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供电装置、供电方法、携带式电子机器和电子表

申请号 CN99802578.X 申请日 1999-12-01 公开(公告)号 CN1192474C 公开(公告)日 2005-03-09
申请人 精工爱普生株式会社; 发明人 藤泽照彦;
摘要 在对发 电机 产生的交流 电流 进行整流后供给作为蓄电装置的电容器的整流 电路 中,根据构成该整流电路的多个晶体管的两端的 电压 ,对应于各个晶体管的比较器进行导通/截止控制时,供给由多个电平位移器把偏置电压对各比较器进行电平位移了的电压。这里,考虑了各比较器的响应延迟时间来设定偏置电压,因此,按照与发电机的输出 端子 的电压的关系应截止的期间各晶体管一定截止。结果,就能够防止电流从电容器反向流动,另外,还能够消除使各晶体管截止的定时延迟。
权利要求

1.一种对交流电压进行整流后将电供给第一电源线和第二电源 线的供电装置,具有单向性单元,所述单向元件具有两个端子、比较 所述两个端子的端子电压的比较装置和根据该比较装置的比较结果控 制通/断的开关装置,使电流从一方端子经开关装置流向另一方端子, 其特征在于:
在所述第一电源线和所述第二电源线之间设置有蓄存电力的蓄电 装置;
在一方端子的电压电平低于把预定的规定电压加到另一方端子的 电压电平上得到的电压电平的情况下,所述单向性单元使所述开关装 置断开,以便根据响应延迟时间预先启动使所述开关装置断开的动 作。
2.一种对交流电压进行整流后将电力供给第一电源线和第二电源 线的供电装置,具有多个单向性单元,所述单向元件具有两个端子、 比较所述两个端子的端子电压的比较装置和根据该比较装置的比较结 果控制通/断的开关装置,使电流从一方端子经开关装置流向另一方端 子,其特征在于:
在所述第一电源线和所述第二电源线之间设置有蓄存电力的蓄电 装置;
第一所述单向性单元的一方端子被连接到供给所述交流电流的第 一输入端,另一方端子被连接到所述第一电源线;
第二所述单向性单元的一方端子被连接到供给所述交流电流的第 二输入端,另一方端子被连接到所述第一电源线;
第三所述单向性单元的一方端子被连接到所述第二电源线,另一 方端子被连接到所述第一输入端;
第四所述单向性单元的一方端子被连接到所述第二电源线,另一 方端子被连接到所述的第二输入端;
在一方端子的电压电平低于把预定的规定电压加到另一方端子的 电压电平上得到的电压电平的情况下,所述第一至第四单向性单元之 中的至少2个单向性单元使对应的所述开关装置断开,以便根据响应 延迟时间预先启动使所述开关装置断开的动作。
3.一种供电装置,具有多个单向性单元,所述单向元件具有两个 端子、比较所述两个端子的端子电压的比较装置和根据该比较装置的 比较结果控制通/断的开关装置、使电流从一方端子经开关装置流向另 一方端子;一端连接到供给交流电流的第一输入端的第一蓄电装置; 一端连接到供给所述交流电流的第二输入端的第二蓄电装置;其特征 在于:
第一所述单向性单元的一方端子被连接到所述第一蓄电装置的另 一端,另一方端子被连接到供给所述交流电压的第一输入端;
第二所述单向性单元的一方端子被连接到所述第二蓄电装置的另 一端,另一方端子被连接到所述第一蓄电装置的另一端;
在一方端子的电压电平低于把预定的规定电压加到另一方端子的 电压电平上得到的电压电平的情况下,所述第一和第二单向性单元使 所述开关装置断开,以便根据响应延迟时间预先启动使对应的开关装 置断开的动作。
4.根据权利要求1的供电装置,其特征在于:
对供给所述2个端子的交流电压进行全波整流后把电力供给所述 第一和第二电源线,同时设置有:
连接在第一输入端和所述第一电源线之间的第一开关装置、
连接在第二输入端和所述第一电源线之间的第二开关装置、
连接在第一输入端和所述第二电源线之间的仅流过单向电流的第 一装置、
连接在第二输入端和所述第二电源线之间的仅流过单向电流的第 二装置、
比较所述第一输入端的电压和所述第一电源线的电压的第一比较 装置、
比较所述第二输入端的电压和所述第一电源线的电压的第二比较 装置、
根据所述第一比较装置的比较结果控制所述第一开关装置的通/ 断的同时,在该比较结果表示所述第一开关装置接通的情况下,根据 所述第二输入端的电压强制地断开所述第一开关装置的第一控制装 置、和
根据所述第二比较装置的比较结果控制所述所述第二开关装置的 通/断的同时,在该比较结果表示所述第二开关装置接通的情况下,根 据所述第二输入端的电压强制地断开所述第二开关装置的第二控制装 置。
5.根据权利要求1的供电装置,其特征在于设置有并联在所述开 关装置上的二极管
6.根据权利要求1的供电装置,其特征在于所述开关装置由场效 应晶体管构成。
7.根据权利要求5的供电装置,其特征在于所述开关装置是场效 应晶体管,所述二极管是所述场效应晶体管的寄生二极管。
8.根据权利要求1的供电装置,其特征在于所述单向性单元被集 成在半导体基片上。
9.根据权利要求4的供电装置,其特征在于:
所述第一控制装置设置有:
连接于第二输入端子、检测出所述第二输入端和所述第一电源线 间的电位差比预定的基准值大的第一检测装置、
根据所述第一比较装置的比较结果控制所述第一开关装置的通/ 断的同时,在该比较结果表示所述第一开关装置接通的情况下,根据 所述第一检测装置的检测结果强制地断开所述第一开关装置的第一控 制器;
所述第二控制装置设置有:
检测出所述第一输入端和所述第一电源线间的电位差比预定的基 准值大的第二检测装置、
根据所述第二比较装置的比较结果控制所述第二开关装置的通/ 断的同时,在该比较结果表示所述第二开关装置接通的情况下,根据 所述检测装置的检测结果强制地断开所述第二开关装置的第二控制 器。
10.根据权利要求4的供电装置,其特征在于:所述第一装置是根 据所述第一输入端的电压控制通/断的第三开关装置;所述第二装置是 根据所述第二输入端的电压控制通/断的第四开关装置。
11.根据权利要求4的供电装置,其特征在于:设置有连接于第二 输入端子、检测出所述第二输入端和所述第一电源线间的电位差比预 定的基准值大的第一检测装置和检测出所述第一输入端和所述第一电 源线间的电位差比预定的基准值大的第二检测装置;在所述第一检测 装置和所述第二检测装置中进行了检测的情况下,把电源供给所述第 一比较装置和所述第二比较装置。
12.根据权利要求2的供电装置,其特征在于:设置有并联在所述 第一开关装置上的第一二极管、并联在所述第二开关装置上的第二二 极管、并联在所述第三开关装置上的第三二极管、并联在所述第四开 关装置上的第四二极管。
13.根据权利要求2的供电装置,其特征在于:所述第一至第四开 关装置分别是场效应晶体管。
14.根据权利要求12的供电装置,其特征在于:所述第一至第四 开关装置分别是场效应晶体管,所述第一和第二二极管是所述第一和 第二的各场效应晶体管的寄生二极管。
15.根据权利要求2的供电装置,是对供给2个端子的交流电压进 行全波整流后把电力供给所述第一和第二电源线的供电装置;其特征 在于,设置有:
比较所述第一输入端的电压和所述第一电源线的电压的第一比较 装置、
比较所述第二输入端的电压和所述第一电源线的电压的第二比较 装置、
比较所述第一输入端的电压和所述第二电源线的电压,同时比所 述第二比较装置的检测动作速度快、响应延迟时间短的第三比较装 置、
比较所述第二输入端的电压和所述第二电源线的电压,同时比所 述第一比较装置的响应延迟时间短的第四比较装置、
连接在所述第一输入端和所述第一电源线间的第一开关装置、
连接在所述第二输入端和所述第一电源线间的第二开关装置、
连接在所述第一输入端和所述第二电源线间,并根据所述第三比 较装置的比较结果控制通/断的第三开关装置、
连接在所述第二输入端和所述第二电源线间,并根据所述第四比 较装置的比较结果控制通/断的第四开关装置、
根据所述第一比较装置的比较结果控制所述第一开关装置的通/ 断的同时,在该比较结果表示所述第一开关装置接通的情况下,如果 所述第四比较装置的比较结果表示所述第四开关装置断开,便强制所 述第一开关装置断开的第一控制装置、和
根据所述第二比较装置的比较结果控制所述第二开关装置的通/ 断的同时,在该比较结果表示所述第二开关装置接通的情况下,如果 所述第三比较装置的比较结果表示所述第三开关装置断开,便强制所 述第二开关装置断开的第二控制装置。
16.根据权利要求15的供电装置,其特征在于:设置有比较所述 第二输入端的电压和所述第二电源线的电压的第一检测装置和比较所 述第一输入端的电压和所述第一电源线的电压的第二检测装置;
在所述第一检测装置或所述第二检测装置中进行了发电检测的情 况下,把电源供给所述第一~第四比较装置。
17.根据权利要求2的供电装置,其特征在于所述第一~第四开关 装置被集成在半导体基片上。
18.根据权利要求3的供电装置,其特征在于设置有并联在所述第 一开关装置上的第一二极管和并联在所述第二开关装置上的第二二极 管。
19.根据权利要求3的供电装置,其特征在于所述第一和第二开关 装置分别是场效应晶体管。
20.根据权利要求18的供电装置,其特征在于:所述第一和第二 开关装置分别是场效应晶体管,所述第一和第二二极管是各场效应晶 体管的寄生二极管。
21.根据权利要求3的供电装置,其特征在于:所述第一和第二开 关装置以及所述第一和第二控制装置被集成在半导体基片上。
22.根据权利要求1、2或3的供电装置,其特征在于:设置有供 给所述交流电压的交流发电装置。
23.一种对交流电流进行整流后将电力供给第一电源线和第二电 源线的供电装置的控制方法,所述供电装置具有多个单向性单元,所 述单向元件具有两个端子、比较所述两个端子的端子电压的比较装置 和根据该比较装置的比较结果控制通/断的开关装置、使电流从一方端 子经开关装置流向另一方端子;设置在所述第一电源线和所述第二电 源线之间蓄存电力的蓄电装置;其特征在于:
在一方端子的电压电平低于把预定的规定电压加到另一方端子的 电压电平上得到的电压电平的情况下,所述单向性单元使所述开关装 置断开,以便根据响应延迟时间预先启动使所述开关装置断开的动 作。
24.一种对交流电流进行整流后将电力供给第一电源线和第二电 源线的供电装置的控制方法,所述供电装置具有多个单向性单元,所 述单向元件具有两个端子、比较所述两个端子电压的比较装置和根据 该比较装置的比较结果控制通/断的开关装置、使电流从一方端子经开 关装置流向另一方端子;设置在所述第一电源线和所述第二电源线之 间蓄存电力的蓄电装置;第一所述单向性单元的一方端子被连接到供 给所述交流电流的第一输入端,另一方端子被连接到所述第一电源 线;第二所述单向性单元的一方端子被连接到供给所述交流电流的第 二输入端,另一方端子被连接到所述第一电源线;第三所述单向性单 元的一方端子被连接到所述第二电源线,另一方端子被连接到所述第 一输入端;第四所述单向性单元的一方端子被连接到所述第二电源 线,另一方端子被连接到所述第二输入端;其特征在于:
在一方端子的电压电平低于把预定的规定电压加到另一方端子的 电压电平上得到的电压电平的情况下,所述第一至第四单向性单元之 中的至少2个单向性单元使对应的所述开关装置断开,以便根据响应 延迟时间预先启动使所述开关装置断开的动作。
