている状態から、給電が停止されるまでの動作を説明する。
【００５２】
交流発電機ＡＧの起電力が次第に減少し、図５（ａ）に示すように時刻ｔ５において、出力端子ＡＧ１の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ１を下回ると、コンパレータＣＯＭ４は、出力端子ＡＧ１の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ１を下回ったことを検出する。この結果、信号φＮは時刻ｔ５においてハイレベルとなる。すると、図５（ｎ）に示すように信号φＲがハイレベルになるので、タイマカウンタ５によって時間計測が開始される。この例にあっては、時刻ｔ５以降、出力端子ＡＧ１の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ１を越えることはないので、図５（ｏ）に示すように時刻ｔ５からタイマ設定時間ＴＭが経過した時刻ｔ６において、タイマカウンタ５の出力信号φＲ１はローレベルとなる。
【００５３】
ここで、ラッチ手段６は信号φＲ１によってリセットされるので、時刻ｔ６において信号φＳはローレベルからハイレベルに変化する。この信号φＳによってスイッチＳ１〜Ｓ４が制御され、時刻ｔ６において、スイッチＳ１，Ｓ３がオン、スイッチＳ２，Ｓ４がオフなる。これにより、一方向性ユニット１，２への給電が停止される。また、信号φＳが発電検出部１０に供給されると、信号φＳは反転回路１２およびノア回路１３を介して、信号φＳＬとして一方向性ユニット３，４に供給される。したがって、時刻ｔ６において信号φＳがハイレベルになると、信号φＳＬもハイレベルとなり、一方向性ユニット３，４への給電が停止される。
【００５４】
したがって、給電停止は、出力端子ＡＧ１，ＡＧ２の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２の電圧を継続して所定時間下回ることを条件に行われる。これにより、発電検出部１０に用いるコンパレータＣＯＭ５，ＣＯＭ６に消費電流が小さいく応答速度が遅いものを使用しても、確実に非発電状態を検出して、給電を停止するように制御することができる。
【００５５】
２−３：全体動作
次に、本実施形態のチョッパ式充電回路における給電の全体動作を説明する。図６はコンパレータＣＯＭ１〜ＣＯＭ４の状態遷移図である。
まず、交流発電機ＡＧの非発電状態が継続している場合には、コンパレータＣＯＭ１〜ＣＯＭ４の給電が停止された状態Ａになっている。状態Ａにおいて、出力端子ＡＧ１の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆよりも下回り、かつ、出力端子ＡＧ２の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆよりも下回っている場合には、状態Ａが維持される（経路Ｋ１）。
【００５６】
次に、状態Ａにおいて、出力端子ＡＧ１の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ以上になるか、または、出力端子ＡＧ２の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ以上になると、状態Ａから状態Ｂに遷移する（経路Ｋ２）。この場合には、コンパレータＣＯＭ１，ＣＯＭ２への給電は停止されたままであるが、コンパレータＣＯＭ３，ＣＯＭ４への給電が開始される。したがって、状態Ｂにあっては、出力端子ＡＧ１，ＡＧ２の電圧と基準電圧Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２の電圧との比較が併せて行われる。
【００５７】
次に、状態Ｂにおいて、出力端子ＡＧ１の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆよりも下回り、かつ、出力端子ＡＧ２の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆよりも下回っている場合には、状態Ｂから状態Ａに遷移する（経路Ｋ３）。したがって、交流発電機ＡＧの起電圧が小さく充電に至らない場合には、コンパレータＣＯＭ３，ＣＯＭ４の給電が停止されるので、消費電流を削減することができる。
【００５８】
