JP3612376B2 - バックアップ電池付き電源回路及び該回路を備えた表示機能付き液体容器 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、外部電源を必要としないポットや魔法瓶に収容した水の温度や水位を太陽電池からの供給電力により表示させるため等に使用される太陽電池用駆動回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、魔法瓶等では、電池等の供給電力を利用して収容した水の温度や水位を表示できるようにしたものとして、例えば、(1)実公昭61−12021号公報、(2)実公平2−43302号公報、(3)実公平4−43647号公報に開示のものがある。
【0003】
前記(1)は、液体容器の中心と外周とにそれぞれ電極を配設し、電池からの供給電力により水位の違いによる両電極間の静電容量の変化を検出してLEDを点灯させるようにしたものである。
【0004】
前記(2)は、太陽電池を集光に最も都合のよい場所に設置すると共に、液量表示部へのリード線を最短とできるように工夫されたもので、前記(1)同様、2つの電極間の静電容量の変化に基づいて液量を表示するようにしたものである。
【0005】
前記(3)も、前記(1),(2)同様、2つの電極間の静電容量の変化に基づいて液量表示するようになっている。但し、液量表示では、両電極で構成されるコンデンサを放電させ、その端子電圧が基準電圧まで低下する間の充電パルス数をカウントすることにより行っており、電源にはバッテリーが使用されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記(1)では、別途電池が必要となり、取り替え等の手間がかかるという問題がある。
【0007】
また、前記(2)では、周囲の明るさの違いにより太陽電池の供給電圧が変動するため、前記魔法瓶では確実な表示は不可能であり、未だ実用化には至っていない。しかも、太陽電池の電気容量が小さいため、IC回路が外来ノイズの影響を受けることを回避する必要から液量表示部のマイナス側のリード線を外装ケースにアース接続するようにしている。しかし、IC回路がノイズの影響を受けて一旦誤動作してしまうと、液量表示部での表示がそのままになるという問題がある。
【0008】
さらに、前記(3)では、両電極により構成されるコンデンサを放電させることにより、水位検出を行っているため、消費電力が大きく、太陽電池のように電気容量の小さいものは使用できない。
【0009】
そこで、本発明は、太陽電池からの供給電力を有効に利用しつつ、安定した供給電圧を維持することのできるバックアップ電池付き電源回路と、該回路からの低い供給電圧に拘わらず、誤動作を起こすことなく適切な表示を行うことのできる表示機能付き液体容器を提供することを課題とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明では、バックアップ電池付き電源回路を、
バックアップ電池と、
太陽電池と、
該太陽電池から入力される電圧値が他の回路の駆動に最低限必要な駆動最低値よりも下がることにより前記バックアップ電池から電力を供給させる電力補充手段と、
前記太陽電池から入力される電圧値が前記駆動最低値よりも低い駆動不要値よりも下がることにより前記バックアップ電池からの電力の供給を停止する電力供給停止手段とを備え、
前記電力補充手段は、前記太陽電池からベースに入力される電圧値が他の回路の駆動に最低限必要な駆動最低値以上であればオフ状態を維持し、前記駆動最低値未満であればオン状態となる第2トランジスタで構成し、
該第2トランジスタのエミッタを第1トランジスタのベースに接続し、該第1トランジスタのエミッタを前記バックアップ電池のプラス極に接続すると共に該第1トランジスタのコレクタを前記太陽電池のプラス極に接続することにより、第2トランジスタがオフ状態を維持すれば、第1トランジスタもオフ状態を維持するようにして前記太陽電池から電力を供給させると共に前記バックアップ電池からの電力の供給を停止する一方、第2トランジスタがオン状態となれば、第1トランジスタをオン状態として太陽電池に加えてバックアップ電池から電力を供給し、
前記電力供給停止手段は、前記太陽電池からベースに入力される電圧値が前記駆動最低値よりも低い駆動不要値よりも下がることによりオフ状態を維持し、前記駆動最低値以上であればオン状態となる第3トランジスタで構成し、
該第3トランジスタのコレクタを太陽電池及びバックアップ電池のマイナス極に接続し、エミッタを第2トランジスタのコレクタに接続することにより、第3トランジスタがオフ状態となれば、第2トランジスタ及び第1トランジスタを順次強制的にオフ状態としてバックアップ電池からの電力の供給を停止するように構成したものである。