25.一种供电装置的控制方法,所述供电装置具有多个单向性单 元,所述单向元件具有两个端子、比较所述两个端子电压的比较装置 和根据该比较装置的比较结果控制通/断的开关装置、使电流从一方端 子经开关装置流向另一方端子;一端连接到供给交流电流的第一输入 端的第一蓄电装置;一端连接到供给所述交流的第二输入端的第二蓄 电装置;第一所述单向性单元的一方端子被连接到所述第一蓄电装置 的另一端,另一方端子被连接到供给所述交流电压的第一输入端;第 二所述单向性单元的一方端子被连接到所述第二蓄电装置的另一端, 另一方端子被连接到所述第一蓄电装置的另一端;其特征在于:
在一方端子的电压电平低于把预定的规定电压加到另一方端子的 电压电平上得到的电压电平的情况下,所述第一和第二单向性单元使 所述开关装置断开,以便根据响应延迟时间预先启动使对应的开关装 置断开的动作。
26.一种携带式电子机器,其特征在于设置有权利要求1、2或3 中的任一项的供电装置和根据由所述供电装置供给的电力执行预定的 处理的处理装置。
27.根据权利要求26的携带式电子机器,其特征在于所述处理装 置的至少一部分被集成在半导体基片上。
28.一种电子表,其特征在于设置有权利要求1、2或3中的任一 项的供电装置和根据由所述供电装置供给的电力进行计时动作的计时 装置。
29.根据权利要求28的电子表,其特征在于所述计时装置的至少 一部分被集成在半导体基片上。

说明书全文

技术领域

发明涉及高效率地把所发电的交流电进行整流后作为电供 给的供电装置、供电方法、携带式电子机器和电子表。

背景技术

手表装置那样的小型携带式电子机器中,如果内装有发电机, 什么时候都能够动作,而且,能够无须进行烦人的换电池的作业。这 里,如果由发电机所发的电是交流电的话,一般都要使用二极管桥式 电路作为整流电路。但是,因为在二极管桥式电路中会发生两个二极 管的压降的损失,所以,不适宜于小型携带式电子机器中使用的发电 机即发出小幅度交流电压的发电机。
因此,提出了一种使用四个使电流单向流动的单向性单元来代替 四个二极管的方案(日本公开专利JP9-131064)。
这里,单向性单元具有两个端子,当一方端子的电压高于另一方 端子的电压时,电流从一方端子向另一方端子流动;当一方端子的电 压低于另一方端子的电压时,就没有电流流动。
这种情况下,各单向性单元由比较器和P沟道或N沟道场效应晶 体管构成。
而且,经整流电路整流过的电流对电容器等蓄电装置充电,然后 从该蓄电装置对负载供电。在这样的构成中,发电机的输出端之间产 生的交流电被全波整流,但是因为使用有源元件,没有全波整流时的 电压降,所以即使在发电机100发出小幅度的交流电压的情况下,被 充电的电源(电容器)或整流过的电流也能够直接驱动负载运转。
可是,虽然各单向性单元是基于两端电压使电流单向流动的器 件,但是用来比较端电压的比较器会产生从两端电压的大小关系翻转 到把该结果反映于输出信号为止的响应延迟时间。
如果设Cg为输出晶体管的电容量、Iop为比较器的动作电流, 一般来说,用MOS晶体管构成的比较器的响应延迟时间正比于 「Cg/Iop」。也就是说,响应延迟时间与消耗电流大体成反比关系。 在用来自内装发电机的电力驱动的电子表中,发电机的大小受限于电 子表的空间,而得不到大的电力,所以,为确保电能的收支平衡,应 力图使电路的耗电低。
因此,即使在构成上述单向性单元的比较器中,也必须力图低耗 电,把动作电流抑制到最小限度,这就会使比较器的响应延迟时间变 得特别大。
所以,在本来应断开的期间内,整流用的晶体管却导通了,从而 使电流反向流动。
由于这种电流的反向流动而使突变的电流从电容器流出来时,就 会损坏电容器。
另外,由于电流的反向流动使脉冲状的噪声加到电源电压上,所 以,电源电压的供电还可能使动作负载误动作。
而且,如果比较器的响应延迟时间长,就要针对发电机的电动势 的相位控制单向性单元,对电容器充电的定时相对发电机的电动势的 定时就晚。
结果,因为只有在发电机的电动势的幅度高于高电位侧电压与低 电位侧电压间的电位差期间才能够对电容器充电,所以,可充电的期 间短,整流效率低。
对于此,如果使构成单向性单元的比较器的动作电流增大,虽然 响应延迟时间短,但是比较器本身要耗电,供电装置的效率也低。
因此,本发明的第一个目的是提供一种防止伴随单向性单元的延 迟时间而生的电流的反向流动的供电装置、供电方法、携带式电子机 器和电子表。
本发明的第二个目的是提供一种能够对所发的交流电动势高效 率地整流后作为电力提供的供电装置、供电方法、携带式电子机器和 电子表。
发明的公开
本发明的第1方案是对交流电压进行整流后将电力供给第一电源 线和第二电源线的供电装置,具有两个端子、比较所述两个端子电压 的比较装置、根据该比较装置的比较结果控制通/断的开关装置和使 电流从一方端子经开关装置流向另一方端子的单向性单元,其特征在 于:
在所述第一电源线和所述第二电源线之间设置有蓄存电力的蓄 电装置;
所述单向性单元根据响应延迟时间预先启动使所述开关装置断 开的动作。
本发明的第2方案的特征在于:在第1方案的供电装置中,在一 方端子的电压电平低于把预定的规定电压加到另一方端子的电压电 平上得到的电压电平的情况下,所述单向性单元使所述开关装置断 开。
本发明的第3方案是一种对交流电压进行整流后将电力供给第一 电源线和第二电源线的供电装置,具有两个端子、比较所述两个端子 电压的比较装置、根据该比较装置的比较结果控制通/断的开关装置 和使电流从一方端子经开关装置流向另一方端子的单向性单元,其特 征在于:
在所述第一电源线和所述第二电源线之间设置有蓄存电力的蓄 电装置;
第一所述单向性单元的一方端子被连接到供给所述交流电流的 第一输入端,另一方端子被连接到所述第一电源线;
第二所述单向性单元的一方端子被连接到供给所述交流电流的 第二输入端,另一方端子被连接到所述第一电源线;
第三所述单向性单元的一方端子被连接到所述第二电源线,另一 方端子被连接到所述第一输入端;
第四所述单向性单元的一方端子被连接到所述第二电源线,另一 方端子被连接到所述第二输入端;
所述第一至第四单向性单元之中的至少两个单向性单元根据响 应延迟时间预先启动使所述开关装置断开的动作。
本发明的第4方案的特征在于:在第3方案的供电装置中,在一 方端子的电压电平低于把预定的规定电压加到另一方端子的电压电 平上得到的电压电平的情况下,所述第一至第四单向性单元之中的至 少两个单向性单元使对应的所述开关装置断开。
本发明的第5方案是一种供电装置,具有两个端子、比较所述两 个端子电压的比较装置、根据该比较装置的比较结果控制通/断的开 关装置和使电流从一方端子经开关装置流向另一方端子的多个单向 性单元、一端连接到供给交流电流的第一输入端的第一蓄电装置、一 端连接到供给所述交流的第二输入端的第二蓄电装置;其特征在于:
第一所述单向性单元的一方端子被连接到所述第一蓄电装置的 另一端,另一方端子被连接到供给所述交流电压的第一输入端;
第二所述单向性单元的一方端子被连接到所述第二蓄电装置的 另一端,另一方端子被连接到所述第一蓄电装置的另一端;
所述第一和第二单向性单元根据响应延迟时间预先启动使对应 的开关装置断开的动作。
本发明的第6方案的特征在于:在第5方案的供电装置中,在一 方端子的电压电平低于把预定的规定电压加到另一方端子的电压电 平上得到的电压电平的情况下,所述第一和第二单向性单元使所述开 关装置断开。
本发明的第7方案的特征在于:在第1方案的供电装置中,对供 给所述两个端子的交流电压进行全波整流后把电力供给所述第一和 第二电源线,同时设置有:
连接在第一输入端和所述第一电源线之间的第一开关装置、
连接在第二输入端和所述第一电源线之间的第二开关装置、
连接在第一输入端和所述第二电源线之间的仅流过单向电流的 第一装置、
连接在第二输入端和所述第二电源线之间的仅流过单向电流的 第二装置、
比较所述第一输入端的电压和所述第一电源线的电压的第一比 较装置、
比较所述第二输入端的电压和所述第一电源线的电压的第二比 较装置、
根据所述第一比较装置的比较结果控制所述第一开关装置的通/ 断的同时,在该比较结果表示所述第一开关装置接通的情况下,根据 所述第二输入端的电压强制地断开所述第一开关装置的第一控制装 置、和
根据所述第二比较装置的比较结果控制所述所述第二开关装置 的通/断的同时,在该比较结果表示所述第二开关装置接通的情况 下,根据所述第二输入端的电压强制地断开所述第二开关装置的第二 控制装置。
本发明的第8方案的特征在于:在第1方案的供电装置中,设置 有并连在所述开关装置上的二极管。
本发明的第9方案的特征在于:在第1方案的供电装置中,所述 开关装置由场效应晶体管构成。
本发明的第10方案的特征在于:在第8方案的供电装置中,所 述开关装置是场效应晶体管,所述二极管是所述场效应晶体管的寄生 二极管。
本发明的第11方案的特征在于:在第1方案的供电装置中,所 述单向性单元被集成在半导体基片上。
本发明的第12方案的特征在于:在第7方案的供电装置中,所 述第一控制装置设置有:
检测出所述第二输入端和所述第一电源线间的电位差比预定的 基准值大的第一检测装置、
根据所述第一比较装置的比较结果控制所述第一开关装置的通/ 断的同时,在该比较结果表示所述第一开关装置接通的情况下,根据 所述第一检测装置的检测结果强制地断开所述第一开关装置的第一 控制装置;
所述第二控制装置设置有:
检测出所述第一输入端和所述第一电源线间的电位差比预定的 基准值大的第二检测装置、
根据所述第二比较装置的比较结果控制所述第二开关装置的通/ 断的同时,在该比较结果表示所述第二开关装置接通的情况下,根据 所述检测装置的检测结果强制地断开所述第二开关装置的第二控制 装置。
本发明的第13方案的特征在于:在第7方案的供电装置中,所 述第一装置是根据所述第一输入端的电压控制通/断的第三开关装 置;所述第二装置是根据所述第二输入端的电压控制通/断的第四开 关装置。
本发明的第14方案的特征在于:在第7方案的供电装置中,设 置有检测出所述第二输入端和所述第一电源线间的电位差比预定的 基准值大的第一检测装置和检测出所述第一输入端和所述第一电源 线间的电位差比预定的基准值大的第二检测装置;在所述第一检测装 置和所述第二检测置中进行了检测的情况下,把电源供给所述第一比 较装置和所述第二比较装置。
本发明的第15方案的特征在于:在第3方案的供电装置中,设 置有并联在所述第一开关装置上的第一二极管、并联在所述第二开关 装置上的第二二极管、并联在所述第三开关装置上的第三二极管、并 联在所述第四开关装置上的第四二极管。
本发明的第16方案的特征在于:在第3方案的供电装置中,所 述第一至第四开关装置分别是场效应晶体管。
本发明的第17方案的特征在于:在第15方案的供电装置中,所 述第一至第四开关装置分别是场效应晶体管,所述第一和第二二极管 是所述第一和第二的各场效应晶体管的寄生二极管。
本发明的第18方案是对供给两个端子的交流电压进行全波整流 后把电力供给所述第一和第二电源线的供电装置;其特征在于:在第 3方案的供电装置中,设置有:
比较所述第一输入端的电压和所述第一电源线的电压的第一比 较装置、
比较所述第二输入端的电压和所述第一电源线的电压的第二比 较装置、
比较所述第一输入端的电压和所述第二电源线的电压,同时比所 述第二比较装置的响应延迟时间短的第三比较装置、
比较所述第二输入端的电压和所述第二电源线的电压,同时比所 述第一比较装置的响应延迟时间短的第四比较装置、
连接在所述第一输入端和所述第一电源线间的第一开关装置、
连接在所述第二输入端和所述第一电源线间的第二开关装置、
连接在所述第一输入端和所述第二电源线间,并根据所述第三比 较装置的比较结果控制通/断的第三开关装置、