次に、状態Ｂにおいて、出力端子ＡＧ１の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ１以上になるか、あるいは、出力端子ＡＧ２の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ２以上になると、状態Ｂから状態Ｃに遷移する（経路４）。この場合には、コンパレータＣＯＭ１〜ＣＯＭ４に給電が行われ、電源Ｖｄｄに充電電流を供給する準備が整う。ここで、出力端子ＡＧ１，ＡＧ２の電圧が電源Ｖｄｄの電圧を越えると充電が行われる。
【００５９】
次に、状態Ｃにおいて、出力端子ＡＧ１の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ１を下回り、かつ、出力端子ＡＧ２の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ２を下回る時間が、タイマ設定時間ＴＭ以上継続すると、状態Ｃから状態Ａに遷移して（経路Ｋ５）、コンパレータＣＯＭ１〜ＣＯＭ４への給電が停止される。これにより、発電検出部１０に用いるコンパレータＣＯＭ５，ＣＯＭ６に消費電流が小さいく応答速度が遅いものを使用しても、確実に非発電状態を検出して、給電を停止するように制御することができる。
【００６０】
３．まとめ
上述したように本実施形態によれば、基準電圧Ｖｒｅｆを用いて交流発電機ＡＧの発電状態を検出し、発電状態が検出された場合にのみコンパレータＣＯＭ３，ＣＯＭ４に給電するようにしたので、コンパレータＣＯＭ３，ＣＯＭ４で消費される電流を削減することができる。また、コンパレータＣＯＭ３，ＣＯＭ４によって交流発電機ＡＧの出力端子ＡＧ１，ＡＧ２の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２を越えたことが検出された場合にのみコンパレータＣＯＭ１，ＣＯＭ２に給電するようにしたので、コンパレータＣＯＭ１，ＣＯＭ２で消費される電流を削減することができる。しかも、各コンパレータの消費電流を「ＣＯＭ１，ＣＯＭ２＞ＣＯＭ３，ＣＯＭ４＞ＣＯＭ５，ＣＯＭ６」の順に設定したので、消費電流の少ない順に給電がなされるから、消費電流を一層低減することができる。
【００６１】
また、給電を停止する場合においては、出力端子ＡＧ１，ＡＧ２の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２を下回ることを条件としたので、基準電圧Ｖｒｅｆを条件とする場合に比較して速く給電を停止することができる。一方、コンパレータの消費電流を削減すると、応答速度が遅くなるため、一旦、非発電状態になった後、すぐに発電状態に移行すると充電できない事態も起こり得るが、この例にあってはタイマカウンタ５によって、出力端子ＡＧ１，ＡＧ２の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２を連続して下回る時間を計測し、この時間が所定時間に達した場合に非発電状態とみなして給電を停止するようにしたので、上述した問題が起こらない。したがって、消費電流の少ないコンパレータを用いても確実に非発電状態を検知して、給電を停止することができるので、消費電流を大幅に削減することができる。また、一旦、コンパレータＣＯＭ１，ＣＯＭ２に給電が開始されると、少なくともタイマカウンタ５に設定されたタイマ設定時間ＴＭが経過するまでは、継続してコンパレータＣＯＭ１〜ＣＯＭ４に給電が行われるので、小さな起電圧に対しても良好な応答性をもって充電することが可能となる。
【００６２】
このように本実施形態にあっては、制御系統の消費電流を大幅に削減したので、充電効率の高いチョッパ式充電回路１００を提供することができる。また、軽薄で小型であることが要求される腕時計では、その内部に設ける交流発電機ＡＧは小型のものにせざるを得ない。このため、交流発電機ＡＧで発生する起電圧は小さく、整流効率はよくない。したがって、上述したチョッパ式充電回路１００のように充電効率の良いものを腕時計に適用することは極めて有用である。特に、上述したチョッパ式充電回路１００では、使用者が腕時計を腕に装着していない期間にあっては、最も消費電流の少ないコンパレータＣＯＭ５，ＣＯＭ６にのみ給電して発電の状態を監視するようにしたので、その間に消費される電流はごく少ない。このため、使用者が腕時計を長期間使用しなかった場合であっても、時計が止まってしまい使いたい時に時間がわからないといった事態を大幅に少なくすることができる。
