專利名稱：充電電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于根據(jù)兩個(gè)不同電源的電壓差檢測(cè)出電流方向來進(jìn)行高效率充電的充電電路。
背景技術(shù)：
已知有如圖6所示的使用了蓄電元件2和光發(fā)電元件30這兩種不同電源和防逆流二極管40的充電電路6。
該充電電路6通過蓄電元件2來驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路5。當(dāng)光發(fā)電元件30產(chǎn)生的電壓比蓄電元件2的電壓高時(shí)，可以用光發(fā)電元件30充電蓄電元件2。充電電路6的正極一側(cè)作為基準(zhǔn)電位1，負(fù)極一側(cè)作為電源電位。
光發(fā)電元件30具有接合P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體的PN結(jié)構(gòu)造，通過串聯(lián)連接4個(gè)PN結(jié)，可以得到約2.8V的電動(dòng)勢(shì)。
防逆流二極管40被連接在蓄電元件2和光發(fā)電元件30之間，使得從光發(fā)電元件30向蓄電元件2充電的電流方向，為防逆流二極管的正方向。
另外，該充電電路6驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)電路5，被連接在基準(zhǔn)電位1和電源電位之間。
以下，說明圖6所示的充電電路6的動(dòng)作。
首先，說明蓄電元件2的電壓比光發(fā)電元件30的電壓低的情況。
光發(fā)電元件30產(chǎn)生的反方向電流，成為蓄電元件2的充電電流。另外，因?yàn)樵撾娏鞣较蛳喈?dāng)于防逆流二極管40的正方向，所以不妨礙電流的流動(dòng)，可以充電蓄電元件2。這時(shí)，在充電時(shí)成為正方向的防逆流二極管40的正方向電壓約為0.4V左右。因而，實(shí)際上如果光發(fā)電元件30和蓄電元件2的電壓差不超過0.4V就不能充電。
以下，說明蓄電元件2的電壓等于或高于光發(fā)電元件30的電壓的情況。
當(dāng)蓄電元件2和光發(fā)電元件30的電壓相同的情況下，因?yàn)閮烧唠妷浩胶?，所以從光發(fā)電元件30不會(huì)有反方向電流流動(dòng)。而后，如果蓄電元件2的電壓比光發(fā)電元件30的電壓高，則這次假設(shè)電流要從蓄電元件2向光發(fā)電元件30一側(cè)流動(dòng)。但是，因?yàn)樵撾娏鞣较蛳喈?dāng)于防逆流二極管40的反方向，所以電流向蓄電元件2一側(cè)的流動(dòng)被截?cái)唷?br> 另外，防逆流二極管40是被稱為使MOSFET(金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)進(jìn)行二極管方式連接的使柵電極和漏電極短路的構(gòu)造。進(jìn)而，柵電壓只施加成該晶體管的閾值電壓。
但是，當(dāng)光發(fā)電元件30和蓄電元件2的電壓差大，充電電流增加的情況下，需要增加防逆流二極管40的電流供應(yīng)量。因此，其構(gòu)成為二極管連接的MOSFET的柵寬度/柵長度(以下，稱為W/L)大。
當(dāng)使用這樣的防逆流二極管40的情況下，在光發(fā)電元件30和蓄電元件2的電壓差小的情況下(約0.4v以下)，和光未照射在光發(fā)電元件30上因而電動(dòng)勢(shì)小的情況下(低照度時(shí))等中，不能高效率地充電。另外，為了確保充分的電流供給量使防逆流二極管40的面積增大，存在裝入有充電電路6的系統(tǒng)LSI的面積增大的問題。
作為解決上述問題的方法，在美國專利第4,291,266號(hào)公報(bào)中揭示了用運(yùn)算放大器檢測(cè)2個(gè)不同電源的電壓差，邏輯切換充電和不充電的方法。
但是，在上述方法中，必須用被充電的蓄電元件驅(qū)動(dòng)運(yùn)算放大器。因此，在不充電時(shí)為了驅(qū)動(dòng)運(yùn)算放大器會(huì)消耗蓄電元件的能量，在極低電力驅(qū)動(dòng)時(shí)存在著問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供使用根據(jù)兩個(gè)不同電源的電壓差檢測(cè)電流方向的電流方向檢測(cè)電路的充電電路以及鐘表電路。
另外，本發(fā)明的目的在于提供一種即使在不充電時(shí)也不消耗蓄電元件能量的充電電路以及鐘表電路。
進(jìn)而，本發(fā)明的目的在于提供一種在LSI化的情況下可以小型化的充電電路以及鐘表電路。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的充電電路的特征在于包含蓄電元件；發(fā)電元件；開關(guān)裝置；把發(fā)電元件作為電源用于產(chǎn)生基準(zhǔn)電流的基準(zhǔn)電流產(chǎn)生電路；用基準(zhǔn)電流比較上述蓄電元件和發(fā)電元件的電壓，當(dāng)發(fā)電元件的電壓大的情況下接通開關(guān)裝置用發(fā)電元件充電蓄電元件，當(dāng)發(fā)電元件的電壓小時(shí)斷開上述開關(guān)裝置防止從蓄電元件向發(fā)電元件的放電的比較控制電路。