连接在所述第二输入端和所述第二电源线间,并根据所述第四比 较装置的比较结果控制通/断的第四开关装置、
根据所述第一比较装置的比较结果控制所述第一开关装置的通/ 断的同时,在该比较结果表示所述第一开关装置接通的情况下,如果 所述第四比较装置的比较结果表示所述第四开关装置断开,便强制所 述第一开关装置断开的第一控制装置、和
根据所述第二比较装置的比较结果控制所述第二开关装置的通/ 断的同时,在该比较结果表示所述第二开关装置接通的情况下,如果 所述第三比较装置的比较结果表示所述第三开关装置断开,便强行使 所述第二开关装置断开的第二控制装置。
本发明的第19方案的特征在于:在第18方案的供电装置中,设 置有比较所述第二输入端的电压和所述第二电源线的电压的第一检 测装置和比较所述第一输入端的电压和所述第一电源线的电压的第 二检测装置;
在所述第一检测装置或所述第二检测装置中进行了发电检测的 情况下,把电源供给所述第一~第四比较装置。
本发明的第20方案的特征在于:在第3方案的供电装置中,所 述第一~第四开关装置被集成在半导体基片上。
本发明的第21方案的特征在于:在第3方案的供电装置中,设 置有并联在所述第一开关装置上的第一二极管和并联在所述第二开 关装置上的第二二极管。
本发明的第22方案的特征在于:在第5方案的供电装置中,所 述第一和第二开关装置分别是场效应晶体管。
本发明的第23方案的特征在于:在第21方案的供电装置中,所 述第一和第二开关装置分别是场效应晶体管,所述第一和第二二极管 是各场效应晶体管的寄生二极管。
本发明的第24方案的特征在于:在第5方案的供电装置中,所 述第一和第二开关装置以及所述第一和第二控制装置被集成在半导 体基片上。
本发明的第25方案的特征在于:在第1,第3或第5方案的供电 装置中,设置有供给所述交流电压的交流发电装置。
本发明的第26方案是一种对交流电流进行整流后将电力供给第 一电源线和第二电源线的供电装置的控制方法,所述供电装置具有两 个端子、比较所述两个端子电压的比较装置、根据该比较装置的比较 结果控制通/断的开关装置、使电流从一方端子经开关装置流向另一 方端子的多个单向性单元和设置在所述第一电源线和所述第二电源 线之间蓄存电力的蓄电装置;其特征在于:
根据响应延迟时间预先启动使所述开关装置断开的动作。
本发明的第27方案是一种对交流电流进行整流后将电力供给第 一电源线和第二电源线的供电装置的控制方法,所述供电装置具有两 个端子、比较所述两个端子电压的比较装置、根据该比较装置的比较 结果控制通/断的开关装置、使电流从一方端子经开关装置流向另一 方端子的多个单向性单元和设置在所述第一电源线和所述第二电源 线之间蓄存电力的蓄电装置;第一所述单向性单元的一方端子被连接 到所述第二输入端,另一方端子被连接到所述第一电源线;第二所述 单向性单元的一方端子被连接到所述第二输入端,另一方端子被连接 到所述第一电源线;第三所述单向性单元的一方端子被连接到所述第 二电源线,另一方端子被连接到所述第二输入端;第四所述单向性单 元的一方端子被连接到所述第二电源线,另一方端子被连接到所述第 二输入端;其特征在于:
所述第一至第四单向性单元之中的至少2个单向性单元根据响应 延迟时间预先启动使所述开关装置断开的动作。
本发明的第28方案是一种供电装置的控制方法,所述供电装置 具有两个端子、比较所述两个端子电压的比较装置、根据该比较装置 的比较结果控制通/断的开关装置和使电流从一方端子经开关装置流 向另一方端子的多个单向性单元、一端连接到供给交流电流的第一输 入端的第一蓄电装置、一端连接到供给所述交流的第二输入端的第二 蓄电装置;第一所述单向性单元的一方端子被连接到所述第一蓄电装 置的另一端,另一方端子被连接到供给所述交流电压的第一输入端; 第二所述单向性单元的一方端子被连接到所述第二蓄电装置的另一 端,另一方端子被连接到所述第一蓄电装置的另一端;其特征在于:
根据响应延迟时间预先启动使所述第一和第二单向性单元中对 应的开关装置断开的动作。
本发明的第29方案是一种携带式电子机器,其特征在于设置有 权利要求1、3或5中的任一项的供电装置和根据由所述供电装置供 给的电力执行预定的处理的处理单元。
本发明的第30方案的特征在于:在第29方案的携带式电子机器 中,所述处理单元的至少一部分被集成在半导体基片上。
本发明的第31方案是一种电子表,其特征在于设置有权利要求 1、3或5中的任一项的供电装置和根据由所述供电装置供给的电力进 行计时动作的计时单元。
本发明的第32方案的特征在于:在第31方案的供电装置中,所 述计时单元的至少一部分被集成在半导体基片上。
附图简要说明
图1是表示按照本发明的第一实施例的供电装置的构成的电路 图。
图2是第一实施例的供电装置的半导体基片上的配置图。
图3是同一实施例中的比较器COM1和COM2的一例的电路图。
图4是与在差动对晶体管中按同一尺寸、同一晶体管并联来实现 使晶体管尺寸各异的等效的电路的电路图。
图5是同一实施例中的比较器COM3和COM4的一例的电路图。
图6是在同一实施例的供电装置中偏置电压低于晶体管的管压降 的情况下的时序图。
图7是在同一实施例的供电装置中偏置电压高于晶体管的管压降 的情况下的时序图。
图8是表示按照本发明的第二实施例的供电装置的构成的电路 图。
图9是在同一实施例的供电装置中偏置电压低于晶体管的管压降 的情况下的时序图。
图10是表示按照本发明的第三实施例的供电装置的构成的电路 图。
图11是表示按照本发明的第四实施例的电子表的概略构成图。
图12是同一实施例的电子表的电气构成方框图
图13是有关变形例的单向性单元的构成方框图。
图14是有关变形例的单向性单元的动作时序图。
图15是表示第一~四实施例的适用技术领域中的供电装置的构 成的电路图。
图16是说明图15的供电装置中伴随比较器的延迟时间的电流的 反向流动的时序图。
图17是表示按照本发明的第五实施例的供电装置的构成的电路 图。
图18是表示本发明的第五实施例的发电电压检测电路的一例的 电路图。
图19是说明第五实施例的供电装置的动作的时序图。
图20是说明第五实施例的供电装置的动作的处理流程图
图21是表示按照本发明的第六实施例的供电装置的构成的电路 图。
图22是说明第六实施例的供电装置的动作的时序图。
图23是说明第六实施例的供电装置的动作的处理流程图。
图24是表示按照本发明的第七实施例的电子表的概略构成图。
图25是表示关于第一变形例的供电装置的构成的电路图。
图26是表示关于第二变形例的供电装置的构成的电路图。
图27是表示关于第四变形例的供电装置的构成的电路图。
图28是表示第五~七实施例的适用技术领域中的供电装置的构 成的电路图。
图29是表示图28的供电装置的动作的时序图。
以下参照附图来说明实施本发明的最佳实施例。
[1]第一实施例
[1.1]第一实施例(~第四实施例)的适用技术领域
这里,为帮助理解以下说明的第一实施例(~第四实施例),参 照附图来说明第一实施例(~第四实施例)的适用技术领域。
图15中表示第一实施例的适用技术领域的采用整流电路的供电 装置的构成,该整流电路使用4个电流单向流动的单向性单元来代替 4个二极管。
如图15所示,发电机100的一方端子AG1和另一方端子AG2分 别经单向性单元U1和单向性单元U2连接到电源的高电位侧电压 Vdd;一方端子AG1和另一方端子AG2还分别经单向性单元U3和单向 性单元U4连接到电源的低电位侧电压Vss。
单向性单元U1由比较器COM1和P沟道场效应晶体管P1构成, 单向性单元U2由比较器COM2和P沟道场效应晶体管P2构成;单向 性单元U3由比较器COM3和N沟道场效应晶体管N3构成,单向性单 元U4由比较器COM4和N沟道场效应晶体管N4构成。
电容器140由整流过的电流充电,负载150把它作为电源,在相 应的电子机器中执行各种处理。在这样的构成中,一旦端子AG1的电 压因发电而上升到高电位侧电压Vdd,比较器COM1的输出电压就成为 高电平,晶体管P1导通;一旦端子AG2的电压因发电而下降到低电 位侧电压Vss,比较器COM4的输出电压就成为高电平,晶体管N4导 通。这样,电流就沿端子AG1→晶体管P1→电容器140→晶体管N4→ 端子AG2形成的闭环流动。结果,电容器140被充电。
另一方面,一旦端子AG1的电压电平下降到低电位侧电压Vss, 端子AG2的电压电平上升到高电位侧电压Vdd,晶体管P2和晶体管 N3就导通。这样,电流就沿端子AG2→晶体管P2→电容器140→晶体 管N3→端子AG1形成的闭环流动。结果,电容器140被充电。
因此,端子AG1、AG2之间产生的交流电被全波整流,但是,由 于没有全波整流时的电压降,所以,即使在发电机100发出小幅度的 交流电压的情况下,被充电的电容器140或整流过的电流也能够直接 驱动负载150运转。
可是,虽然各单向性单元U1~U4是基于两端电压使电流单向流 动的器件,但是用来比较端电压的比较器COM1~COM4会产生从两端 电压的大小关系翻转到把该其结果反映到输出信号为止的响应延迟 时间。
如果设Cg为输出晶体管的门电容量、Iop为比较器的动作电流, 一般来说,用MOS晶体管构成的比较器的响应延迟时间正比于 「Cg/Iop」。也就是说,响应延迟时间与消耗电流大体成反比关系。 在用来自内装发电机的电力驱动的电子表中,发电机的大小受限于电 子表的空间,而得不到大的电力,所以,为确保电能的收支平衡,应 力图使电路的耗电低。即使在构成上述单向性单元的比较器COM1~ COM4中,也必须力图低耗电,把动作电流Iop抑制到最小限度,这就 会使比较器COM1~COM4的响应延迟时间变得特别大。
所以,在本来应断开的期间内,整流用的晶体管却导通了,从而 使电流反向流动。图16是说明伴随比较器的延迟时间的电流的反向 流动的时序图。
这里,如图16(a)所示,端子AG1的电压在时刻t1上升到高电 位侧电压Vdd,在时刻t3下降到高电位侧电压Vdd。这种情况下,单 向性单元U1的比较器COM1把输出信号供给晶体管P1。该信号在经过 延迟时间td1的时刻t2从高电平跌落到低电平,而且在从时刻t3经 延迟时间td1的时刻t4从低电平跌落到高电平。
这种情况下,在对应于延迟时间td1的期间内,即使端子AG1的 电压下降到高电位侧电压Vdd,晶体管P1都导通。而且,在单向性单 元U1中也一样,在该期间内晶体管N4导通。
因此,在该期间内,电流沿电容器140→晶体管P1→端子AG1→ 端子AG2→晶体管N4→电容器140形成的闭环反向流动。
图16(c)表示的是流过晶体管P1的电流,这种情况下,虽然充 电电流的峰值是例如2~3mA,但是反向流动的电流的峰值却为10mA 左右。
这样,急聚的电流从电容器140流出时,就会损伤电容器140。 另外,因为由于电流的反向流动使脉冲状的噪声加到了电源电压上, 电源电压的供电就可能会使动作的负载150误动作。
因此,本第一实施例就是鉴于上述的问题,其目的是防止伴随单 向性单元的延迟时间而生的电流的反向流动,并高效率地把所发出的 交流电动势进行整流后作为电力供出。
[1.2]第一实施例的构成
图1是表示按照本发明的第一实施例的供电装置的构成的电路 图。
如图1所示,按照本实施例的供电装置不同于图15所示的供电 装置之处在于使用单向性单元U10~U40代替单向性单元U1~U4。