【0011】
前記太陽電池から入力される電圧値が前記駆動最低値よりも低い駆動不要値よりも下がることにより前記バックアップ電池からの電力の供給を停止する電力供給停止手段を備えるのが好ましい。この場合、光量がさらに少なくなり、電力の供給が不要であると考えられる状態になれば、電力供給停止手段によりバックアップ電池からの供給電力は強制的に停止される。これにより、さらにバックアップ電池の長寿命化を図れることになる。
【0012】
また、前記課題を達成するため、表示機能付き液体容器を、前記請求項1又は2に記載のバックアップ電池付き電源回路からの供給電力により駆動すると共に、水位検出手段の検出信号に基づいて表示部に水位を表示させる水位表示回路を備え、該水位表示回路は、パルス信号を出力する発振回路と、セット端子に前記水位検出手段の検出信号が入力され、リセット端子に前記発振回路のパルス信号が入力されることにより、前記表示部に水位を表示させるラッチ回路とを備えたものとした。
【0013】
この液体容器では、バックアップ電池付き電源回路により、太陽電池からの供給電圧が安定しない場合には自動的にバックアップ電池から電力が補充されるので、定電圧が維持され、表示部において誤動作を生じることがない。特に、外来ノイズの悪影響を受けたとしても、ラッチ回路のリセット端子に発振回路からパルス信号を入力して常時リセットするようにしているので、バックアップ電池付き電源回路からの定電圧の供給と相俟って安定した表示動作を行わせることが可能である。
【0014】
さらに、前記課題を達成するため、前記請求項1又は2に記載のバックアップ電池付き電源回路からの供給電力により駆動すると共に、温度検出手段の検出信号に基づいて液体容器内の液温を表示部に表示させる温度表示回路を備え、該温度表示回路は、パルス信号を出力する発振回路と、前記温度検出手段の検出信号に基づいて液温を判定するシステムリセットICと、該システムリセットICからの出力信号をセット端子に入力されると共に、前記発振回路からのパルス信号をリセット端子に入力されることにより、前記表示部に温度表示を行わせるラッチ回路とを備えたものとした。
【0015】
この液体容器でも、前記同様、バックアップ電池付き電源回路及びラッチ回路により、定電圧を維持することができるので表示部において誤動作を生じることがない。また、システムリセットICを用い、電圧比較器として使用することで、低消費電力の液温判定部を構成できる点でも、表示部での誤動作防止にさらに優れた効果を発揮させることができる。
【0016】
なお、前記バックアップ電池付き電源回路から水温判定回路への供給電力を並列接続したツェナダイオードを介して供給するようにすれば、室温の変化に伴うバックアップ電池起電力の変化を小さくして水温判定の誤差を小さくすることができる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に従って説明する。
【0018】
(第1の実施の形態) 図1は、本発明に係る電源回路1を備え、液体容器11に設けられる水位・水温検出回路を示し、大略、前記電源回路1の外、水温判定回路2と、発振回路3と、ワンショットマルチバイブレータ4と、水位判定回路5とから構成されている。
【0019】
電源回路1には、太陽電池6とバックアップ電池7が設けられている。太陽電池6にはコンデンサCが並列接続され、供給電圧の平滑化が行われるようになっている。また、太陽電池6のプラス極は、ダイオードD1を介してワンショットマルチバイブレータ4のVCC端子、第1トランジスタTr1のコレクタ、及び抵抗R11を介して下記するシステムリセットIC9のVOUT端子に接続されると共に、ダイオードD2及び抵抗R1を介して電力補充手段である第2トランジスタTr2のベースに接続されている。また、太陽電池6のマイナス極は、下記するLCD13の各表示部14,15の基準端子と、ワンショットマルチバイブレータ4のGND端子と、システムリセットIC9のGND端子とにそれぞれ接続されている。前記第2トランジスタTr2のエミッタには前記第1トランジスタTr1のベースが接続される一方、そのエミッタとコレクタとの間には抵抗R3及びバックアップ電池7が並列接続されている。なお、前記電源回路1から水温判定回路5への供給電圧は、抵抗R4及びツェナダイオードZDにより定電圧化が図られるようになっている。
【0020】
水温判定回路2は、サーミスタ8と、システムリセットIC9と、水温検出用ラッチ回路10aとからなる。
【0021】
前記サーミスタ8は液体容器11内に配設され(図1では、簡略のため液体容器11から離れた位置に記載されている。)、一方の端子は抵抗R4,R5を介して太陽電池1のプラス極に接続され、他方の端子はシステムリセットIC9のVCC端子に接続されている。ここでは、液温が70℃以下になると出力電圧がローになるものが使用されている。