另外，為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的鐘表電路的特征在于包含用于驅(qū)動(dòng)鐘表移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)電路；用于向驅(qū)動(dòng)電路提供電力的蓄電元件；發(fā)電元件；開關(guān)裝置；把發(fā)電元件作為電源用于產(chǎn)生基準(zhǔn)電流的基準(zhǔn)電流產(chǎn)生電路；用基準(zhǔn)電流比較蓄電元件和發(fā)電元件的電壓，當(dāng)發(fā)電元件的電壓大時(shí)接通開關(guān)裝置用發(fā)電元件充電蓄電元件，當(dāng)發(fā)電元件的電壓小時(shí)斷開開關(guān)裝置防止從蓄電元件向發(fā)電元件的放電的比較控制電路。
進(jìn)而，發(fā)電元件，理想的是光發(fā)電元件、熱發(fā)電元件或者機(jī)械式發(fā)電元件。
進(jìn)而，比較控制電路，理想的是具有公共負(fù)載，基準(zhǔn)電流產(chǎn)生電路，在公共負(fù)載中使基準(zhǔn)電流流過。
進(jìn)而，比較控制電路，具有第1晶體管、第2晶體管、第1負(fù)載、第2負(fù)載以及公共負(fù)載，理想的是，公共負(fù)載的另一端子和發(fā)電元件以及蓄電元件的一端子連接，第1晶體管的第1端子與公共負(fù)載的一端子連接；第2端子與第1負(fù)載的一端子連接，以及第3端子與蓄電元件的另一端子連接，第2晶體管的第1端子與公共負(fù)載一端子連接，第2端子與第2負(fù)載一端子連接，以及第3端子與發(fā)電元件的另一端子連接，第1負(fù)載的另一端子與發(fā)電元件的另一端子連接，第2負(fù)載的另一端子與蓄電元件的另一端子連接，把第2晶體管的第2端子作為比較控制電路的輸出和上述開關(guān)裝置連接。
進(jìn)而，第1晶體管、第2晶體管、第1負(fù)載以及第2負(fù)載，由MOSFET構(gòu)成，第1晶體管以及第2晶體管的導(dǎo)電類型，理想的是第1負(fù)載以及上述第2負(fù)載的導(dǎo)電類型不同。
進(jìn)而，第2晶體管中的柵寬度和柵長度的比，理想的是比第1晶體管中的柵寬度和柵長度的比大。
進(jìn)而，理想的是發(fā)電元件的一端子和蓄電元件的一端子連接，發(fā)電元件的另一端子和開關(guān)裝置的一端子連接，發(fā)電元件的另一端子和開關(guān)裝置的另一端子連接。
進(jìn)而，開關(guān)裝置，理想的是用MOSFRT構(gòu)成。
在本發(fā)明的構(gòu)成中，作為從不同的2個(gè)電源的電壓差中檢測(cè)出電流方向的電流方向檢測(cè)電路使用和蓄電元件分離的差動(dòng)放大電路，因?yàn)樵诔潆姇r(shí)和不充電時(shí)邏輯控制開關(guān)裝置，所以可以降低充電時(shí)的導(dǎo)通電壓。
另外，因?yàn)闃?gòu)成為在不充電時(shí)蓄電元件沒有能量消耗，設(shè)置成在充電時(shí)使由光發(fā)電元件充電蓄電元件的電路動(dòng)作，所以可以在充電時(shí)以及不充電時(shí)兩方的狀態(tài)下極力抑制蓄電元件的電力消耗。
進(jìn)而，在本發(fā)明中，因?yàn)榇嬗靡远O管連接的MOSFET形成的防逆流二極管，可以使用用MOSFET形成的開關(guān)裝置，所以當(dāng)實(shí)現(xiàn)同樣的電流容許量的情況下，可以以約1/2次方縮小尺寸。因而，當(dāng)LSI化充電電路的情況下，可以做成非常小。


圖1是展示本發(fā)明的充電電路一例的電路圖。
圖2是展示本發(fā)明的充電電路的動(dòng)作狀態(tài)的波形圖。
圖3是展示本發(fā)明的充電電路的動(dòng)作狀態(tài)的波形圖。
圖4是展示本發(fā)明的充電電路的動(dòng)作狀態(tài)的波形圖。
圖5是展示把圖1所示的充電電路利用在鐘表電路中的例子的電路圖。
圖6是展示以往技術(shù)中的充電電路的電路圖。
具體實(shí)施例方式
圖1是展示本發(fā)明最佳實(shí)施方式中的充電電路3的電路構(gòu)成圖。
圖1所示的充電電路3由蓄電元件2、恒壓電路10、差動(dòng)放大器20、開關(guān)裝置29以及光發(fā)電元件30構(gòu)成。進(jìn)而，在圖1中，把蓄電元件2的正極一方作為基準(zhǔn)電位1，把負(fù)極一方作為電源電位。
在圖1中，作為蓄電元件2使用鋰離子蓄電池。另外，恒壓電路10、差動(dòng)放大電路20以及開關(guān)元件29由MOSFET構(gòu)成。
光發(fā)電元件30具有接合P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體的PN結(jié)構(gòu)造，如果在此照射光則因載流子的復(fù)合發(fā)電。此時(shí)，產(chǎn)生的反方向電流為充電電流。一般，在1個(gè)PN結(jié)上的電動(dòng)勢(shì)約是0.7V，串聯(lián)連接多個(gè)以增加電動(dòng)勢(shì)。在圖1的光發(fā)電元件30中，通過串聯(lián)連接4個(gè)PN結(jié)可以得到約2.8V的電動(dòng)勢(shì)。