首先,寄生二极管D1~D4在把单向性单元U10~U40集成化时作 入到单向性单元U10~U40中。这种情况下,由于晶体管P1、P2的基 体被连接在高电位侧电压Vdd上,所以,晶体管P1、P2的寄生二极 管D1、D2按虚线表示的方向产生。由于晶体管N3、N4的基体被连接 在低电位侧电压Vss上,所以,晶体管的N3、N4寄生二极管D3、D4 按虚线表示的方向产生。因此,各寄生二极管D1~D4的方向与各晶 体管成为导通状态时流过它的电流的方向是一致的。在该例中,如果 用Vf来表示各寄生二极管D1~D4的管压降,那么,端子AG1的电压 超过Vdd+Vf时,寄生二极管D1就成为导通状态,电流从端子AG1流 到电容器140。因此,即使比较器COM中存在大的响应延迟时间,寄 生二极管D1也进行整流动作。
一旦充电电流流过寄生二极管D1~D4,寄生晶体管导通,就有可 能引起定。虽然锁定是CMOS LSI中的一种特有的现象,但是,用 防护带或沟道分离等集成电路技术能够很好地防止这种现象的发 生。
图2是图1的供电装置集成化在半导体基片上的情况下的配置 图。
因为把超过称为高电位侧电压Vdd和低电位侧电压Vss的电源电 压施加在整流用的场效应晶体管上,所以必须考虑锁定现象。
图2的配置图是配置在N型基片上的情况。
P沟道晶体管P1、P2的周围的N+扩散层PhN+被连接在高电位侧 电压Vdd上,N沟道晶体管N3、N4的周围的P+扩散层PhP+被连接在 低电位侧电压Vss上。这些N+扩散层PhN+和P+扩散层PhP+具有防护 作用,能够抑制成为锁定原因的基片电流。
作为克服锁定的对策,可以把P沟道晶体管P1、P2和整流用的 场效应晶体管的周围用高电位侧电源配线LVdd和低电位侧电源配线 LVss围起来,并使各元件P1、P2、N3、N4之间的距离充分间隔开, 把它分离开。
另外,如图2所示,本供电装置是桥式电路,为了降低整流动作 特性的离散,最好在端子AG1侧和端子AG2侧(左右)对称配置。
也就是说,把P沟道晶体管P1和P沟道晶体管P2之间或N沟道 晶体管N3和N沟道晶体管N4之间作为假想的分界线,对分界线来说, 在图面的左侧配置P沟道晶体管P1和N沟道晶体管N3,并使充分间 隔开它们,再沿离开分界线的方向上配置比较器COM1的配置区ACOM1 和比较器COM3的配置区ACOM3。
配置P沟道晶体管P2和N沟道晶体管N4以及比较器COM2的配 置区ACOM2和比较器COM4的配置区ACOM4,经分界线与P沟道晶体 管P1和P沟道晶体管P2以及比较器COM1的配置区ACOM1和比较器 COM3的配置区ACOM3对称。
可是,在图15所示的供电装置中产生电流的反向流动是因为各 比较器COM1~COM4的响应延迟时间使晶体管P1、P2、N3、N4本来应 截止期间内导通了。
因此,在第一实施例中,在用比较器COM1~COM4进行比较时, 因为在比较器COM1~COM4的输入信号中具有偏置,把响应的开始定 时设定得比原来的定时更早,即使是相同的响应延迟时间,也能尽早 地得到比较结果。
电平位移器10~40是为具有这种偏置而设置的,电平位移器10 或20对高电位电压Vdd仅分别在电压Voffset1或Voffset2高位侧 使输出电压电平位移,并把该经电平位移了的电压分别供给比较器 COM1或CON2的正输入端(+)。
另一方面,电平位移器30或40对低电位电压Vss仅分别在电压 Voffset3或Voffset4低位侧使输出电压电平位移,并把该经电平位 移了的电压分别供给比较器COM3或CON4的正输入端(+)。
根据比较器COM1~COM4的各响应延迟时间td1~td4来决定由各 电平位移器10~40产生的电压Voffset1~Voffset4的值,使之不发 生电流的反向流动。更具体地说,把电压Voffset1~Voffset4设定 为大约数十[mV]。
因此,在端子AG1或端子AG2的电压即将下降到高电位侧电压Vdd 时,比较器COM1或COM2生成从低电平向高电平变化的各输出信号, 这样,晶体管P1或P2就从导通切换到截止。而且,在端子AG1或端 子AG2的电压即将上升到低电位侧电压Vss时,比较器COM3或COM4 生成从高电平向低电平变化的各输出信号,这样,晶体管N3或N4就 从导通切换到截止。
这里,参照图3来说明连接到高电位侧电压Vdd的比较器COM1、 COM2的一例。
如图3所示,比较器COM1、COM2由一对负载晶体管211、212、 一对输入晶体管213、214、输出晶体管215以及恒流源216、217构 成。其中,负载晶体管211、212和输出晶体管215是P沟道场效应 型,而输入晶体管213、214是N沟道场效应型。输入晶体管213、 214的各门极分别为比较器COM1(COM2)的负输入端(一)、正输入端 (+)的一方,输出晶体管215的漏极为输出端OUT。
在这样的构成中,因为负载晶体管211、212为电流镜象电路, 所以,流入该负载晶体管211、212的各电流值相等。因此,流入输 入晶体管213、214的电流(电压)差值被放大,虽然该差值出现在 端子A,但是,中途接受该差值的晶体管211、212仅仅接受同样的电 流值,所以该差值电流(电压)被放大到次大后,就流入到晶体管215 的门极。
结果,一旦正输入端(+)即晶体管214的门极电流(电压)少 许超过负输入端(-)即晶体管213的门极电流(电压),比较器210 的输出端OUT即晶体管215的漏极电压就大幅度地跳到高电位侧电压 Vdd,否则,就大幅度地跳到高电位侧电压Vss。
按照这样的比较器COM1(COM2),由于把晶体管211、212用作 有源负载,所以,除恒流源216、217之外,可以连一个电阻都不用。 因此,对集成化的情况就极为有利。
如果设Cg为输出晶体管的门极电容量、Iop为比较器的动作电 流,一般来说,用MOS晶体管构成的比较器的响应延迟时间正比于 「Cg/Iop」。也就是说,响应延迟时间与消耗电流大体成反比关系。 在用来自内装发电机的电力驱动的电子表中,发电机的大小受限于电 子表的空间,而得不到大的电力,所以,为确保电能的收支平衡,应 力图使电路的耗电低。即使在构成上述单向性单元的比较器COM1、 COM2中,也必须力图低耗电,把动作电流Iop抑制到最小限度,这就 会使比较器COM1、COM2的响应延迟时间变得特别大。
可是,虽然比较器COM1、COM2输入由电平位移器10、20进行过 电平移动的电压,但是这种构成也可以使图3中的输入晶体管213、 214的阈值电压Vth不同。
具体地说,如果使负输入端(-)侧的晶体管213的阈值电压Vth 比正输入端(+)侧的晶体管214的阈值电压还大,就能够实现与图1 中的电平位移器10、20同等的作用效果。
在这种情况下,为使输入晶体管213、214的阈值电压不同,只 要改变晶体管的大小就可以。具体地说,使输入晶体管213的门极宽 度比输入晶体管214的门极宽度窄就能够提高输入晶体管213的阈值 电压。另外,用渗入杂质等处理方法也能够使输入晶体管213、214 的阈值电压不同。
如图4所示,把同样大小、同样能力的晶体管并联起来也能够实 现与晶体管213或晶体管214等效的电路。也就是说,把同样大小、 同样能力的两个晶体管213A、213B并联起来代替晶体管213;把同 样大小、同样能力的两个晶体管214A、214B、214C并联起来代替晶 体管214。
这样的构成,就能够提高正输入端(+)方差动对晶体管的能力, 如果不使负输入端(-)侧的端电压比正输入端(+)侧的端电压高, 晶体管214A、214B、214C就不成为导通状态,比较器输出就不翻转。
作为比较器中的检出动作,例如,以正输入端(+)侧为基准, 把高电位侧电压Vdd施加于正输入端(+)侧的情况下,仅仅在把比 电压Vdd高出电压α的高位电压VDD+α以上的电压施加于负输入端 (-)侧的情况下,比较器才翻转,并输出“L”电平。
下面参照图5来说明连接在低电位侧电压Vss上的比较器COM3 (COM4)的一例。
如图5所示,比较器COM3(COM4)由一对负载晶体管231、232、 一对输入晶体管233、234、输出晶体管235以及恒流源236、237构 成。其中,负载晶体管231、232和输出晶体管235是N沟道场效应 型,而输入晶体管233、234是P沟道场效应型。输入晶体管233、 234的各门极分别为比较器COM3(COM4)的负输入端(-)、正输入端 (+)的一方,输出晶体管235的源极为输出端OUT。
这样,比较器COM3(COM4)与连接在高电位侧电压Vdd的比较器 COM1(COM2)(参照图3)都是反极性构成。该比较器COM3(COM4) 中,与比较器COM1(COM2)一样,也都使输入晶体管233、234的阈 值电压不同,因此,能够把电平位移器30、40装入到它们内部。
具体地说,如果使负输入端(-)侧的晶体管233的阈值电压大 于正输入端(+)侧的晶体管234的阈值电压,就能够实现与图1中 的电平位移器30、40同等的作用效果。使输入晶体管233、234的阈 值电压不同的方法与比较器COM1(COM2)的情况一样。
[1.3]第一实施例的动作
以下来说明按照本实施例的供电装置的动作。在该例中,各比较 器COM1~COM4的响应延迟时间等于td,设定各电平位移器10~40 的偏置电压Voffset(=数十[mV]),各晶体管P1、P2、N3、N4的管 压降等于Von。
本实施例的供电装置的构成是单向性单元20和U30与单向性单 元U10和U40对称设置。因此,端子AG2的电压高于端子AG1的电压 的情况下的单向性单元U20和U30的动作与端子AG1的电压高于端子 AG2的电压的情况下的单向性单元U10和U40的动作是一样的。因此, 在以下的说明中,仅说明端子AG1的电压高于端子AG2的电压的情 况,因为相反的的情况是同样的,所以省略其说明。
如上所述,根据响应延迟时间来决定偏置电压Voffset。因此,如 果存在偏置电压Voffset低于管压降Von的情况,也存在偏置电压 Voffset高于管压降Von的情况,以下把两种情况分开来说明。
[1.3.1]偏置电压Voffset低于晶体管的管压降Von的情况
首先参照图6来说明Voffset<Von的情况。
图6是偏置电压Voffset低于管压降Von的情况的时序图。
在时刻t1,端子AG1的电压上升到高电位侧电压Vdd,并进一步 上升,一旦在时刻t2上升到Vdd+Voffset,比较器COM1就开始将其 输出信号的电平从高电平变化到低电平的动作。但是,因为在比较器 COM1存在响应延迟时间td,所以,紧接时刻t2之后,输出信号不成 为低电平。因此,端子AG1的电压进一步上升,在时刻t3,达到电压 Vdd+Vf。这样,寄生二极管D1从截止切换到导通。
另一方面,在时刻t1,端子AG2的电压下降到低电位侧电压Vss, 并进一步下降,一旦在时刻t2下降到Vss-Voffset,比较器COM4就 开始将其输出信号的电平从低电平变化到高电平的动作。但是,因为 在比较器COM4存在响应延迟时间td,所以,紧接时刻t2之后,输出 信号不成为高电平。
也就是说,经过时刻t2,端子AG2的电压还进一步下降,在时刻 t3,达到电压Vss-Vf。这样,最初,寄生二极管D4从截止切换到导 通。
结果,从时刻t3开始由寄生二极管D1和寄生二极管D4进行充 电。
这种情况下,形成端子AG1→寄生二极管D1→电容器140→寄生 二极管D4→端子AG2的闭环,充电电流流入电容器140。
此后,从时刻t2到经过响应延迟时间td的时刻t4,比较器COM1 的输出信号从高电平变化到低电平,晶体管P1从截止切换到导通。 这样,端子AG1的电压就下降到电压Vdd+Von。