【００６３】
４．変形例
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に述べる各種の変形が可能である。
（１）上述した実施形態においては、チョッパ式充電回路１００を用いた電子機器の一例として腕時計を取り上げ説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、携帯型の血圧計、携帯電話機、ページャ、万歩計等に適用することができる。要は電力を消費する電子機器であればどのようなものに適用してもよい。このような電子機器においては、電池がなくてもそこに内蔵される電子回路や機構系を継続して動作させることができるので、何時でも電子機器を使用することができ、また、煩わしい電池の交換を不要にできる。さらには、電池の廃棄に伴う問題が生ずることもない。
【００６４】
なお、電池と上述したチョッパ式充電回路１００と兼用してもよく、この場合は、電子機器を長時間持ち歩かなっかった場合に、電池からの電力により即座に電子機器を動作させることができ、その後、使用者が電子機器を持ち歩くことによって、発電された電力によって電子機器を動作させることができる。
【００６５】
（２）上述した実施形態においては、スイッチ手段の一例として、ＰチャンネルＦＥＴＰ１，Ｐ２、ＮチャンネルＦＥＴＮ１，Ｎ２を例示したが、ＰチャンネルＦＥＴＰ１，Ｐ２の替わりにＰＮＰ型のトランジスタ、ＮチャンネルＦＥＴＮ１，Ｎ２の替わりにＮＰＮ型のバイポーラトランジスタを使用してもよい。ただし、これらの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０．３Ｖ程度あるのが通常であるから、交流発電機ＡＧの起電圧が小さい場合には、上述した実施形態のようにＦＥＴを使用することが望ましい。
【００６６】
（３）上述した実施形態において、コンパレータＣＯＭ１〜ＣＯＭ４、各論理回路をＦＥＴを使用して構成し、チョッパ式充電回路１００全体を１チップのＩＣに内蔵するようにしてもよい。
【００６７】
（４）上述した実施形態においては、グランドＧＮＤ側のＮチャンネルＦＥＴＮ１，Ｎ２をクロック信号ＣＬＫ１に同期してスイッチングを行うことによりチョッパ動作させたが、コンパレータＣＯＭ１〜ＣＯＭ４や論理回路等を上下反転するように構成して、電源Ｖｄｄ側のＰチャンネルＦＥＴＰ１，Ｐ２をスイッチングするように構成してもよい。この場合には、電源ＶｄｄとグランドＧＮＤの関係が逆転するので、図２示す抵抗Ｒ１，Ｒ２は電源Ｖｄｄに接続され、基準電圧Ｖｒｅｆは電源Ｖｄｄに対して与えられる。また、基準電圧Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２は電源Ｖｄｄに対して与えられる。すなわち、スイッチングを行うＦＥＴが接続されるラインに対して各基準電圧が与えられることになる。また、グランドＧＮＤの代わりに一定電位のラインを用いてもよい。要は、二つのライン間でチョッパ動作をさせるに際し、交流発電機ＡＧの出力端子ＡＧ１，ＡＧ２の電圧を二つの閾値と比較し、その比較結果に応じてコンパレータに給電し、消費電流を削減するのであればどのようなものであってもよい。
【００６８】
（５）上述した実施形態においては、全波整流を行うチョッパ回路を一例として説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、半波整流に用いられるチョッパ回路や、二つの一方向性ユニットとコンデンサを組み合わせて倍電圧整流を行う際に用いられるチョッパ回路に適用できることは勿論である。例えば、半波整流に本発明を適用する場合にあっては、上述した一方向性ユニット１，２のいずれか一方を削除すればよい。要は、発電状態を検出する手段と、充電条件を検出する手段を設け、交流発電機の発電状態が検出されると、充電条件を検出する手段に給電を開始し、当該手段によって充電条件を満たしていることが検出されると、全ての構成部分に給電を開始するチョッパ回路であればどのようなものであってもよい。
【００６９】
（６）上述した実施形態においては、発電検出部１０は、交流発電機ＡＧの各出力端子ＡＧ１，ＡＧ２の電圧を常時監視していたが、本発明はこれに限定されるものではなく、所定周期毎に各出力端子ＡＧ１，ＡＧ２の電圧を監視するようにしてもよい。