恒壓電路10由基準(zhǔn)電阻11、二極管連接的第3P型MOSFET12、第3N型MOSFET15、第4P型MOSFET13以及二極管連接的第4N型MOSFET14構(gòu)成。另外，基準(zhǔn)電阻11被連接在基準(zhǔn)電位1和第4P型MOSFET13的源電極之間，第4P型MOSFET13的漏電極被連接在第4N型MOSFET14的漏電極上，第4N型MOSFET14的源電極被連接在光發(fā)電元件30的負(fù)極(電源電位)上。進(jìn)而，第3 PMOSFET12被連接在基準(zhǔn)電位1和第3N型MOSFET15的漏電極之間，第3PMOSFET12的柵電極和第4P型MOSFET13的柵電極連接，第3N型MOSFET15的柵電極和第4N型MOSFET14的柵電極連接，第3N型MOSFET15的源電極與光發(fā)電元件30的負(fù)極(電源電位)連接。
恒壓電路10是所謂的帶隙基準(zhǔn)(band gap reference)型，各MOSFET在閾值電壓附近動(dòng)作，用各MOSFET的W/L以及基準(zhǔn)電阻11的值確定輸出點(diǎn)12a的電壓。該輸出電壓，被設(shè)計(jì)成如果恒壓電路10完全動(dòng)作則為恒定。在這樣的恒壓電路10中，具有可以吸收周圍溫度和晶體管閾值電壓等工藝變動(dòng)的特性。
恒壓電路10把光發(fā)電元件30作為電源動(dòng)作，起到用于使一定的電流(基準(zhǔn)電流)流過檢測(cè)電流方向的差動(dòng)放大電路20的公共負(fù)載21上的作用。如果恒壓電路10的輸出電壓一定，則施加在作為P型MOSFET的公共負(fù)載21的柵電極上的電壓為一定，可以使恒定電流流過公共負(fù)載21。
差動(dòng)放大電路20由第1P型MOSFET27和第2P型MOSFET25、第1負(fù)載28、第2負(fù)載26和公共負(fù)載21構(gòu)成。
公共負(fù)載21由P型MOSFET組成，其作用是為了把恒壓電路10的輸出點(diǎn)12a的電壓作為該P(yáng)型MOSFET的柵極電壓施加，使恒定的電流流過。另外，公共負(fù)載21和恒壓電路10的第3P型MOSFET12電流鏡連接，根據(jù)在第3P型MOSFET12上流過的電流以及兩者(公共負(fù)載21以及第3P型MOSFET12)的W/L比，確定流過公共負(fù)載21的電流。如果兩者具有相同的W/L，則流過同樣的電流。在圖1的充電電路3中，把兩者的W/L設(shè)定為相同。但是，在本發(fā)明中，并不限于這種構(gòu)成。
進(jìn)而，作為公共負(fù)載21，還可以使用電阻代替P型MOSFET。但是，這種情況下，因?yàn)楦鶕?jù)施加在電阻上的電壓電流線性變化，所以理想的是設(shè)置從外部生成一定電流的裝置。
在差動(dòng)放大電路20中，第1P型MOSFET27和第2P型MOSFET25，以及第1負(fù)載28和第2負(fù)載26，被連接成彼此面對(duì)，第1P型MOSFET27和第2P型MOSFET25的源電極之間和公共負(fù)載21的漏電極連接。公共負(fù)載21的源電極與基準(zhǔn)電位1連接。第1負(fù)載28和第2負(fù)載26都是N型MSOFET。即，第1晶體管27以及第2晶體管25的導(dǎo)電類型和第1負(fù)載28以及第2負(fù)載26的導(dǎo)電類型不同。第1負(fù)載28的漏電極和第1P型MOSFET27的漏電極連接，第2負(fù)載26的漏電極和第2 P型MOSFET25的漏電極連接。第2負(fù)載26為連接漏電極和柵電極的二極管式連接。第1負(fù)載28的源電極與蓄電元件2的負(fù)極(電源電位)連接，第2負(fù)載26的源電極與光發(fā)電元件30的負(fù)極(電源電位)連接。進(jìn)而，第1負(fù)載28的柵電極和第2負(fù)載26的柵電極相互連接。
差動(dòng)放大電路20的輸出點(diǎn)27a與作為N型MOSFET的開關(guān)裝置29的柵電極連接。當(dāng)在第1P型MOSFET27一側(cè)流動(dòng)的電流和在第2P型MOSFET25一側(cè)上流動(dòng)的電流不同的情況下，因?yàn)楣藏?fù)載21要流過一定電流，所以差動(dòng)放大電路20動(dòng)作使得兩者流過相同的電流。因而，把光發(fā)電元件30和蓄電元件2的電壓差作為輸出電壓從輸出27a輸出。
這樣，差動(dòng)放大電路20檢測(cè)光發(fā)電元件30和蓄電元件2的電壓差，控制開關(guān)裝置29的柵電壓，控制開關(guān)裝置29的漏電流。
以下，說明該充電電路3的動(dòng)作。
首先，說明光發(fā)電元件30的電壓比蓄電元件2的電壓大的情況。
這種情況下，由光發(fā)電元件30進(jìn)行蓄電元件2的充電(充電狀態(tài))。另外，流過把光發(fā)電元件30作為電源的恒壓電路10的電流是一定的，從輸出點(diǎn)12a輸出恒定的電壓。
