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)兩個不同電源的電壓差檢測出電流方向來進(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)動驅(qū)動電路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，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PN結(jié)，可以得到約2.8V的電動勢。
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)動的驅(qū)動電路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，因為該電流方向相當(dāng)于防逆流二極管40的正方向，所以不妨礙電流的流動，可以充電蓄電元件2。這時，在充電時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，因為兩者電壓平衡，所以從光發(fā)電元件30不會有反方向電流流動。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。但是，因為該電流方向相當(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)的流動被截斷。
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上因而電動勢小的情況下(低照度時)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號公報中揭示了用運(yùn)算放大器檢測2個不同電源的電壓差，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)動運(yùn)算放大器。因此，在不充電時為了驅(qū)動運(yùn)算放大器會消耗蓄電元件的能量，在極低電力驅(qū)動時存在著問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供使用根據(jù)兩個不同電源的電壓差檢測電流方向的電流方向檢測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)動鐘表移動的驅(qū)動電路；用于向驅(qū)動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個電源的電壓差中檢測出電流方向的電流方向檢測電路使用和蓄電元件分離的差動放大電路，因為在充電時和不充電時邏輯控制開關(guān)裝置，所以可以降低充電時的導(dǎo)通電壓。
另外，因為構(gòu)成為在不充電時蓄電元件沒有能量消耗，設(shè)置成在充電時使由光發(fā)電元件充電蓄電元件的電路動作，所以可以在充電時以及不充電時兩方的狀態(tài)下極力抑制蓄電元件的電力消耗。
進(jìn)而，在本發(fā)明中，因為代替用以二極管連接的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)明的充電電路的動作狀態(tài)的波形圖。
圖3是展示本發(fā)明的充電電路的動作狀態(tài)的波形圖。
圖4是展示本發(fā)明的充電電路的動作狀態(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。
具體實施例方式
圖1是展示本發(fā)明最佳實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，產(chǎn)生的反方向電流為充電電流。一般，在1個PN結(jié)上的電動勢約是0.7V，串聯(lián)連接多個以增加電動勢。在圖1的光發(fā)電元件30中，通過串聯(lián)連接4個PN結(jié)可以得到約2.8V的電動勢。
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在閾值電壓附近動作，用各MOSFET的W/L以及基準(zhǔn)電阻11的值確定輸出點12a的電壓。該輸出電壓，被設(shè)計成如果恒壓電路10完全動作則為恒定。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的特性。
恒壓電路10把光發(fā)電元件30作為電源動作，起到用于使一定的電流(基準(zhǔn)電流)流過檢測電流方向的差動放大電路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，因為根據(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，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。
差動放大電路20的輸出點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)流動的電流和在第2P型MOSFET25一側(cè)上流動的電流不同的情況下，因為公共負(fù)載21要流過一定電流，所以差動放大電路20動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，差動放大電路20檢測光發(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12a輸出恒定的電壓。
差動放大電路20的公共負(fù)載21和恒壓電路10的第3P型MOSFET12因為進(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，差動放大電路20動作，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，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相對的位置上的第1負(fù)載28的柵電壓，也同時向電源電位一方偏移，由此動作使第1負(fù)載28關(guān)閉。根據(jù)這樣動作，確定差動放大電路20的輸出點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27a的輸出電壓越向基準(zhǔn)電位1一方偏移。因為輸出點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，在差動放大電路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，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，因為驅(qū)動差動放大電路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間可以任意變更。例如，因為使差動放大電路20的第2P型MOSFET25的截止時間比第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，可以減少在差動放大電路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12a的輸出電壓下降到接近0V，則差動放大電路20的公共負(fù)載21的柵電壓降低，差動放大電路20完全停止。在該狀態(tài)下，完全只用蓄電元件2驅(qū)動鐘表驅(qū)動電路等的系統(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不能動作，則流過公共負(fù)載21上的電流也下降，差動放大電路20自身變?yōu)榉莿幼鳡顟B(tài)。即，圖1的充電電路是不充電狀態(tài)時，恒壓電路10以及差動放大電路20變?yōu)榉莿幼鳡顟B(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，因為恒壓電路10把光發(fā)電元件30作為電源，所以為了使恒壓電路10動作不消耗蓄電元件2的電力。即，在充電時以及不充電時充電電路3，具有幾乎不消耗蓄電元件2的能量的優(yōu)點。