另一方面,在时刻t4,比较器COM4的输出信号从低电平变化到 高电平,晶体管N4从截止切换到导通。这样,端子AG2的电压就上 升到电压Vss-Von。
因此,从时刻t4开始由晶体管P1和晶体管N4进行充电。这种 情况下,形成端子AG1→晶体管P1→电容器140→晶体管N4→端子AG2 的闭环,充电电流流入电容器140。因为晶体管的导通电阻值比二极 管的导通电阻值小,所以,用晶体管充电就能够流过大的充电电流。 这就是充电电流的波形在时刻t4急剧陡升的原因。
此后,发电机100的电动势开始减少,大约到时刻t5,端子AG1 的电压下降到Vdd+Voffset。这样,比较器COM1开始把其输出信号 从低电平变化到高电平的动作。
但是,由于比较器COM1存在响应延迟时间,所以即使输入的大 小关系翻转,它也不能即刻反映到输出信号。
因此,在从时刻t5经过响应延迟时间到时刻t6的期间内,不相 变的晶体管P1导通。同样,因为在比较器COM4中,从时刻t5到时 刻t6的期间内输出信号是高电平,不相变的晶体管N4导通。
因此,即使从时刻t5到时刻t6的期间内,也用晶体管P1和晶 体管N4进行充电。
此后,一旦到时刻t6,比较器COM1的输出信号就成为高电平, 同时,在比较器COM4中,输出信号成为低电平,所以,晶体管P1和 晶体管N4从导通切换到截止。这样,端子AG1→晶体管P1→电容器 140→晶体管N4→端子AG2的闭环中断,就没有充电电流。
这里,偏置电压Voffset是考虑了比较器COM1、COM4的响应延 迟时间来决定的,所以,端子AG1的电压下降到高电位侧电压Vdd的 同时,在端子AG2的电压上升到低电位侧电压Vss的时刻t7之前能 够确实地中断上述的闭环。换言之,在单向性单元U10~U40中,其 一方的电压低于另一方的电压之前,为了使晶体管P1、P2、N3、N4 截止,预先根据响应延迟时间开始比较器COM1~COM4的比较动作。
[1.3.2]偏置电压高于到晶体管的管压降的情况
下面,参照图7来说明Vf>Voffset>Von的情况。图7是偏置 电压高于到晶体管的管压降的情况的时序图。
[1.3.2.1]从非充电状态向充电状态变化时的动作
如图7所示,在时刻t1,一旦端子AG1的电压上升到高电位侧电 压Vdd,比较器COM1就开始将其输出信号从高电平变化到低电平的动 作。但是,因为在比较器COM1存在响应延迟时间td,所以,输出信 号的电平不从高电平切换到低电平。因此,端子AG1的电压进一步上 升。
另一方面,在时刻t1,一旦端子AG2的电压下降到低电位侧电压 Vss,比较器COM4就开始将其输出信号从低电平变化到高电平的动 作。但是,因为在比较器COM4存在响应延迟时间td,所以,晶体管 N4不立刻从截止切换到导通,所以,端子AG2的电压进一步下降。
在时刻t2,当端子AG1的电压因寄生二极管D1的管压降Vf从高 电位侧电压Vdd达到高位电压Vdd+Vf时,寄生二极管D1导通。这时, 因为端子AG2的电压因寄生二极管D4的管压降Vf从低电位侧电压 Vss达到低位电压Vss-Vf,所以,寄生二极管D4导通。
这样,充电电流在端子AG1→寄生二极管D1→电容器140→寄生 二极管D4→端子AG2构成的闭环内流动。即:寄生二极管D1和D4 与比较器COM1和比较器COM4的动作无关,充电电流能够流入到电容 器140。
因此,在该例中,从非充电状态切换到充电状态时,就进行使用 寄生二极管D1和D4的充电。在端子AG1的电压有缓慢的上升前沿的 情况下,也就是在发电频率低的情况下,或在电压Voffset的值小的 情况下,直到从时刻t1经过响应延迟时间为止,端子AG1的电压不 会高于电压Vdd+Vf。在这样的情况下,就进行使用晶体管P1和N4 的充电。
[1.3.2.2]充电状态的动作
从时刻t1经过响应延迟时间td达到时刻t3时,比较器COM1的 输出信号从高电平变化到低电平,这样,一旦晶体管P1从截止切换 到导通,端子AG1的电压就下降为电压Vdd+Von。另一方面,在时刻 t3,比较器COM4的输出信号从低电平变化到高电平,这样,一旦晶 体管N4从截止切换到导通,端子AG2的电压就上升为电压Vss-Von。 然后,端子AG1的电压一直维持到晶体管P1截止,端子AG2的电压 一直维持到晶体管N4截止。
但是,在从时刻t3到时刻t4期间,充电电流在端子AG1→晶体 管P1→电容器140→晶体管N4→端子AG2构成的闭环内流动,电容器 140充电。
可是,因为晶体管P1和N4的导通电阻值小,所以,电压Von的 值也小。因此,在时刻t3,端子AG1的电压低于电压Vdd+Voffset, 端子AG2的电压高于电压Vss-Voffset。这样,比较器COM1从时刻 t3开始将其输出信号由低电平变化到高电平的动作,另一方面,比较 器COM4开始将其输出信号由高电平变化到低电平的动作。
但是,由于比较器COM1和比较器COM4内存在响应延迟时间,所 以紧接时刻t3之后这些输出信号不变化。
此后,一旦从时刻t3经响应延迟时间td达到时刻t4,比较器 COM1的输出信号成为高电平,晶体管P1从导通切换到截止。另一方 面,在时刻t4,比较器COM4的输出信号成为低电平,晶体管N4从导 通切换到截止。
一旦晶体管P1截止,端子AG1的电压就上升,该电压从高电位 侧电压Vdd因寄生二极管D1的管压降Vf而达到电压Vdd+Vf。这样, 寄生二极管D1就从截止切换为导通。因此,端子AG1的电压此后一 直维持Vdd+Vf到晶体管P1导通为止。
另一方面,在时刻t4,端子AG1的电压下降,从低电位侧电压 Vss因寄生二极管D1的管压降Vf而达到电压Vss-Vf。这样,寄生二 极管D4就从截止切换为导通。因此,端子AG2的电压此后一直维持 电压Vss-Vf到晶体管P1导通为止。
这样,在从时刻t3到时刻t4期间,进行使用寄生二极管D1和 D4的充电,这种情况下,充电电流在端子AG1→寄生二极管D1→电容 器140→寄生二极管D4→端子AG2构成的闭环内流动,使电容器140 充电。
此后,晶体管P1和N4导通、寄生二极管D1和D4截止的第一状 态和寄生二极管D1和D4导通、晶体管P1和N4截止的第二状态交互 重复,使电容器140充电。
[1.3.2.3]从充电状态向非充电状态的切换时的动作
下面来说明从充电状态向非充电状态的切换时的动作。
如图7所示,在时刻t14,端子AG1的电压低于电压Vdd+Vf、同 时端子AG2的电压高于电压Vss-Vf时,寄生二极管D1和D4从导通 切换到截止,以后,维持截止。
因为在时刻t14晶体管P1和N4截止,所以,端子AG1的电压继 续下降,端子AG2的电压继续上升。在时刻t16,晶体管P1和N4再 次导通。但是,因为在时刻t15端子AG1的电压低于电压 Vdd+Voffset,端子AG2的电压高于电压Vss-Voffset,所以,在从 时刻t15经响应延迟时间td的时刻t17,晶体管P1和N4截止。
设定偏置电压Voffset是考虑到上述的响应延迟时间td,使晶体 管P1端子AG1的电压在下降到高电位侧电压Vdd之前截止,而使晶 体管N4在端子AG2的电压在上升到低电位侧电压Vss之前截止。
因此,能够确实地防止使电容器140充电的电流反向流动。
这样,按照第一实施例,生成考虑了比较器COM1~COM4的响应 延迟时间td的偏置电压Voffset,并把电平位移了的电压供给比较器 COM1~COM4的正输入端(+)。由此,在把电容器140的状态从充电 状态切换到非充电状态时,端子AG1的电压下降到高电位侧电压Vdd 情况下,或端子AG2的电压上升到低电位侧电压Vss的情况下,各晶 体管P1、P2、N3、N4必然导通,从而能够确实地防止从电容器140 流出急聚的电流。
结果,能够保护电容器140,而且能够防止由于电流的反向流动 引起的脉冲状噪声叠加在电源电压上,从而能够使负载150稳定地动 作。
在Voffset<Von的条件下,从非充电状态切换到充电装置时, 由于用寄生二极管D1~D4进行充电,所以,能够提高充电效率。另 外,在Voffset>Von的条件下,在充电状态下,由于用寄生二极管 D1~D4的充电和用各晶体管P1、P2、N3、N4的充电交互重复进行, 所以,与不用寄生二极管D1~D4的充电比较,能够把充电效率提高 到2倍。
[1.4]第一实施例的变形例
[1.4.1]第一变形例
在上述的第一实施例的供电装置中,电平位移器10~40分别设 置在比较器COM1~COM4的正输入端(+)侧,但是也可以设置在负输 入端(-)侧。把电平位移器10和20设置在负输入端(-)侧的情况 下,端子AG1、AG2的电压被移向相当于各响应延迟时间td1、td2的 电压Voffset1、Voffset2低位侧,该被位移了的电压被供给到比较 器COM1、COM2的负输入端(-)。把电平位移器30和40设置在负输 入端(-)侧的情况下,端子AG1、AG2的电压被移向相当于各响应延 迟时间td3、td4的电压Voffset3、Voffset4高位侧,该被位移了的 电压被供给到比较器COM3、COM4的负输入端(-)。只要比较器COM1~ COM4考虑了响应延迟时间td1~td4,在端子AG1的电压下降到高电 位侧电压Vdd之前、在端子AG2的电压上升到低电位侧电压Vss之前 中断闭环就行。
[1.4.2]第二变形例
通常,如果设比较器COM1~COM4是同一形式的比较器,因为响 应延迟时间td1~td4大体一样,所以,只要 Voffset1=Voffset2=Voffset3=Voffset4就可以。但是,如果是着 重于整流性能等的情况,也可以个别地设定Voffset1~Voffset4, 使之符合各比较器COM1~COM4的特性。
另外,在图示的例子中,电平位移器10~40对于比较器COM1~ COM4来说是外部电路,也可以内装于比较器COM1~COM4中,并进一 步与晶体管P1、P2、N3、N4一起集成化。
另外,也可以把单向性单元U1~U4集成化为MOS-IC,或把构成 单向性单元U1~U4和负载150的电子电路的至少一部分集成化为 MOS-IC。
这样集成化就能够实现尺寸的小型化。
[1.3.2]第三变形例
为了防止电流的反向流,也可以在端子AG1→晶体管P1→电容器 140→晶体管N4→端子AG2的闭环、端子AG2→晶体管P2→电容器140 →晶体管N3→端子AG1的闭环中中断其一部分。
因此,也可以仅使用电平位移器10和20,而省略电平位移器30 和40,反之,也可以仅使用电平位移器30和40,而省略电平位移器 10和20。
也可以仅使用电平位移器10和30,而省略电平位移器20和40, 反之,也可以仅使用电平位移器20和40,而省略电平位移器10和 30。在比较器COM1~COM4的输入晶体管中,使阈值电压Vth不同的 情况或把电平位移器10~40设置在比较器COM1~COM4的负输入端 (-)侧的情况也都的一样的。
[2]第二实施例
[2.1]第二实施例的构成
下面参照附图来说明按照本发明第二实施例的供电装置的构 成。
图8是按照第二实施例的的供电装置的方框图。
如图8所示,供电装置大体由发电机100、升压电容器130、单 向性单元U50和U60、电容器140以及负载150构成,并能够进行升 压整流。在该例中,把高电位侧电压Vdd作为基准电压(GND)。