差動(dòng)放大電路20的公共負(fù)載21和恒壓電路10的第3P型MOSFET12因?yàn)檫M(jìn)行電流鏡連接，所以如果兩者的W/L是相同的，則在兩者中流過相同的電流。另外，差動(dòng)放大電路20動(dòng)作，使流過公共負(fù)載21的電流始終保持一定。在充電狀態(tài)中，差動(dòng)放大電路20的第2P型MOSFET25的柵極，根據(jù)光發(fā)電元件30的電壓變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，這時(shí)，二極管連接的第2負(fù)載26的柵電壓偏移到電源電位一側(cè)。與蓄電元件2相比光發(fā)電元件30的電壓越大，第2負(fù)載26的柵電壓越偏移電源電位一方。進(jìn)而，在與第2負(fù)載26相對(duì)的位置上的第1負(fù)載28的柵電壓，也同時(shí)向電源電位一方偏移，由此動(dòng)作使第1負(fù)載28關(guān)閉。根據(jù)這樣動(dòng)作，確定差動(dòng)放大電路20的輸出點(diǎn)27a的輸出電壓。與蓄電元件2相比光發(fā)電元件30的電壓越大，輸出點(diǎn)27a的輸出電壓越向基準(zhǔn)電位1一方偏移。因?yàn)檩敵鳇c(diǎn)27a的輸出電壓控制開關(guān)裝置29的柵電壓，所以與蓄電元件2相比光發(fā)電元件30的電壓越大，開關(guān)裝置29的柵電壓越偏移基準(zhǔn)電位1一方，開關(guān)裝置29的導(dǎo)通電流增加。這種狀態(tài)，是用光發(fā)電元件30中產(chǎn)生的反向電流向蓄電元件2充電的充電狀態(tài)。
以下，說明當(dāng)光發(fā)電元件30的電壓和蓄電元件2的電壓差小的情況(包含光發(fā)電元件30和蓄電元件2的電壓相等的情況)。
在光發(fā)電元件30和蓄電元件2的差小的過渡區(qū)域中，差動(dòng)放大電路20的第2P型MOSFET25的柵電壓和光發(fā)電元件30的電壓為相同的程度。光發(fā)電元件30的電壓，當(dāng)從與蓄電元件2相比稍大的狀態(tài)，到逐漸接近蓄電元件2的電壓的情況下，第2負(fù)載26的柵電壓從充電狀態(tài)時(shí)的電壓向基準(zhǔn)電位1一方偏移(但是，未完全達(dá)到基準(zhǔn)電位1)。進(jìn)而，在光發(fā)電元件30的電壓接近蓄電元件2的電壓，引起充電和不充電的切換時(shí)，在差動(dòng)放大電路20的基準(zhǔn)電位1一方和電源電位一方之間流過貫通電流。其后，蓄電元件2的電壓，即使在與光發(fā)電元件30的電壓相比增大時(shí)，如果蓄電元件2的電壓和光發(fā)電元件30的電壓之電壓差小并且第1負(fù)載28的柵電壓未達(dá)到基準(zhǔn)電位1，則開關(guān)裝置29不能完全關(guān)閉。但是，如上所述，即使在光發(fā)電元件30的電壓和蓄電元件2的電壓差小的情況下，因?yàn)轵?qū)動(dòng)差動(dòng)放大電路20的是光發(fā)電元件30，所以蓄電元件2的消耗能量幾乎是0。
另外，充電和不充電的切換時(shí)間可以任意變更。例如，因?yàn)槭共顒?dòng)放大電路20的第2P型MOSFET25的截止時(shí)間比第1P型MOSFET27快，所以使第2P型MOSFET25的W/L比第1P型MOSFET27的W/L還大。這種情況下，光發(fā)電元件30的電壓和蓄電元件2的電壓相等的電壓，只在偏置電壓低的階段，第2P型MOSFET25一方截止。由于第2P型MOSFET25一方截止，因而從充電切換為不充電。進(jìn)而，偏置電壓通過第1P型MOSFET27的W/L和第2P型MOSFET25的W/L的比設(shè)定。這樣，由于設(shè)置偏置電壓，因而在充電和不充電的切換時(shí)，可以減少在差動(dòng)放大電路20上流過的貫通電流。
以下，說明光發(fā)電元件30的電壓比蓄電元件2的電壓小時(shí)的情況，和光發(fā)電元件30的電壓下降成為構(gòu)成恒壓電路10的晶體管的閾值電壓以下時(shí)的情況。
從上述的過渡狀態(tài)中，如果光發(fā)電元件30的電壓相對(duì)蓄電元件2降低，則第2負(fù)載26的柵電壓向基準(zhǔn)電位1一方偏移，把開關(guān)裝置29設(shè)置為關(guān)閉狀態(tài)。
如上所述，其構(gòu)成是恒壓電路10的輸出點(diǎn)12a的輸出電壓通常輸出一定的電壓。但是，光發(fā)電元件30的電壓如果變?yōu)闃?gòu)成恒壓電路10的晶體管的閾值電壓以下，則恒壓電路10的輸出點(diǎn)12a的輸出電壓迅速下降接近0V。即，恒壓電路10不工作。例如，當(dāng)構(gòu)成恒壓電路10的晶體管的閾值電壓是0.5V的情況下，如果光發(fā)電元件30的電壓變?yōu)?.5V以下，則恒壓電路10不能輸出恒定電壓(即，不能向公共負(fù)載21提供基準(zhǔn)電流)。如果恒壓電路10的輸出點(diǎn)12a的輸出電壓下降到接近0V，則差動(dòng)放大電路20的公共負(fù)載21的柵電壓降低，差動(dòng)放大電路20完全停止。在該狀態(tài)下，完全只用蓄電元件2驅(qū)動(dòng)鐘表驅(qū)動(dòng)電路等的系統(tǒng)電路。進(jìn)而，在該狀態(tài)中，開關(guān)裝置29變?yōu)橥耆P(guān)閉狀態(tài)，只流過構(gòu)成開關(guān)裝置29的晶體管的漏電流的電流。即，不產(chǎn)生從蓄電元件2向光發(fā)電元件30的電流的逆流。