さらに、タイマ設定時間ＴＭを適宜設定して各出力端子ＡＧ１，ＡＧ２のうちいずれか一方の電圧に基づいて、発電状態を監視するようにしてもよい。例えば、タイマ設定時間ＴＭを３０ｍｓに設定し、一方の出力端子の電圧に基づいて発電状態を監視した場合と両方の出力端子に基づいて発電状態を監視した場合とで発電電力を比較すると、両者はほぼ一致する。したがって、タイマ設定時間ＴＭを適宜設定することによって、一方の出力端子の電圧に基づいて発電状態を検出することが可能となる。この場合には、コンパレータＣＯＭ５，ＣＯＭ６のうちいずれか一方を削減できるので、スタンバイ時の消費電流をさらに低減することができる。具体的には、スタンバイ時の消費電流を略５．５ｎＡにすることができるので、通常動作時の約１／１００に削減できる。また、従来のショットキーダイオードを使用した整流回路にあっては、一素子当たり約２０ｎＡのリーク電流があるので、これと比較しても消費電流を低減することができる。
【００７０】
（７）上述した実施形態に係わるチョッパ回路は、ゼンマイ式発電機を備えた電子制御機械時計に応用してもよい。図８は、電子制御機械時計の機械構造を示す斜視図である。この腕時計において、ゼンマイ１１０はリューズ（図示せず）に連結されており、リューズを巻くことによって、ゼンマイ１１０に機械エネルギが蓄積されるようになっている。ゼンマイ１１０と発電機１３０のロータ１３１の間には、増速輪列１２０が設けられている。増速輪列１２０は、分針１２４が固定されている二番車１２１、三番車１２２、および秒針１２５が固定されている四番車１２３等から構成されている。そして、この増速輪列１２０によってゼンマイ１１０の運動が発電機１３０のロータ１３１に伝達され、発電が行われるようになっている。ここで、発電機１３０は電磁ブレーキとしても作用し、増速輪列１２０に固定された指針を定速で回転させている。この意味において、発電機１３０は調速機としても機能する。
【００７１】
次に、図９は、電子制御機械時計の電気的構成を示すブロック図である。図において、チョッパ回路２００は、発電機１３０と整流回路１４０とによって構成されている。発電機１３０の起電圧は、整流回路１４０によって整流され、コンデンサ１５０に充電される。コンデンサ１５０は、チョッパ回路２００、調速回路１７０、および発振回路１６０に電力を給電している。発振回路１６０は水晶振動子１６１を用いてクロック信号ＣＬＫを生成している。この調速回路１７０において、検出回路１０２が発電機１３０の発電周波数を検出すると、制御回路１０３は、この検出結果に基づいて、ロータ１３１の回転周期がクロック信号ＣＬＫの周期と合うように電磁ブレーキを調整してロータ１３１の回転速度を一定にするように整流回路１４０を制御している。この場合、整流回路１４０は、クロック信号ＣＬＫに基づいて生成された制御信号によって制御される。
【００７２】
ここで、発電機１３０の回転制御は、発電機１３０のコイル両端を短絡可能なスイッチでオン・オフしてチョッパリングすることで行っている。このスイッチは、例えば、上述した実施形態におけるＮチャンネルＦＥＴＮ１，Ｎ２が相当する。このチョッパリングによって、スイッチをオンした時には、発電機１３０にショートブレーキが掛かり、かつ発電機１３０のコイルに電気エネルギが蓄積される。一方、スイッチをオフすると、発電機１３０が動作し、コイルに蓄積されていた電気エネルギが開放され起電圧が生じる。この時の起電圧には、スイッチをオフしていた時の電気エネルギが加わるので、その値を高めることができる。このため、発電機１３０をチョッパリングで制御すると、ブレーキ時の発電電力の低下をスイッチオフ時の起電圧の高まり分で補填でき、発電電力を一定以上に保ちながら、制動トルクを増加でき、持続時間の長い電子制御式機械時計を構成することができる。このような電子制御式機械時計において、上述した実施形態で詳述したチョッパ回路の給電方法および給電停止方法を適用してもよい。この場合には、充電効率を更に向上させ、持続時間のより長い電子制御式機械時計を提供することができる。
【００７３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の発明特定事項によれば、交流発電機の発電状態に応じて不要な構成部分の給電を停止することができるので、チョッパ回路の消費電流を低減して、充電効率を向上することができる。
また、チョッパ式充電回路においては、交流発電機によって発電される電圧を高電圧に変換し、これを蓄電することができる。