另外，在圖6所示的以往的充電電路6中，相對于用防逆流二極管40被動地切換充電和不充電，在本發(fā)明的充電電路3中的不同點是，在差動放大電路中實際還監(jiān)視2個電源(光發(fā)電元件以及蓄電元件)，主動地檢測電流方向。
在圖6所示的以往例子中，因為通過短路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，因為可以使用用MOSFET形成的開關(guān)裝置，所以當(dāng)實現(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，相對光發(fā)電元件30的電壓的差動放大電路20的輸出點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，縱軸表示差動放大電路20的輸出點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的電壓的絕對值大的區(qū)域上，差動放大電路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的電壓的絕對值以下，則判斷為相對差動放大電路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的電壓大時和光發(fā)電元件30的電壓在蓄電元件2的電壓以下時的差動放大電路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對應(yīng)。
開關(guān)裝置29的柵電壓用差動放大電路20的輸出電壓控制。因而，開關(guān)裝置29的漏電流的變化，與差動放大電路20的輸出點27a相對圖2所示的光發(fā)電元件30的電壓變化對應(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的電壓以下時作用使開關(guān)裝置29關(guān)閉。
圖4展示出相對光發(fā)電元件30的電壓的差動放大電路20的輸出電壓以及差動放大電路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的電壓和差動放大電路20的輸出電壓的關(guān)系。
曲線103展示差動放大電路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，點劃線107展示使差動放大電路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對應(yīng)的差動放大電路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。
相對構(gòu)成差動放大電路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的電壓差檢測時，可以用包含偏置電壓成分的電壓檢測。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)動時間。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刻的偏置電壓(例如，0.4V)可設(shè)定為數(shù)十mV。在本實施方式中，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刻的偏置電壓設(shè)定為40mV。
相對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的不同點是主動地檢測電流方向。
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，因為可以使用以MOSFET形成的開關(guān)裝置，所以當(dāng)實現(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柵電壓的2次曲線知道。
進(jìn)而，分離檢測不同的2個電源的電壓差的差動放大電路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，從充電時到不充電時，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個不同電源連接的差動放大電路構(gòu)成充電電路，可以在充電時和不充電時邏輯通·斷開關(guān)裝置，可以使充電時的導(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)動驅(qū)動電路56的情況下，用于迅速驅(qū)動驅(qū)動電路56的電容。
第2開關(guān)52在用于驅(qū)動鐘表運(yùn)轉(zhuǎn)的驅(qū)動電路56的迅速驅(qū)動時被短路。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)動驅(qū)動電路56(始終驅(qū)動時)時則被斷開。
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)動電路56的急速驅(qū)動時和始終驅(qū)動時的開關(guān)。
電壓檢測裝置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的動作。
首先，說明用蓄電元件2驅(qū)動驅(qū)動電路56的狀態(tài)(正常驅(qū)動)。電壓檢測裝置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，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)動驅(qū)動電路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)動驅(qū)動元件56的電壓，驅(qū)動電路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)動驅(qū)動電路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)動驅(qū)動力轉(zhuǎn)動的發(fā)電用轉(zhuǎn)子的小型自動卷繞用發(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)動鐘表移動的驅(qū)動電路；用于向上述驅(qū)動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
因為對蓄電元件的充電需要在光發(fā)電元件產(chǎn)生的電動勢和防逆流二極管的正方向?qū)妷阂陨希猿潆娦什?。進(jìn)而，如果考慮光發(fā)電元件的高照度時的電流供給量則面積大。通過使用電源分離通過2個不同電源的電壓差檢測電流方向的電流方向檢測電路的差動放大電路構(gòu)成充電電路，在充電時和不充電時邏輯通·斷開關(guān)裝置，可以降低充電時的導(dǎo)通電壓，而且使邏輯動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H02J7/35GK1493103SQ0280473
公開日2004年4月28日 申請日期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 申請人:西鐵城時計株式會社