【0022】
前記システムリセットIC9は、本来、入力電圧を監視してマイコンの誤動作を防止するための素子である(例えば、ミツミ電機(株)製;PST9011等が使用可能である。)。その内部構成を説明すると、図2に示すように、2つのオペアンプ100a,100bと2つのトランジスタTr101,Tr102とを備えている。オペアンプ100aのマイナス入力端子はVCC端子とGND端子間に内部接続された抵抗R6,R7の中点に接続され、プラス入力端子は低電圧回路11に接続されている。一方、オペアンプ100aの出力端子は抵抗R8を介してトランジスタTr101のベースに接続され、このトランジスタTr101のコレクタは抵抗R9を介してオペアンプ100bのマイナス入力端子に接続されている。また、オペアンプ100bの出力端子は抵抗R10を介してトランジスタTr102のベースに接続されている。トランジスタTr102のコレクタ及び前記オペアンプ100bのプラス入力端子はシステムリセットIC9の出力端子VOUTに接続され、トランジスタTr101,Tr102のエミッタはアース接続されている。
【0023】
このような回路構成のシステムリセットIC9は、その出力端子VOUTが抵抗R11を介して太陽電池6のプラス極に接続されると共に、ラッチ回路10aのセット端子Sに接続され、GND(アース)端子は太陽電池6のマイナス極に接続されている。また、前述のように、VCC端子はサーミスタ8及び抵抗R5に接続されているので、サーミスタ8、抵抗R5の合成抵抗と、システムリセットIC9の内部抵抗との分圧によってVCC端子に入力される電圧値が決定される。そして、前記システムリセットIC9では、1.1Vの電圧を基準値として入力電圧の変化を検出することが可能であるので、通常の電圧比較器として本システムリセットIC9を用いることができ、その低消費電力性から太陽電池6の液温表示用として使用することが可能である。
【0024】
発振回路3は、発振周波数が100Hzに設定されたパルス信号(矩形波)とこれと反転したパルス信号を第1出力端子aと第2出力端子bからそれぞれ発振する。この発振周波数はLCD13がスタティック駆動する場合の動作周波数と同一である。これにより、LCD13専用の駆動回路が不要となり、部品点数を削減することが可能である。
【0025】
前記LCD13は、図3に示すように、収容した水の温度が所定温度を越えているか否かを示す水温表示部14(湯気を表す部分が点灯又は消滅する。)と、液体容器11の側面図と類似の形状をした上下2箇所の表示部15a,15bからなる水位表示部15とからなり、例えば、液体容器11の上方前面に配設される。前記水位表示部15a,15bでは、共に点灯された場合が水位半分以上、下方の表示部15bが点灯された場合が水位半分以下、いずれも点灯しない場合が400CC以下をそれぞれ示し、下方の表示部15bが消灯された場合に、そこに印刷表示された「給湯」の文字が認識できるようになっている。
【0026】
ワンショットマルチバイブレータ4は、その入力端子が前記発振回路3の第2出力端子bに接続され、その出力端子が液体容器11の底に設けた基準電極16aに接続されており、発振回路3の第2出力端子bからのパルス信号のオンエッジに同期するパルス信号を出力する。
【0027】
水位判定回路5は、液体容器11内の底に配設された基準電極16aと、上方及び底に配設された第1測定電極16b,第2測定電極16cと、第1水位検出用ラッチ回路10b,第2水位検出用ラッチ回路10cとからなる。
【0028】
第1,第2水位検出用ラッチ回路10b,10cには、前記液温検出用ラッチ回路10a同様、いわゆるNORラッチが使用され、各出力端子がLCD13の水位表示部15の各表示部15a,15bの一方の端子にそれぞれ接続されている。また、第1水位検出用ラッチ回路10bのセット端子Sには液体容器11の底に設けた第1測定電極16bが接続され、第2水位検出用ラッチ回路10cのセット端子Sには中間部に設けた第2測定電極16cが接続されている。さらに、各ラッチ回路10b,10cのリセット端子Rには発振回路3の第1出力端子aが接続されている。さらにまた、第1及び第2測定電極16b,16cは第1,第2抵抗R12,R13を介して太陽電池6のマイナス極にそれぞれ接続されている。
【0029】
前記構成の水位・水温検出回路では次のようにして、供給電力が太陽電池6単独と、太陽電池6及びバックアップ電池7双方との間で切り替えられ、又、水温及び水位が検出される。
【0030】