また、チョッパ式充電回路を用いた電子機器にあっては、例えば、電池がなくてもそこに内蔵される電子回路や機構系を継続して動作させることができ、煩わしい電池の交換を不要にできる。
また、チョッパ式充電回路を用いた腕時計にあっては、クロック信号を時計回路で生成するので、チョッパ式充電回路において、クロック信号を生成するための回路構成を省略することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係わる腕時計に使用されるチョッパ式充電回路の回路図である。
【図２】同実施形態に係わる発電検出部の回路図である。
【図３】同実施形態に係わる基準電圧Ｖｒｅｆ１および基準電圧Ｖｒｅｆと出力端子ＡＧ１の電圧の関係を示したものである。
【図４】同実施形態に係わる交流発電機とその周辺機構の構成を示す斜視図である。
【図５】同実施形態のチョッパ式充電回路のタイミングチャートである。
【図６】同実施形態に係わるコンパレータＣＯＭ１〜ＣＯＭ４の状態遷移図である。
【図７】従来の充電回路の回路図である。
【図８】変形例に係わる電子制御機械時計の機械構造を示す斜視図である。
【図９】変形例に係わる電子制御機械時計の電気的構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１〜４…一方向性ユニット
５…昇圧部（昇圧回路）
１０…発電検出部（発電検出手段）
ＣＯＭ１〜ＣＯＭ４…コンパレータ（第１〜第４の比較手段）
Ｐ１，Ｐ２…ＰチャンネルＦＥＴ（第１，第２のスイッチ手段）
Ｎ１，Ｎ２…ＮチャンネルＦＥＴ（第３，第４のスイッチ手段）
ＡＧ…交流発電機
ＡＧ１，ＡＧ２…出力端子（一方，他方の出力端子）
Claims (10)
- 第１のスイッチ手段と、前記第１のスイッチ手段の端子間電圧を比較することにより前記第１のスイッチ手段のオン及びオフを制御する第１の制御手段と、第２のスイッチ手段と、交流発電機の出力端子の電圧を基準電圧と比較することにより充電条件を満たしているか否かを検出しこの検出結果に基づいて前記第２のスイッチ手段のオン及びオフを制御する第２の制御手段と、前記交流発電機が発電状態にあるか否かを検出しこの検出結果に基づいて前記第１および第２の制御手段への給電を開始又は停止する、前記第１および第２の制御手段よりも消費電流の小さい検出手段とを備え、前記交流発電機の起電圧をチョッパ電圧に変換するチョッパ回路の給電停止方法であって、
前記第２の制御手段によって充電条件を満たしていないことが検出される時間を計測し、
計測された時間が所定時間を越えると、前記第１および第２の制御手段への給電を停止し、前記検出手段が動作する状態とする
ことを特徴とするチョッパ回路の給電停止方法。 - 第１のスイッチ手段と、前記第１のスイッチ手段の端子間電圧を比較することにより前記第１のスイッチ手段のオン及びオフを制御する第１の制御手段と、第２のスイッチ手段と、交流発電機の出力端子の電圧を基準電圧と比較することにより充電条件を満たしているか否かを検出しこの検出結果に基づいて前記第２のスイッチ手段のオン及びオフを制御する第２の制御手段とを備え、前記交流発電機の起電圧をチョッパ電圧に変換するチョッパ回路であって、
前記交流発電機が発電状態にあるか否かを検出しこの検出結果に基づいて前記第１および第２の制御手段への給電を開始又は停止する、前記第１および第２の制御手段よりも消費電流の小さい検出手段と、
前記第２の制御手段によって充電条件を満たしていないことが検出される時間を計測する時間計測手段と、
前記時間計測手段によって計測された時間が所定時間を越えると、前記第１および第２の制御手段への給電を停止し、前記検出手段が動作する状態とする給電停止手段と
を備えたことを特徴とするチョッパ回路。 - 第１のラインと交流発電機の両出力端子との間に各々設けられた第１および第２のスイッチ手段と、第２のラインと前記交流発電機の両出力端子との間に各々設けられた第３および第４のスイッチ手段と、前記第１のラインの電圧と前記交流発電機の両出力端子電圧とを各々比較して前記第１および第２のスイッチ手段のオン及びオフを制御する第１および第２の比較手段と、前記交流発電機の両出力端子の電圧と基準電圧とを比較することにより充電条件を満たしているか否かを検出しこの検出結果に基づいて前記第３および第４のスイッチ手段のオン及びオフを制御する第３および第４の比較手段と、前記交流発電機が発電状態にあるか否かを検出しこの検出結果に基づいて前記第１乃至第４の比較手段への給電を開始又は停止する、前記第１乃至第４の比較手段よりも消費電流の小さい検出手段とを備え、前記交流発電機の起電圧をチョッパ電圧に変換するチョッパ回路の給電停止方法であって、