首先,在电压V2上升到高电位侧电压Vdd的情况下,单向性单 元U50使电流从端子X1流向端子X2,在电压V2下降到高电位侧电压 Vdd的情况下,没有电流流过。该单向性单元U50把发电机100的电 动势半波整流,并用来使升压电容器130充电。单向性单元U50具有 晶体管P5和寄生二极管D5、比较器COM5和电平位移器50。电平位 移器50使电压V2电平位移到电压Voffset5低电位侧,并产生电压 (V2-Voffset5),然后把该电压供给比较器COM5的负输入端(-)。
假定省略电平位移器50,把电压(V2-Voffset5)直接供给比较 器COM5的负输入端(-),由于比较器COM5的响应延迟时间td5,在 从电压V2下降到高电位侧电压Vdd经响应延迟时间td5的期间内, 电流沿升压电容器130→发电机100→晶体管P5→升压电容器130构 成的闭环反向流动。
为防止电流反向流动,而设置上述的电平位移器50,这时,因为 比较器COM5比较电压(V2-Voffset5)和高电位侧电压Vdd,在电压 V2相对高电位侧电压Vdd处于电压Voffset5高位侧时刻,比较器 COM5开始动作,使其输出信号从低电平切换到高电平。
这里,考虑过响应延迟时间td5来设定电压Voffset5,以使之不 发生电流的反向流动,并把它设定为大约数十[mV]。
因此,在电压V2即将下降到高电位侧电压Vdd之前,比较器COM5 生成从低电平向高电平变化的输出信号,晶体管P5就能够从导通切 换到截止。作为比较器COM5,例如可以使用第一实施例中说明的比较 器COM1(参照图3)。
在电压V1上升到电压V2的情况下,单向性单元U60使电流从端 子X3流向端子X1,在电压V1下降到电压V2的情况下,没有电流流 过。因为该单向性单元U60把升压电容器130和电容器140连接起来, 用来升压的同时,用来对发电机100的电动势进行整流。单向性单元 U60具有晶体管N6和寄生二极管D6、比较器COM6和电平位移器60。 电平位移器60使电压V1电平位移到电压Voffset6低电位侧,并产 生电压(V1-Voffset6),然后把该电压供给比较器COM6的正输入端 (+)。
假定省略电平位移器60,把电压(V1-Voffset6)直接供给比较 器COM6的正输入端(+),由于比较器COM6的响应延迟时间td6,在 从电压V1下降到电压V2经响应延迟时间td6的期间内,晶体管N6 维持导通状态,因此,在该期间内,电流沿升压电容器130→晶体管 N6→电容器140→发电机100→升压电容器130构成的闭环反向流 动。
为防止电流反向流动,而设置上述的电平位移器60,这时,因为 比较器COM6比较电压(V1-Voffset6)和电压V2,在电压V1相对电 压V2处于电压Voffset6高位侧时刻,比较器COM6开始动作,使其 输出信号从高电平切换到低电平。这里,考虑过响应延迟时间td6来 设定电压Voffset6,以使之不发生电流的反向流动。因此,在电压 V1即将下降到电压V2之前,比较器COM6生成从高电平向低电平变化 的输出信号,晶体管N6就能够从导通切换到截止。
[2.2]第二实施例的动作
下面,来说明按照本实施例的供电装置的动作,在该例中,假设 各比较器COM5、COM6的响应延迟时间等于td,各电平位移器50、60 的偏置电压被设定为Voffset,各晶体管P5、N6的管压降等于Von。
如上所述,根据响应延迟时间td来设定偏置电压Voffset。因 此,如果也存在偏置电压Voffset下降到管压降Von的情况,也就存 在偏置电压Voffset上升到管压降Von的情况,但是,在该例中,设 Voffset<Von。图9是偏置电压下降到晶体管的管压降的情况下的电 压V2的波形图。
如图所示,电压V2对应于发电机100的电动势大体呈正弦波变 化。
在这种情况下,在期间TA内,因为电压V2上升到高电位侧电压 Vdd(基准电压GND),所以,单向性单元50进行半波整流,升压电容 器130充电。
另一方面,在期间TB内,单向性单元60进行半波整流,电容器 140被充电。
另外,在期间TB,因为单向性单元60处于连接状态,所以,升 压电容器130的端子间电压与发电机100的电动势相加起来的电压对 电容器140充电。即:进行升压整流。
下面,来说明期间TA内的供电装置的动作。
如图9所示,在时刻t1,电压V2从高电位侧电压Vdd上升到处 于电压Voffset的高位的电压Vdd+Voffset时,比较器COM5开始动 作,使其输出信号从高电平变化到低电平。
但是,因为在比较器COM5内存在响应延迟时间td,所以,输出 信号的电平在紧接时刻t1之后并不向低电平变化。
因此,电压V2进一步上升,在时刻t1′,达到高电位侧电压 Vdd+Vf,这样,寄生二极管D5从截止被切换到导通,这时,充电电 流沿端子X1→寄生二极管D5→端子X2→发电机100→升压电容器130 →端子X1构成的闭环流动,由此,对升压电容器130充电。
此后,从时刻t1经响应延迟时间td达到时刻t2使,比较器COM5 的输出信号从高电平变化到低电平。因此,晶体管P5导通,端子X2 与端子X1经晶体管P5连接起来。由此,电压V2一直下降到高电位 侧电压Vdd+Von。因为晶体管P5的管压降Von比寄生二极管D5的管 压降Vf小,所以,晶体管P5导通时,寄生二极管D5从导通被切换 到截止。
因此,经过时刻t2后,由晶体管P5进行充电。这时,充电电流 沿端子X1→晶体管P5→端子X2→发电机100→升压电容器130→端子 X1构成的闭环流动,由此,对升压电容器130充电。
此后,发电机100的电动势开始减少,大约达到时刻t3时,电 压V2下降到电压Vdd+Voffset。这样,比较器COM5开始使其输出信 号的电平从低电平变化到高电平的动作。
但是,因为在比较器COM5内存在响应延迟时间td,所以,即使 输入的大小关系发生翻转,它也不会即刻被反映到输出信号。
因此,在从时刻t3经响应延迟时间td达到时刻t4的期间内, 晶体管P5导通。所以,即使在从时刻t3到时刻t4的期间内也进行 使用晶体管P5的充电。
而且,当达到时刻t4时,因为比较器COM5的输出信号成为高电 平,所以,端子X1→晶体管P5→端子X2→发电机100→升压电容器 130→端子X1的闭环中断,没有充电电流流过。
这里,偏置电压Voffset是考虑了比较器COM5的响应延迟时间 td来决定的,所以,在电压V2下降到高电位侧电压Vdd的时刻t5 之前,能够确实地中断上述闭环。因此,能够防止电流从升压电容器 130反向流动。
下面,来说明期间TB中的供电装置的动作。
如图9所示,在时刻t6,电压V2从电压V1下降到处于电压 Voffset低位的电压V1-Voffset时,比较器COM6开始动作,使其输 出信号从低电平变化到高电平。但是,因为比较器COM6内存在响应 延迟时间td,所以紧接时刻t6之后,输出信号的电平不变化为高电 平,经过响应延迟时间td达到时刻t7时,输出信号才变化为高电平。 这样,晶体管N6从截止被切换到导通。但是,在时刻t7前的时刻t6 ′,电压V2达到电压V1-Vf,所以,寄生二极管D6导通。
因此,从时刻t6′开始由寄生二极管D6的充电。这时,形成端 子X3→寄生二极管D6→端子X1→升压电容器130→发电机100→电容 器140→端子X3的闭环,电容器140被充电。
一旦达到时刻t7,由于晶体管N6导通,所以,电压V2上升到电 压V1-Von,开始用晶体管N6的充电。这时,形成端子X3→晶体管N6 →端子X1→升压电容器130→发电机100→电容器140→端子X3的闭 环,电容器140被充电。
在由寄生二极管D6充电的情况下,或在由晶体管N6充电的情况 下,电容器140上都不仅施加发电机100的电动势,而且施加该电动 势与升压电容器130的端子间电压相加的电压。这样,能够进行升压 整流,而提高电容器140的电压。
此后,发电机100的电动势开始减少,大约达到时刻t8时,电 压V2上升到Vss-Voffset,这样,比较器COM6开始使其输出信号从 高电平向低电平变化的动作;但是,经过响应延迟时间td之前,输 出信号的电平不变化。
因此,在从时刻t8经过响应延迟时间td达到时刻t9的期间内, 晶体管N6导通,因此,即使在从时刻t8到时刻t9的期间内也进行 由晶体管N6的充电。
而且,一旦达到时刻t9,由于晶体管N6导通,所以,端子X3 →晶体管N6→端子X1→升压电容器130→发电机100→电容器140→ 端子X3的闭环被中断,没有充电电流流过。
这里,偏置电压Voffset是考虑了比较器COM6的响应延迟时间 td来决定的,所以,在电压V2上升到低电位侧电压Vss的时刻t10 之前,能够确实地中断上述闭环。因此,能够防止电流从电容器140 反向流动。
这样,按照第二实施例,产生考虑了比较器COM5和COM6的响应 延迟时间td的偏置电压Voffset,并把经电平位移的电压供给比较器 COM5和COM6。
因此,在使升压电容器130的状态从充电状态切换到非充电状态 时,能够在高电位侧电压Vdd低于电压V2之前确实地使晶体管P5截 止,并能防止从辅助电容器140流出急聚的电流,从而能够保护电容 器140。
另外,在把电容器140的状态从充电状态切换到非充电状态时, 能够在电压V1上升到电压V2之前确实地使晶体管N6截止,并能防 止从辅助电容器140流出急聚的电流。
结果,能够保护电容器140,还能够防止由于电流的反向流动而 使脉冲状噪声叠加在电源电压上,从而能够使负载150稳定地动作。
[2.3]第二实施例的变形例
[2.3.1]第一变形例
在上述的第二实施例的供电装置中,电平位移器50设置在比较 器COM5的负输入端(-)侧,但是,也可以设置在正输入端(+)侧。 这种情况下,高电位侧电压Vdd被电平位移到相当于各响应延迟时间 td的电压Voffset5高位侧,被电平位移了的该电压供给比较器COM5 的正输入端(+)。电平位移器60设置在比较器COM6的正输入端(+) 侧,但是,也可以设置在负输入端(-)侧。这种情况下,电压V2被 电平位移到相当于各响应延迟时间td的电压Voffset6高位侧,被电 平位移了的该电压供给比较器COM6的负输入端(-)。
[2.3.2]第二变形例
通常,如果设比较器COM5、COM6是同一形式的比较器,因为响 应延迟时间td5、td6大体一样,所以,只要Voffset5=Voffset6就 可以。但是,如果是着重于整流性能等的情况,也可以个别地设定 Voffset5、Voffset6,使之符合各比较器COM5、COM6的特性。
另外,在图示的例子中,电平位移器50、60对于比较器COM1~ COM4来说是外部电路,也可以内装于比较器COM1~COM4中,并进一 步与晶体管P5、N6一起集成化。这样集成化就能够实现尺寸的小型 化。
另外,也可以把单向性单元U5、U6集成化为MOS-IC,或把构成 单向性单元U5、U6和负载150的电子电路的至少一部分集成化为 MOS-IC。
[3]第三实施例
下面参照附图来说明按照本发明第三实施例的供电装置的构 成。
图10是按照第三实施例的供电装置的方框图。
按照第三实施例的供电装置除用缓冲存储器31来替代比较器 COM3以及用缓冲存储器41来替代比较器COM4之外,其构成与图1 所示的第一实施例的构成一样。
首先,把端子AG2的电压供给缓冲存储器31的输入端,其输出 信号就被供给到晶体管N3的门极。因此,端子AG2的电压上升到缓 冲存储器31的阈值电压时,晶体管N3导通。