(電池の切替) 例えば、昼間使用している場合等、明るさが100Lx以上であれば、太陽電池6からの供給電圧が2.5V以上となるので、第2トランジスタTr2はオフ状態となる。これにより、第1トランジスタTr1のベース・エミッタ間で電圧が等しくなり、第1トランジスタTr1はオフ状態を維持し、バックアップ電池7から電流が流れることはない。
【0031】
また、夕方や夜間の室内照明でも暗い場合等、明るさが100Lx未満であれば、太陽電池6からの供給電圧が駆動最低値(例えば、2.5V)未満となり、第2トランジスタTr2がオン状態となる。これにより、バックアップ電池7から抵抗R3,R2に電流が流れ、抵抗R3で電圧降下する。第1トランジスタTr1はベース電圧の低下によりオン状態となり、太陽電池6のみならずバックアップ電池7からも回路へと電力が供給される。
【0032】
これにより、電源回路1からの供給電圧が周囲の明るさの変化に拘わらず、常に一定に維持され、水位・水温検出回路の駆動状態が安定し、誤動作を発生することなく、適切にLCD13に所定の表示を行うことができる。
【0033】
(水温の検出) 前記構成の水温・水位検出回路では次のようにして水温が検出される。すなわち、液体容器11にお湯を注水し、その温度が設定温度(例えば、70℃)を越える場合には、サーミスタ8の電気抵抗値は低くなり、サーミスタ8、抵抗R5の合成抵抗と、システムリセットIC9の内部抵抗との分圧は高くなり、基準電圧である1.1V以上になる。その結果、システムリセットIC9からの出力はハイとなる。
【0034】
そして、時間が経過すること等により、液体容器11に収容したお湯の温度が低下して前記設定温度未満となれば、サーミスタ8の電気抵抗値が上昇して、図4に示すように、システムリセットIC9のVCC端子に入力される電圧が降下する。これにより、入力電圧が前記基準電圧未満となり、システムリセットIC9からの出力はローとなる。
【0035】
液温検出用ラッチ回路10aでは、図5に示すように、前記システムリセットIC9からの出力がハイである場合には、リセット端子Rに入力される発振回路2からのパルス信号によって1/100秒の周期でリセットされながら出力がハイとなりLCD13の水温表示部14を点灯する。そして、液温が下がり、前記システムリセットIC9からの出力がローとなれば、出力端子からの出力がローとなり前記水温表示部14は消灯される。
【0036】
(水位の検出) 液体容器11内にお湯を注水し、水位が第1測定電極16bよりも上方に位置すれば、図6(a)に示すように、基準電極16aと第1測定電極16b及び第2測定電極16cとの間が導通状態となるので、各水位検出用ラッチ回路10b,10cのセット端子にはワンショットマルチバイブレータ4からのパルス信号が入力される。これにより、LCD13の水位表示部15の表示部15a,15bは共に点灯される。
【0037】
また、使用により水位が減少すれば、順次、基準電極16aと第1測定電極16b、第2測定電極16cとの間の順で絶縁状態が形成され、図6(b)に示すように、第1水位検出用ラッチ回路10b、第2水位検出用ラッチ回路10cの順でパルス信号の出力がなくなり、LCD13の該当する部分が消灯する。これにより、現在、水位が液体容器11のどの範囲であるか、すなわち、半分以上、半分以下あるいは400cc以下であるかを判別することが可能となる。
【0038】
なお、前記第1の実施の形態では、システムリセットIC9を1つだけ設けて液温を2段階でのみ表示できるようにしたが、さらに数を増やして複数段階で表示できるようにしてもよく、又、冷水の検出に利用してもよい。
【0039】
また、前記第1の実施の形態では、第1測定電極16b、第2測定電極16c及びこれに対応する水温検出用ラッチ回路10a、第1水位検出用ラッチ回路10bを設けて、水位を半分以上、半分以下、400cc以下の3態様で認識できるようにしたが、さらに細分化して水位を検出することも可能である。ただし、この場合、測定電極及びラッチ回路は検出を希望する水位毎に必要である。
【0040】
(第2の実施の形態)図7は、第2の実施の形態に係る水位・水温検出回路を示し、前記第1の実施の形態に係るものとは電力供給停止手段である第3トランジスタTr3を設けた点が異なる。すなわち、この第3トランジスタTr3は、そのベースが太陽電池6に並列接続された抵抗R14,R15の間に接続され、コレクタが抵抗R2を介して第2トランジスタTr2のコレクタに接続され、エミッタが太陽電池6のマイナス極に接続されている。
【0041】