前記第３および第４の比較手段によって充電条件を満たしていないことが検出される時間を計測し、
計測された時間が所定時間を越えると、前記第１乃至第４の比較手段への給電を停止し、前記検出手段が動作する状態とする
ことを特徴とするチョッパ回路の給電停止方法。 - 交流発電機によって発電される起電力を、クロック信号に同期したチョッパ電圧に変換して第１のラインと第２のラインとの間に発生させるチョッパ回路であって、
前記第１のラインの電圧と前記交流発電機の一方の出力端子の電圧とを比較する第１の比較手段と、
前記一方の出力端子と前記第１のラインとの間に設けられ、前記第１の比較手段の比較結果に基づいてオン及びオフが制御される第１のスイッチ手段と、
前記第１のラインの電圧と前記交流発電機の他方の出力端子の電圧とを比較する第２の比較手段と、
前記他方の出力端子と前記第１のラインとの間に設けられ、前記第２の比較手段の比較結果に基づいてオン及びオフが制御される第２のスイッチ手段と、
前記他方の出力端子と前記第２のラインとの間の電位差を第１の基準電位差と比較することにより充電条件を満たしていているか否かを検出する第３の比較手段と、
前記一方の出力端子と前記第２のラインとの間の電位差を第２の基準電位差と比較することにより充電条件を満たしていているか否かを検出する第４の比較手段と、
前記一方の出力端子と前記第２のラインとの間に設けられ、前記第３の比較手段によって前記他方の出力端子の電位差が前記第１の基準電位差を越えたことが検出された場合にはオンにされ、前記第４の比較手段によって前記一方の出力端子の電位差が前記第２の基準電位差を越えたことが検出された場合には前記クロック信号に基づいてオン及びオフが制御される第３のスイッチ手段と、
前記他方の出力端子と前記第２のラインとの間に設けられ、前記第４の比較手段によって前記一方の出力端子の電位差が前記第２の基準電位差を越えたことが検出された場合にはオンにされ、前記第３の比較手段によって前記他方の出力端子の電位差が前記第１の基準電位差を越えたことが検出された場合には前記クロック信号に基づいてオン及びオフが制御される第４のスイッチ手段と、
前記交流発電機が発電状態にあるか否かを検出しこの検出結果に基づいて前記第１乃至第４の比較手段への給電を開始又は停止する、前記第１乃至第４の比較手段よりも消費電流の小さい検出手段と、
前記第３または第４の比較手段によって充電条件を満たしていないことが検出される時間を計測する時間計測手段と、
前記時間計測手段によって計測された時間が所定時間を越えると、前記第１乃至第４の比較手段への給電を停止し、前記検出手段が動作する状態とする給電停止手段と
を備えたことを特徴とするチョッパ回路。 - 前記第１のラインは電源ラインであり、前記第２のラインはグランドであることを特徴とする請求項４に記載のチョッパ回路。
- 前記第１のラインはグランドであり、前記第２のラインは電源ラインであることを特徴とする請求項４に記載のチョッパ回路。
- 前記チョッパ回路において、前記第３および第４の比較手段の消費電流を前記第１および第２の比較手段の消費電流よりも低く設定したことを特徴とする請求項４に記載のチョッパ回路。
- 請求項４記載のチョッパ回路と、
前記チョッパ回路の前記電源ラインと前記グランドとに接続され、前記チョッパ電圧を昇圧するとともに昇圧した電圧を蓄電する昇圧回路と
を備えたチョッパ式充電回路。 - 請求項８記載のチョッパ式充電回路を内蔵するとともに、前記チョッパ式充電回路から給電される電力によって、動作することを特徴とする電子機器。
- 請求項９記載のチョッパ式充電回路と、
前記チョッパ式充電回路から給電され、時刻を計測する時計回路とを備え、
前記時計回路から前記クロック信号を前記チョッパ式充電回路に供給することを特徴とする腕時計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP46998A JP3575262B2 (ja) | 1998-01-05 | 1998-01-05 | チョッパ回路の給電停止方法、チョッパ回路、チョッパ式充電回路、電子機器および腕時計 |
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