然后,把端子AG1的电压供给缓冲存储器41的输入端,其输出 信号就被供给到晶体管N4的门极。因此,端子AG1的电压上升到缓 冲存储器41的阈值电压时,晶体管N4导通。
这里,把缓冲存储器31和缓冲存储器41的阈值电压设定为 (Vdd+Vss)/2,因此,端子AG1的电压上升到端子AG2的电压时, 晶体管N3截止,同时晶体管N4导通。
相反,端子AG2的电压上升到端子AG1的电压时,晶体管N3导 通,同时晶体管N4截止。
即:发电机100产生电动势时,晶体管N3和晶体管N4交互地重 复导通/截止。
另一方面,单向性单元U10、U20的动作与上述的实施例一样。
因此,端子AG1的电压上升到高电位侧电压Vdd时,形成端子AG1 →晶体管P1→电容器140→晶体管N4→端子AG2的闭环;端子AG2 的电压上升到高电位侧电压Vdd时,形成端子AG2→晶体管P2→电容 器140→晶体管N3→端子AG1的闭环。这些闭环使电容器140充电。
这种情况下,虽然在比较器COM1和COM2中存在响应延迟时间td, 但是,与第一实施例一样,考虑了该响应延迟时间td后,电平位移器 10和20把偏置电压加到各比较器COM1和COM2。
这样,比较器COM1从端子AG1的电压上升到高电位侧电压Vdd 之前就开始把晶体管P1从导通切换到截止的动作,比较器COM2从端 子AG2的电压下降到高电位侧电压Vdd之前就开始把晶体管P2从导 通切换到截止的动作。
因此,在把电容器140的状态从充电状态切换到非充电状态时, 必然使各晶体管P1、P2截止,从而能够确实地防止急聚的电流从电 容器140中流出。
结果,能够保护电容器140,另外,能够防止由于电流的反向流 动引起的脉冲状噪声叠加在电源电压上,从而能够使负载150稳定地 动作。
[4]第四实施例
下面来说明适用本发明的供电装置的电子机器的一例的电子表 (手表)。
图11是该电子表的概略构成图。如该图所示,手表中所适宜使 用的发电机100设置有卷绕线圈110的定子112和2极磁化的盘状转 子114,当戴着手表的用户摆动手时,摆锤116转动,该运动由轮系 机构118使转子114转动。
因此,按照这样的发电机100,摆锤116的转动就在位于线圈110 的两端的端子AG1、AG2之间产生交流电动势。
而且,由发电机100所发出的交流电力由充电电路进行全波整, 流并对辅助电容器160进行充电的同时,供给处理器600。
处理器600用辅助电容器160中充电的电力或由供电电路500全 波整流的电力来驱动计时装置151。
计时装置151由晶体振荡器或计数电路、步进电路等构成,计数 电路对晶体振荡器生成的时钟信号进行分频,根据分频结果进行计 时,同时驱动步进电机,并且显示时刻等。
图12是该电子表的电气结构方框图。
如图12所示,该电子表使用如上述第一实施例那样的供电装置, 另外,该电子表的供电装置500设置有升压电路300。
该升压电路300根据需要使电容器140的充电电压升压,并对辅 助电容器160充电,作为电源供给该电子表的负载即处理器600和比 较器CO同~COM4。具体地说,当低位侧电压Vss和作为基准电位的 高电位侧电压Vdd的线间电压(绝对值)所示的电源电压降低到电路 各部分能动作的电压下限值(或其近似值)时,升压电路300使升压 倍数提高一级。相反,当上升到电压上限值(或其近似值)时,升压 倍数降低一级。
因此,即使在电容器140的充电不充分的情况下,因为电源电压 Vss被维持在可动作的电压范围内,所以,也能够由比较器COM1~ COM4控制晶体管P1、P2、N3、N4,从而能够对小幅度交流电压进行 整流。
另外,在电容器140的充电不充分时,即使因升压而使比较器 COM1~COM4不动作的情况下,由寄生二极管D1~D4构成的二极管桥 式整流也能够使电容器140充电。
对于该电子表来说,也可以使用上述第二实施例或第三实施例的 供电装置。
[5]第一实施例~第四实施例的变形例
本发明并不仅仅局限于上述实施例,例如以下所述的各种变形例 都是可行的。
[5.1]第一变形例
在上述的第一实施例~第四实施例中,虽然晶体管P1、P2、N3、 N4、P5、N6都是N沟道场效应型或P沟道场效应型,但是也可以使用 NPN型或PNP型双极晶体管。可是,在双极晶体管中,因为发射极/ 集电极间的饱和电压通常大约为0.3V,所以,在发电机100的电动势 小的情况下,如上所述,最好采用场效应型。
虽然晶体管P1、P2、N3、N4、P5、N6产生寄生二极管D1~D6, 但是在不产生这些寄生二极管的情况下,也可以另外把二极管与各晶 体管并列设置。
在各实施例中,虽然充电的主体是电容器140,当然,只要能够 蓄存电力就可以,例如也可以是二次电池。
[5.2]第二变形例
作为发电机100,除图11所示的之外,也可以是例如由发条等的 复原力产生旋转运动,并由该旋转运动产生电动势的发电机,或者也 可以是对压电体施加外部或内激励的振动或变位,由此压电效果产生 电力的发电机。只要能够产生交流电力,不管其形式如何都可以。
[5.3]第三变形例
作为如上述第一实施例~第四实施例的供电装置所适用的电子 机器,除上述的电子表之外还有例如液晶电视、磁带录象机、笔记本 式个人计算机、携带式电话、PDA(个人数字信息终端)、台式电子计 算机等便携式电子机器。
只要是消耗电力的便携式电子机器,都能够适用。而且,在这样 的便携式电子机器中,即使没有电容器或二次电池等蓄存电力的元 件,也能够驱动电子电路系统或机械结构系统运行,所以,何时何地 都能够使用,同时,无须更换电池,也就不会发生伴随电池废弃所产 生的问题。
[5.4]第四变形例
在上述的第一实施例~第四实施例中,单向性单元U10~U60使 用的比较器COM1~COM6都具有偏置电压,从而能够防止电流从电容 器140反向流动,但是本发明并不局限于此,单向性单元U10~U60 中,也可以通过切换两个偏置电压来控制各晶体管P1、P2、N3、N4、 P5、N6的通/断。
图13是使用两个偏置电压的单向性单元的构成例的电路图。如 该图所示,单向性单元由比较器COM71、COM72、电平位移器73、74、 倒向器75、SR触发器76和P沟道晶体管76构成。
这里,电平位移器73把将高电位侧电压Vdd电平位移到电压Va 高位侧的电压供给比较器COM71的正输入端,电平位移器74把将高 电位侧电压Vdd电平位移到电压Vb高位侧的电压供给比较器COM72 的正输入端。把晶体管77的管压降设为Von时,设定Von>Vb>Va。
图14是图13所示的单向性单元的动作的时序图。
一旦端子AG1的电压在时刻t1上升到电压Vdd,在从时刻t1经 过响应延迟时间td达到时刻t2时,比较器COM71的输出信号从高电 平变化到低电平。这里,因为设定Vb>Va,所以在比较器COM72的输 出信号变化之前,比较器COM71的输出信号从高电平变化到低电平。
比较器COM71的输出信号经倒向器75供给SR触发器76的设定 端,所以,能够使晶体管P1从时刻t1开始导通。
此后,在时刻t3,端子AG1的电压下降到电压Vdd+Vb时,在经过 响应延迟时间的时刻t4,比较器COM72的输出信号从低电平变化到高 电平。比较器COM72的输出信号供给到SR触发器76的复位端,所以 能够使晶体管P1从时刻t4开始截止。
因此,按照该例,由于从非充电状态切换到充电状态时的偏置电 压Va与从充电状态切换到非充电状态时的偏置电压Vb不同,所以, 能够加长电容器140的充电期间而提高充电效率的同时,能够防止电 流的反向流动。
如果考虑到从时刻t1到时刻t2的响应延迟时间td,COM71的偏 置电压Va也可以是0[V],这种情况下,晶体管77的导通时间就长, 从而进一步提高充电效率。
[6]第一实施例~第四实施例的效果
如以上说明,按照第一实施例~第四实施例,因为比较器(比较 装置)根据响应延迟时间仅偏置预先设定两方端子电压中的至少一方 端子电压,进行比较,所以,能够使对应于一方端子电压下降到另一 方端子电压之前的晶体管(开关装置)截止。因此,能够防止电流流 过单向性单元。
结果,就没有急聚的电流流过蓄电器,从而能够保护蓄电器,而 且,因为能够除去电流的反向流动所引起的重叠在电源电压上的脉冲 状噪声,所以能够使连接在供电装置上的负载稳定地动作。
[7]第五实施例(~第七实施例)的适用技术领域
这里,为了有助于以下说明的第五实施例(~第七实施例)的理 解,参照附图来说明第五实施例(~第七实施例)的适用技术领域。
图28表示的是第五实施例(~第七实施例)适用的技术领域即 使用全波整流电路的供电装置的电路图。
如图28所示,发电机100的一方端子AG1经过P沟道场效应晶 体管P1,另一方端子AG2经过晶体管P2分别连接到电源的高电位侧 电压Vdd。端子AG1和另一方端子AG2还分别经过N沟道场效应晶体 管N3和晶体管N4连接到电源的低电位侧电压Vss。
比较器COM1、COM2的输出信号分别供给晶体管P1、P2的各自的 门极,晶体管N3的门极还被连接到端子AG2,晶体管N4的门极还被 连接到端子AG1。
经过整流的电流对大容量电容器140充电,并作为负载150的电 源,负载150在相应的电子机器中执行各种处理。
在这种构成中,端子AG1的电压因发电而上升到高电位侧电压 Vdd时,比较器COM1的输出电压成为低电平,晶体管P1导通。当端 子AG1的电压上升到晶体管N4的阈值电压时,晶体管N4导通。这样, 电流就沿端子AG1→晶体管P1→大容量电容器140→晶体管N4→端子 AG2构成的闭环流动,结果,大容量电容器140被充电。
另一方面,端子AG2的电压电平上升到高电位侧电压Vdd时,晶 体管P2和晶体管N3导通。这样,电流就沿端子AG2→晶体管P2→大 容量电容器140→晶体管N3→端子AG1构成的闭环流动,结果,大容 量电容器140被充电。
因此,在端子AG1、AG2之间产生的交流电力被全波整流,但是, 因为不存在全波整流时的电压降,所以,即使在发电机发出小幅度的 交流电压的情况下,被充了电的容量电容器140或整流过的电流也能 够直接驱动负载150动作。
可是,在比较器COM1、COM2中,从供给到正负端子的电压的大 小关系翻转直到该结果反映到输出信号会产生响应延迟时间。
因此,在本来应截止的期间内整流用的晶体管导通了,在应导通 的期间内整流用的晶体管截止了。图29是说明伴随比较器的延迟时 间而生的整流效率降低的时序图。在该例中,比较器的输出信号从低 电平变化到高电平时所产生的响应延迟时间表示为td1,使其输出信 号从高电平变化到低电平时所产生的响应延迟时间表示为td2。
如图29所示,端子AG1的电压逐渐下降,一旦在时刻t1达到高 电位侧电压Vdd,比较器COM1就从时刻t1开始使其输出信号从低电 平变化到高电平的动作。但是,因为比较器COM1存在响应延迟时间 td1,所以,紧接时刻t1之后输出信号电平并不变化,从时刻t1经 响应延迟时间td1达到时刻t3时,比较器COM1的输出信号才从低电 平变化到高电平。因此,在时刻t3,晶体管P1截止。
另一方面,端子AG2的电压逐渐上升,一旦在时刻t2达到高电 位侧电压Vdd,比较器COM2就从时刻t2开始使其输出信号从高电平 变化到低电平的动作,从时刻t2经响应延迟时间td2达到时刻t4时, 比较器COM2的输出信号从高电平变化到低电平,晶体管P2导通。