この水位・水温検出回路では、夜間室内照明が消灯されている場合等、明るさが20Lx未満であれば、LCD13を見る必要のないときであると判断し、その表示を行わないようにしている。つまり、太陽電池6からの供給電圧が駆動不要値(例えば、0.7V)以上であれば、第3トランジスタTr3がオン状態となり、第1トランジスタTr1及び第2トランジスタTr2は前記第1の実施の形態と同様な働きをするが、供給電圧が前記駆動不要値未満に低下してくれば、第3トランジスタTr3がオフ状態となり、強制的に第1トランジスタTr1及び第2トランジスタTr2をオフ状態としてバックアップ電池7からの電力の供給を停止できるようになっている。なお、水温検出及び水位検出については前記第1の実施の形態と同様であるので、その説明は省略する。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施の形態に係る電池切替式電源回路を備えた水位・水温検出回路の回路図である。
【図2】図1に示すシステムリセットICの回路図である。
【図3】図1に示すLCDの正面図である。
【図4】図1のシステムリセットICの入力と出力の関係を示すグラフである。
【図5】図1の液温検出用ラッチ回路の入力と出力の関係を示すグラフである。
【図6】図1の水位検出用ラッチ回路の入力と出力の関係を示すグラフである。
【図7】第2の実施の形態に係る電池切替式電源回路を備えた水位・水温検出回路の回路図である。
【符号の説明】
1 電源回路
2 水温判定回路
3 発振回路
5 水位判定回路
6 太陽電池
7 バックアップ電池
8 サーミスタ
9 システムリセットIC
10a 水温検出用ラッチ回路
10a,10b 第1,第2水検出用ラッチ回路
11 液体容器
13 LCD
16a 基準電極
16b,16c 第1,第2測定電極
Claims (4)
- バックアップ電池と、
太陽電池と、
該太陽電池から入力される電圧値が他の回路の駆動に最低限必要な駆動最低値よりも下がることにより前記バックアップ電池から電力を供給させる電力補充手段と、
前記太陽電池から入力される電圧値が前記駆動最低値よりも低い駆動不要値よりも下がることにより前記バックアップ電池からの電力の供給を停止する電力供給停止手段とを備え、
前記電力補充手段は、前記太陽電池からベースに入力される電圧値が他の回路の駆動に最低限必要な駆動最低値以上であればオフ状態を維持し、前記駆動最低値未満であればオン状態となる第2トランジスタで構成し、
該第2トランジスタのエミッタを第1トランジスタのベースに接続し、該第1トランジスタのエミッタを前記バックアップ電池のプラス極に接続すると共に該第1トランジスタのコレクタを前記太陽電池のプラス極に接続することにより、第2トランジスタがオフ状態を維持すれば、第1トランジスタもオフ状態を維持するようにして前記太陽電池から電力を供給させると共に前記バックアップ電池からの電力の供給を停止する一方、第2トランジスタがオン状態となれば、第1トランジスタをオン状態として太陽電池に加えてバックアップ電池から電力を供給し、
前記電力供給停止手段は、前記太陽電池からベースに入力される電圧値が前記駆動最低値よりも低い駆動不要値よりも下がることによりオフ状態を維持し、前記駆動最低値以上であればオン状態となる第3トランジスタで構成し、
該第3トランジスタのコレクタを太陽電池及びバックアップ電池のマイナス極に接続し、エミッタを第2トランジスタのコレクタに接続することにより、第3トランジスタがオフ状態となれば、第2トランジスタ及び第1トランジスタを順次強制的にオフ状態としてバックアップ電池からの電力の供給を停止するようにしたことを特徴とするバックアップ電池付き電源回路。 - 前記請求項1に記載のバックアップ電池付き電源回路からの供給電力により駆動すると共に、水位検出手段の検出信号に基づいて表示部に水位を表示させる水位表示回路を備えた表示機能付き液体容器であって、前記水位表示回路は、パルス信号を出力する発振回路と、セット端子に前記水位検出手段の検出信号が入力され、リセット端子に前記発振回路のパルス信号が入力されることにより、前記表示部に水位を表示させるラッチ回路とを備えたことを特徴とする表示機能付き液体容器。
- 前記請求項1に記載のバックアップ電池付き電源回路からの供給電力により駆動すると共に、温度検出手段の検出信号に基づいて液体容器内の液温を表示部に表示させる温度表示回路を備えた表示機能付き液体容器であって、前記温度表示回路は、パルス信号を出力する発振回路と、前記温度検出手段の検出信号に基づいて液温を判定するシステムリセットICと、該システムリセットICからの出力信号がセット端子に入力されると共に、前記発振回路からのパルス信号がリセット端子に入力されることにより、前記表示部に温度表示を行わせるラッチ回路とを備えたことを特徴とする表示機能付き液体容器。
- 前記太陽電池用駆動回路から水温判定回路への供給電力を並列接続したツェナダイオードを介して供給することを特徴とする請求項2又は3に記載の表示機能付き液体容器。
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