這樣，恒壓電路10把光發(fā)電元件30作為電源動(dòng)作。因而，如果光發(fā)電元件30的電壓下降恒壓電路10不能動(dòng)作，則流過公共負(fù)載21上的電流也下降，差動(dòng)放大電路20自身變?yōu)榉莿?dòng)作狀態(tài)。即，圖1的充電電路是不充電狀態(tài)時(shí)，恒壓電路10以及差動(dòng)放大電路20變?yōu)榉莿?dòng)作狀態(tài)，蓄電元件2的能量消耗幾乎沒有。進(jìn)而，即使在充電狀態(tài)下，因?yàn)楹銐弘娐?0把光發(fā)電元件30作為電源，所以為了使恒壓電路10動(dòng)作不消耗蓄電元件2的電力。即，在充電時(shí)以及不充電時(shí)充電電路3，具有幾乎不消耗蓄電元件2的能量的優(yōu)點(diǎn)。
另外，在圖6所示的以往的充電電路6中，相對(duì)于用防逆流二極管40被動(dòng)地切換充電和不充電，在本發(fā)明的充電電路3中的不同點(diǎn)是，在差動(dòng)放大電路中實(shí)際還監(jiān)視2個(gè)電源(光發(fā)電元件以及蓄電元件)，主動(dòng)地檢測(cè)電流方向。
在圖6所示的以往例子中，因?yàn)橥ㄟ^短路MOSFET的柵極和漏極的二極管連接形成防逆流二極管40，所以防逆流二極管40的柵電壓只被施加閾值電壓。其結(jié)果，為了確保電流供給需要增大防逆流二極管40的大小。
與此相反，在本發(fā)明中，代替用二極管連接的MOSFET形成的防逆流二極管，因?yàn)榭梢允褂糜肕OSFET形成的開關(guān)裝置，所以當(dāng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)電流容許量的情況下，可以以約1/2次方縮小尺寸。這從漏電流相對(duì)柵電壓的2次曲線可知。
用圖2～圖4進(jìn)一步說明本發(fā)明的充電電路3的動(dòng)作。
圖2是展示在圖1所示的充電電路3中，在把蓄電元件2的電壓設(shè)定為一定時(shí)，相對(duì)光發(fā)電元件30的電壓的差動(dòng)放大電路20的輸出點(diǎn)27a的電壓變化的曲線圖。
在圖2中，橫軸表示光發(fā)電元件30的電壓，縱軸表示差動(dòng)放大電路20的輸出點(diǎn)27a的電壓。另外，各曲線101、102、103以及104，表示蓄電元件2的電壓分別是-0.5V，-1.0V，-1.5V以及-2.0V。
從圖2看出，在光發(fā)電元件30的電壓比蓄電元件2的電壓的絕對(duì)值大的區(qū)域上，差動(dòng)放大電路20的輸出電壓是基準(zhǔn)電位1一側(cè)(0V一側(cè))。與此相反，如果光發(fā)電元件30的電壓在蓄電元件2的電壓的絕對(duì)值以下，則判斷為相對(duì)差動(dòng)放大電路20的輸出電壓1更低。
光發(fā)電元件30的電壓比蓄電元件2的電壓大時(shí)和光發(fā)電元件30的電壓在蓄電元件2的電壓以下時(shí)的差動(dòng)放大電路20的輸出電壓的差是約0.7V左右。
圖3是展示在圖1的充電電路3中，當(dāng)把蓄電元件2的電壓設(shè)置為一定的情況下，相對(duì)光發(fā)電元件30的電壓，開關(guān)裝置29的漏電流變化的曲線圖。
在圖3中，橫軸表示光發(fā)電元件30的電壓，縱軸表示開關(guān)裝置29的漏電流。另外，各曲線表示蓄電元件2的電壓變化的情況，各曲線101a、102a、103a、104a分別與蓄電元件2的電壓為-0.5V，-1.0V，-1.5V以及-2.0V對(duì)應(yīng)。
開關(guān)裝置29的柵電壓用差動(dòng)放大電路20的輸出電壓控制。因而，開關(guān)裝置29的漏電流的變化，與差動(dòng)放大電路20的輸出點(diǎn)27a相對(duì)圖2所示的光發(fā)電元件30的電壓變化對(duì)應(yīng)。
如圖3所示，當(dāng)光發(fā)電元件30的電壓比蓄電元件2的電壓的絕對(duì)值大的情況下，在開關(guān)裝置29中流過電流。但是，如果光發(fā)電元件30和蓄電元件2的電壓差小，則電流逐漸減少。如果光發(fā)電元件30的電壓在蓄電元件2的電壓的絕對(duì)值以下，則沒有電流流過。
圖3展示出在光發(fā)電元件30的電壓比蓄電元件2電壓大的充電狀態(tài)中差動(dòng)放大電路20的輸出電壓作用使開關(guān)裝置29導(dǎo)通，反之在光發(fā)電元件30的電壓在蓄電元件20的電壓以下時(shí)作用使開關(guān)裝置29關(guān)閉。
圖4展示出相對(duì)光發(fā)電元件30的電壓的差動(dòng)放大電路20的輸出電壓以及差動(dòng)放大電路20的第1P型MOSFET27一側(cè)上流過的電流。
曲線103展示出圖2所示的蓄電元件2的電壓在-1.5V的情況下的光發(fā)電元件30的電壓和差動(dòng)放大電路20的輸出電壓的關(guān)系。
曲線103展示差動(dòng)放大電路20的第2P型MOSFET25的W/L和第1P型MOSFET27的W/L相同的情況。另外，虛線106展示使差動(dòng)放大電路20的第2P型MOSFET25的W/L比第1P型MOSFET27的W/L大，給予輸入偏置電壓的情況。進(jìn)而，點(diǎn)劃線107展示使差動(dòng)放大電路20的第2P型MOSFET25的W/L比第1P型MOSFET27的W/L小，不給予輸入偏置電壓的情況。
分別以103b、106b、107b展示在103、106以及107對(duì)應(yīng)的差動(dòng)放大電路20的第1P型MOSFET27一側(cè)流過的電流。
如圖4所示，差動(dòng)放大電路20的輸出電壓，按照曲線106、103、107的順序向基準(zhǔn)電位1一側(cè)(0v一側(cè))偏移。另外，流過差動(dòng)放大電路20的開關(guān)裝置29的電流，按照曲線106b、103b、107b的順序增加。
相對(duì)構(gòu)成差動(dòng)放大電路20的第2P型MOSFET25的W/L，第1P型MOSFET27的W/L越小，輸入偏置電壓越大，流過第1P型MOSFET一方的電流小。隨之，差動(dòng)放大電路20的輸出電壓從基準(zhǔn)電位1一方(在圖4中是0V一方)向低電壓一方偏移。
這意味著在光發(fā)電元件30和蓄電元件2的電壓差檢測(cè)時(shí)，可以用包含偏置電壓成分的電壓檢測(cè)。例如，通常，當(dāng)光發(fā)電元件30的電壓在蓄電元件2的電壓以下的情況下，開關(guān)裝置29變?yōu)殛P(guān)閉。但是，如果增加上述的偏置電壓，則光發(fā)電元件30的電壓和偏置電壓相加后的電壓是否等于或小于蓄電元件20的電壓將成為問題。因而，使開關(guān)裝置29關(guān)閉的電壓只以偏置電壓的量，從基準(zhǔn)電位1一方(在圖4中是0V一側(cè))向低電壓一側(cè)偏移。
這樣，通過用差動(dòng)放大電路20的第2P型MOSFET25以及第1P型MOSFET27設(shè)定偏置電壓，可以設(shè)定開關(guān)裝置29的驅(qū)動(dòng)時(shí)間。因而，能夠決定用防逆流二極管固定的充電和不充電的切換時(shí)刻的偏置電壓(例如，0.4V)可設(shè)定為數(shù)十mV。在本實(shí)施方式中，使第2晶體管25的W/L比第1P型MOSFET27的W/L大，把充電和不充電的切換時(shí)刻的偏置電壓設(shè)定為40mV。
相對(duì)在以往例子中所示的圖6的充電電路6中，用防逆流二極管40被動(dòng)地切換充電和不充電來說，如上所述，本發(fā)明的充電電路3的不同點(diǎn)是主動(dòng)地檢測(cè)電流方向。
另外，在以往例所示的圖6的充電電路6中，通過短路MOS晶體管的柵和漏的二極管連接形成防逆流二極管40。因而，防逆流二極管40的柵電壓只被施加閾值電壓，防逆流二極管40的正方向?qū)妷阂哺呒s0.4V。進(jìn)而，為了確保電流供給量需要增加防逆流二極管40的尺寸。
在本發(fā)明中，代替用二極管連接的MOSFET形成的防逆流二極管，因?yàn)榭梢允褂靡訫OSFET形成的開關(guān)裝置，所以當(dāng)實(shí)現(xiàn)了同樣的電流容許量的情況下，可以以約1/2次方縮小尺寸。這還可以從漏電流相對(duì)柵電壓的2次曲線知道。
進(jìn)而，分離檢測(cè)不同的2個(gè)電源的電壓差的差動(dòng)放大電路20的電源，把一方設(shè)置為蓄電元件2一側(cè)，把另一方設(shè)置為光發(fā)電元件30一側(cè)。另外，設(shè)置成把限制流過差動(dòng)放大電路20的公共負(fù)載21的電流的恒壓電路10的電源與光發(fā)電元件30一側(cè)連接。因而，從充電時(shí)到不充電時(shí)，可以在全部的狀態(tài)中把蓄電元件2的能量消耗設(shè)置在非常低。
進(jìn)而，通過用與2個(gè)不同電源連接的差動(dòng)放大電路構(gòu)成充電電路，可以在充電時(shí)和不充電時(shí)邏輯通·斷開關(guān)裝置，可以使充電時(shí)的導(dǎo)通電壓降低到數(shù)十mV。
圖5是展示把圖1所示的充電電路3用于時(shí)間電路60的例子。在圖5中，在和圖1相同的構(gòu)成部分上標(biāo)注相同的號(hào)碼。
在圖5中，第1開關(guān)51和光發(fā)電元件30并聯(lián)連接。第1開關(guān)51作為蓄電元件2的過充電防止用的開關(guān)功能。因而，如果蓄電元件2的電壓達(dá)到規(guī)定電壓值以上，則第1開關(guān)導(dǎo)通，短路光發(fā)電元件30使端子間電壓下降。
電容54經(jīng)由第2開關(guān)52與光發(fā)電元件30的電流路徑連接。電容54是當(dāng)蓄電元件2的電壓下降到不能驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路56的情況下，用于迅速驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路56的電容。
第2開關(guān)52在用于驅(qū)動(dòng)鐘表運(yùn)轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)電路56的迅速驅(qū)動(dòng)時(shí)被短路。另外，第2開關(guān)52在蓄電元件2的電壓上升到可以只用蓄電元件2的電壓驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路56(始終驅(qū)動(dòng)時(shí))時(shí)則被斷開。
第3開關(guān)53被設(shè)置在光發(fā)電元件30和蓄電元件2之間。第3開關(guān)3是用于驅(qū)動(dòng)電路56的急速驅(qū)動(dòng)時(shí)和始終驅(qū)動(dòng)時(shí)的開關(guān)。
電壓檢測(cè)裝置55始終監(jiān)視蓄電元件2的電壓，進(jìn)行第1、第2以及第3開關(guān)的通·斷控制。
以下說明圖5的動(dòng)作。
首先，說明用蓄電元件2驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路56的狀態(tài)(正常驅(qū)動(dòng))。電壓檢測(cè)裝置55監(jiān)視蓄電元件2的電壓，當(dāng)蓄電元件2的電壓超過了1.3v時(shí)，斷開第2開關(guān)52，接著接通第3開關(guān)53，由蓄電元件2驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路56。進(jìn)而，1.3v是一例，根據(jù)狀況可以有各種變更。
另外，在該狀態(tài)下，如上所述充電電路3的差動(dòng)放大電路20一邊參照光發(fā)電元件30和蓄電元件2的電壓，一邊切換充電和不充電狀態(tài)。蓄電元件2為了防止充電的劣化必須不能超過規(guī)定電壓值以上。因而，電壓檢測(cè)裝置55監(jiān)視蓄電元件2的端子間電壓，如果超過2.6v則關(guān)閉第1開關(guān)，短路光發(fā)電元件30。因此，光發(fā)電元件30的電壓下降，防止蓄電元件2的電壓達(dá)到2.6v以上。進(jìn)而，2.6v是一例，根據(jù)狀況可以有各種變更。
以下，說明蓄電元件2的電壓下降到不能驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)元件56的電壓，驅(qū)動(dòng)電路56停止的狀態(tài)。
在該狀態(tài)下，第1開關(guān)51關(guān)閉，第2開關(guān)52導(dǎo)通，第3開關(guān)53關(guān)閉。在該狀態(tài)下如果光照射光發(fā)電元件30，則和充電元件2一同充電電容54。其后，用電容54急速驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路56。
進(jìn)而，在圖1所示的充電電路3以及圖5所示的鐘表電路60中，作為發(fā)電元件使用光發(fā)電元件30，但代替光發(fā)電元件30也可以使用熱發(fā)電元件和機(jī)械式發(fā)電元件等。作為熱發(fā)電元件，有利用人體發(fā)出的熱量，采用BiTe(鉍·碲)系列合金的電發(fā)熱元件等。另外，作為機(jī)械式發(fā)電元件，具有靠傳遞來的轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力轉(zhuǎn)動(dòng)的發(fā)電用轉(zhuǎn)子的小型自動(dòng)卷繞用發(fā)電機(jī)。另外，當(dāng)熱發(fā)電元件和機(jī)械式發(fā)電元件的發(fā)電電壓低的情況下，可以適宜使用升壓電路等。
權(quán)利要求
1.一種充電電路，包括蓄電元件；發(fā)電元件；開關(guān)裝置；用于把上述發(fā)電元件作為電源產(chǎn)生基準(zhǔn)電流的基準(zhǔn)電流產(chǎn)生電路；使用上述基準(zhǔn)電流比較上述蓄電元件和上述發(fā)電元件的電壓的比較控制電路，當(dāng)上述發(fā)電元件的電壓大的情況下把上述開關(guān)裝置設(shè)置為導(dǎo)通，用上述發(fā)電元件充電上述蓄電元件，當(dāng)上述發(fā)電元件的電壓小的情況下把上述開關(guān)裝置設(shè)置為斷開，防止從上述蓄電元件向上述發(fā)電元件放電。
2.權(quán)利要求1所述的充電電路，上述發(fā)電元件是光發(fā)電元件。
3.權(quán)利要求1所述的充電電路，上述發(fā)電元件是熱發(fā)電元件。
4.權(quán)利要求1所述的充電電路，上述發(fā)電元件是機(jī)械式發(fā)電元件。
5.權(quán)利要求1～4中任一項(xiàng)所述的充電電路，上述比較控制電路是具有公共負(fù)載的差動(dòng)放大電路，上述基準(zhǔn)電流產(chǎn)生電路在上述公共負(fù)載上流過上述基準(zhǔn)電流。
6.權(quán)利要求1～4中任一項(xiàng)所述的充電電路，上述比較控制電路具有第1晶體管、第2晶體管、第1負(fù)載、第2負(fù)載以及公共負(fù)載，上述公共負(fù)載的另一端子和上述發(fā)電元件以及上述蓄電元件的一端子連接，上述第1晶體管的第1端子與上述公共負(fù)載的一端子連接，第2端子與上述第1負(fù)載的一端子連接，以及第3端子和上述蓄電元件的另一端子連接，上述第2晶體管的第1端子與上述公共負(fù)載的上述一端子連接，上述第2端子與上述第2負(fù)載的一端子連接，以及第3端子和上述發(fā)電元件的另一端子連接，上述第1負(fù)載的另一端子與上述發(fā)電元件的另一端子連接，上述第2負(fù)載的另一端子與上述蓄電元件的另一端子連接，把上述第2晶體管的上述第2端子作為上述比較控制電路的輸出與上述開關(guān)裝置連接。
7.權(quán)利要求6所述的充電電路，上述第1晶體管、上述第2晶體管、上述第1負(fù)載以及上述第2負(fù)載用MOSFET構(gòu)成，上述第1晶體管以及上述第2晶體管的導(dǎo)電類型，和上述第1負(fù)載以及上述第2負(fù)載的導(dǎo)電類型不同。
8.權(quán)利要求7所述的充電電路，上述第2晶體管中的柵寬度和柵長度的比，比在上述第1晶體管中的柵寬度和柵長度的比大。
9.權(quán)利要求1～4中任一項(xiàng)所述的充電電路，上述發(fā)電元件的一端子和上述蓄電元件的一端子連接，上述發(fā)電元件的另一端子和上述開關(guān)裝置的一端子連接，上述蓄電元件的另一端子和上述開關(guān)裝置的另一端子連接。
10.權(quán)利要求9所述的充電電路，上述開關(guān)裝置由MOSFET構(gòu)成。
11.一種鐘表電路，包括用于驅(qū)動(dòng)鐘表移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)電路；用于向上述驅(qū)動(dòng)電路提供電力的蓄電元件；發(fā)電元件；開關(guān)裝置；用于把上述發(fā)電元件作為電源產(chǎn)生基準(zhǔn)電流的基準(zhǔn)電流產(chǎn)生電路；使用上述基準(zhǔn)電流比較上述蓄電元件和上述發(fā)電元件的電壓的比較控制電路，當(dāng)上述發(fā)電元件的電壓大的情況下把上述開關(guān)裝置設(shè)置為導(dǎo)通，用上述發(fā)電元件充電上述蓄電元件，當(dāng)上述發(fā)電元件的電壓小的情況下把上述開關(guān)裝置設(shè)置為斷開，防止從上述蓄電元件向上述發(fā)電元件放電。
12.權(quán)利要求11所述的鐘表電路，上述發(fā)電元件是光發(fā)電元件。
13.權(quán)利要求11所述的鐘表電路，上述發(fā)電元件是熱發(fā)電元件。
14.權(quán)利要求11所述的鐘表電路，上述發(fā)電元件是機(jī)械式發(fā)電元件。
15.權(quán)利要求11～14中任一項(xiàng)所述的鐘表電路，上述比較控制電路是具有公共負(fù)載的差動(dòng)放大電路，上述基準(zhǔn)電流產(chǎn)生電路在上述公共負(fù)載上流過上述基準(zhǔn)電流。
16.權(quán)利要求11～14中任一項(xiàng)所述的鐘表電路，上述比較控制電路具有第1晶體管、第2晶體管、第1負(fù)載、第2負(fù)載以及公共負(fù)載，上述公共負(fù)載的另一端子和上述發(fā)電元件以及上述蓄電元件的一端子連接，上述第1晶體管的第1端子與上述公共負(fù)載的一端子連接，第2端子與上述第1負(fù)載的一端子連接，以及第3端子和上述蓄電元件的另一端子連接，上述第2晶體管的第1端子與上述公共負(fù)載的上述一端子連接，第2端子與上述第2負(fù)載的一端子連接，以及第3端子和上述發(fā)電元件的另一端子連接，上述第1負(fù)載的另一端子與上述發(fā)電元件的另一端子連接，上述第2負(fù)載的另一端子與上述發(fā)電元件的另一端子連接，把上述第2晶體管的上述第2端子作為上述比較控制電路的輸出與上述開關(guān)裝置連接。
17.權(quán)利要求16所述的鐘表電路，上述第1晶體管、第2晶體管、第1負(fù)載以及第2負(fù)載由MOSFET構(gòu)成，上述第1晶體管以及上述第2晶體管的導(dǎo)電類型，和上述第1負(fù)載以及上述第2負(fù)載的導(dǎo)電類型不同。
18.權(quán)利要求17所述的鐘表電路，上述第2晶體管中的柵寬度和柵長度的比，比上述第1晶體管中的柵寬度和柵長度的比大。
19.權(quán)利要求11～14中任一項(xiàng)所述的鐘表電路，上述發(fā)電元件的一端子和上述蓄電元件的一端子連接，上述發(fā)電元件的另一端子和上述開關(guān)裝置的一端子連接，上述蓄電元件的另一端子和上述開關(guān)裝置的另一端子連接。
20.權(quán)利要求19所述的鐘表電路，上述開關(guān)裝置用MOSFET構(gòu)成。
全文摘要
因?yàn)閷?duì)蓄電元件的充電需要在光發(fā)電元件產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)和防逆流二極管的正方向?qū)妷阂陨?，所以充電效率差。進(jìn)而，如果考慮光發(fā)電元件的高照度時(shí)的電流供給量則面積大。通過使用電源分離通過2個(gè)不同電源的電壓差檢測(cè)電流方向的電流方向檢測(cè)電路的差動(dòng)放大電路構(gòu)成充電電路，在充電時(shí)和不充電時(shí)邏輯通·斷開關(guān)裝置，可以降低充電時(shí)的導(dǎo)通電壓，而且使邏輯動(dòng)作的晶體管的大小縮小為比防逆流二極管的面積還小。進(jìn)而，在全部狀態(tài)中充電電路中蓄電元件幾乎沒有能量消耗。
文檔編號(hào)H02J7/35GK1493103SQ0280473
公開日2004年4月28日 申請(qǐng)日期2002年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月10日
發(fā)明者相原克好, 野崎孝明, 巖倉良樹, 明, 樹 申請(qǐng)人:西鐵城時(shí)計(jì)株式會(huì)社