这样,如果比较器COM1、COM2的响应延迟时间td1、td2长,对 于发电机100的电动势的相位来说,晶体管P1、P2、N3、N4导通/ 截止而使大容量电容器140充电的定时对发电机100的电动势的定时 就晚。只有在发电机100的电动势的幅度高于高电位侧电压Vdd与低 电位侧电压Vss之间的电位差期间才能够对大容量电容器140充电, 所以,如果晶体管P1、P2、N3、N4导通/截止的定时晚,能充电的时 间就短。具体地说,图29中用斜线表示的部分内,不进行整流,所 以,整流效率低。
另一方面,如果比较器COM1、COM2的动作电流大,响应延迟时 间就短,但是,这样来进行设定时,比较器COM1、COM2本身要耗电, 供电装置的效率就低。
因此,本第五实施例就是针对上述的问题,来改善整流效率。
[7.2]第五实施例的构成
图17是按照第五实施例的供电装置的构成电路图。
如图17所示,按照本实施例的供电装置在比较器COM1、COM2与 晶体管P1、P2之间设置或电路11、12;设置发电电压检测电路21、 22;以及与各晶体管P1、P2、N3、N4并联设置寄生二极管D1~D4。 上述三点不同于图28所示的供电装置。
发电电压检测电路21把端子AG2的电压与预定的阈值电压Vth21 相比较,在端子AG2的电压高于阈值电压Vth21的情况下,生成成为 高电平的信号,低于阈值电压Vth21的情况下,生成成为低电平的信 号。
另一方面,与发电电压检测电路21一样,发电电压检测电路22 把端子AG1的电压与预定的阈值电压Vth22相比较,在端子AG2的电 压高于阈值电压Vth22的情况下,生成成为高电平的信号,低于阈值 电压Vth21的情况下,生成成为低电平的信号。
这里,图18表示了发电电压检测电路21(22)的一构成例。
如图18所示,恒流源211连接在高电位侧电压Vdd与N沟道晶 体管212的漏极之间,晶体管212的源极连接低电位侧电压Vss。因 此,晶体管212的阈值电压Vth21(Vth22)根据从恒流源211供给 的电流和晶体管212的大小来决定,后面将描述应设定的阈值电压 Vth21(Vth22)的值。
在发电检测电路21(22)中,输入信号即端子AG2(AG1)的电 压高于阈值电压Vth21(Vth22)时,晶体管212导通,晶体管212 的漏极电压成为低电平。相反,输入信号即端子AG2(AG1)的电压低 于阈值电压Vth21(Vth22)时,晶体管212的漏极电压成为低电平。 晶体管212和恒流源211构成倒相器,晶体管212的输出信号经倒相 器213输出,即:发电检测电路21(22)在输入电压高于阈值电压 Vth21(Vth22)时生成成为高电平的信号,在低于阈值电压Vth21 (Vth22)时生成成为低电平的信号。恒流源211也可以由耗尽型晶 体管或电流镜象电路来构成,也可以把电阻元件与P沟道晶体管组合 起来代替恒流源211,构成晶体管212和倒相器。
然后,或电路11计算出发电检测电路21的输出信号与比较器 COM1的输出信号的逻辑和,并供给到晶体管P1的门极。因此,在端 子AG2的电压高于阈值电压Vth21时,不管比较器COM1的输出信号 电平如何,或电路11的输出信号都成为高电平,或电路12也进行与 或电路11同样的动作。
可是,在图28所示的供电装置中,因比较器COM1、COM2的应答 延迟会使整流效率降低,这是因为在本来晶体管P1、P2应截止期间 却导通了的缘故。
例如,在从图29所示的时刻t1到时刻t3的期间,因为晶体管 P1导通,所以,端子AG1的电压被固定于高电位侧电压Vdd。但是, 着眼于该期间内的端子AG2的电压时,该电压从低电压向高电压变 化。
因此,连接到一方端子AG1的晶体管P1导通时,如果参照另一 方的端子AG2的电压,能够检测到发电机100的电动势的变化(相 位),另外,如果再根据检测结果来控制晶体管P1的导通,就能够根 据么电机100的电动势的变化来控制向大容量电容器140的充电。
上述的发电电压检测电路21、22和或电路11、12就是因此而设 置的,当连接到一方端子的晶体管导通时,通过把另一方端子的电压 与预定的阈值电压Vth21、Vth22相比较,来检测出发电机100的电 动势不能对大容量电容器140充电,并根据该检测结果来强行使一方 晶体管截止。
因此,决定阈值电压Vth21、Vth22,以使能够检测到发电机100 的电动势不能对大容量电容器140充电。具体地说,至少在从低电位 侧电压Vss到高电位侧电压Vdd期间来设定阈值电压Vth21、Vth22。
然后,在把各晶体管P1、P2、N3、N4集成化时把寄生二极管D1~ D4作入其中。这种情况下,由于晶体管P1、P2的本体连接到高电位 侧电压Vdd,所以,晶体管P1、P2的寄生二极管D1、D2按线所示的 方向产生。由于晶体管N3、N4的本体连接到低电位侧电压Vss,所以, 晶体管N3、N4的寄生二极管D3、D4按虚线所示的方向产生。因此, 各寄生二极管D1~D4的方向与在各晶体管导通的状态下电流流过晶 体管的方向一致。在该例中,用Vf来表示各寄生二极管D1~D4的管 压降。这里,当端子AG1的电压超过Vdd+Vf时,寄生二极管D1成为 导通状态,电流从端子AG1流到大容量电容器140。因此,即使比较 器COM1、COM2中存在大的响应延迟时间,也能由寄生二极管来进行 整流。
当充电电流流过寄生二极管D1~D4时,寄生二极管导通,就有 可能引起CMOS LSI中所特有的现象即锁定现象。但是,通过防护带 或沟道分离等集成电路技术完全能够防止锁定现象的发生。
[7.3]第五实施例的动作
下面来说明按照本实施例的供电装置的动作。图19是按照本实 施例的供电装置的时序图,图20(a)、(b)是处理流程。
首先,比较器COM1判别端子AG1的电压是否高于高电位侧电压 Vdd+偏置电压Voffset(步骤S11)。
在步骤S11的判别中,当端子AG1的电压高于高电位侧电压Vdd+ 偏置电压Voffset时(步骤S11:是),比较器COM1开始将其输出信 号从高电平切换到低电平的动作,经过响应延迟时间后,输出信号被 切换到低电平。
接着,发电检测电路21判别端子AG2的电压是否低于阈值电压 Vth21(步骤S12)。
在步骤S12的判别中,在端子AG2的电压低于阈值电压Vth21的 情况下,(步骤S12:是),发电检测电路21生成成为低电平的信号, 晶体管P1导通(步骤S13)。
在步骤S11的判别中,当端子AG1的电压低于高电位侧电压Vdd+ 偏置电压Voffset时(步骤S11:否),比较器COM1开始将其输出信 号从低电平切换到高电平的动作,经过响应延迟时间后,输出信号被 切换到高电平,晶体管P1截止(步骤S14)。因此,即使在本来由于 响应延迟时间使晶体管P1应截止的期间Ta内,比较器COM1的输出 信号也成为低电平。
同样,比较器COM2判别端子AG2的电压是否高于高电位侧电压 Vdd+偏置电压Voffset(步骤S21)。
在步骤S21中,在端子AG2的电压高于高电位侧电压Vdd+偏置电 压Voffset时(步骤S21:是),比较器COM2开始将其输出信号从高 电平切换到低电平的动作,经过响应延迟时间后,输出信号被切换到 低电平。
接着,发电检测电路22判别端子AG1的电压是否低于阈值电压 Vth22(步骤S22)。
在步骤S22的判别中,在端子AG1的电压低于阈值电压Vth22的 情况下,(步骤S22:是),发电检测电路22生成成为低电平的信号, 晶体管P2导通(步骤S23)。
在步骤S21的判别中,当端子AG2的电压低于高电位侧电压Vdd+ 偏置电压Voffset时(步骤S21:否),比较器COM2开始将其输出信 号从低电平切换到高电平的动作,经过响应延迟时间后,输出信号被 切换到高电平,晶体管P2截止(步骤S24)。因此,即使在本来由于 响应延迟时间使晶体管P2应截止的期间Tb内,比较器COM2的输出 信号也成为低电平。
另一方面,当端子AG2的电压高于阈值电压Vth21的情况下,(端 子AG2的电压与低电位侧电压Vss的电位差超过阈值电压Vth的情况 下),发电电压检测电路21的输出信号成为高电平。
这里,阈值电压Vth21被设定在从低电位侧电压Vss到高电位侧 电压Vdd之间。因此,发电电压检测电路21的输出信号从低电平变 成为高电平而强行使晶体管P1截止是发生在端子AG2的电压上升到 低电位侧电压Vss之后。因为端子AG2的电压低于低电位侧电压Vss 期间是发电机100的电动势能使充电电流流入大容量电容器140的期 间,所以,在该期间最好不强行使晶体管P1截止。因此,阈值电压 Vth21被设定得高于低电位侧电压Vss,所以,不会招致那种不合适 的情况发生。
因为晶体管P1由或电路11的输出信号来控制其导通/截止,所 以,即使在本来应使晶体管P1截止的期间Ta内,比较器COM1的输 出信号成为低电平,发电电压检测电路21的输出信号在时刻t1(t3) 成为低电平以后,也能够强行使晶体管P1截止。因此,通过使晶体 管P1截止就能够缩短端子AG1的电压与高电位侧电压Vdd一致的期 间。这样,端子AG1的电压就按与其上升沿斜率大体相等的斜率下跳, 端子AG1的电压波形成为对称波形。
发电电压检测电路21、比较器COM1、或电路11、晶体管P1与发 电电压检测电路22、比较器COM2、或电路12、晶体管P2对称构成。
因此,与上述的情况一样,即使在本来应使晶体管P2截止的期 间Tb内,比较器COM2的输出信号成为低电平,发电电压检测电路22 的输出信号也成为高电平。
因此,时刻t2后,能够强行使晶体管P2截止,通过使晶体管P2 导通就能缩短端子AG2的电压与高电位侧电压Vdd一致的期间。
这样,端子AG2的电压就按与其上升沿斜率大体相等的斜率下 跳,端子AG2的电压波形成为对称波形。
在晶体管P1导通期间,电流就沿端子AG1→晶体管P1→大容量 电容器140→晶体管N4→端子AG2形成的闭环充电;另一方面,在晶 体管P2导通期间,电流就沿端子AG2→晶体管P2→大容量电容器140 →晶体管N3→端子AG1形成的闭环充电。这种情况下,对于发电机 100的电动势(相位),就能够按短的响应延迟时间控制对大容量电容 器140的充电。
这样,按照第五实施例,着眼于与连接晶体管P1(P2)的一方端 子AG1(AG2)相反的另一方端子AG2(AG1),并通过将其电压与阈值 电压Vth21(Vth22)相比较,来检测出本来应使晶体管P1(P2)截 止的期间,并根据检测结果强行使晶体管P1(P2)截止。因此,即使 使用响应延迟时间长换言之耗电少的比较器COM1(COM2),也能够以 高的整流效率来进行全波整流。因此,既能够减少比较器COM1(COM2) 耗电又能够提高整流效率,从而能够大幅度地提高供电装置的性能。
[8]第六实施例
[8.1]第六实施例的构成
下面参照附图来说明按照本发明的第六实施例的供电装置的构 成。
图21是按照第六实施例的供电装置的方框图。
按照第六实施例的供电装置设置有比较器COM3、COM4,用它们的 输出信号为控制晶体管N3、N4的导通/截止;代替发电电压检测电路 21、22,把比较器COM4、COM3的各输出信号经倒相器32、31供给电 路11、12。除以上两点之外,其构成与图17所示的第五实施例的供 电装置是一样的。
首先,比较器COM3的正输入端连接在低电位侧电压Vss上,负 输入端连接到端子AG1,当端子AG1的电压高于低电位侧电压Vss-偏 置电压Voffset时,其输出信号成为高电平,因此,晶体管N3导通。
比较器COM4的正输入端连接在低电位侧电压Vss上,负输入端 连接到端子AG2,当端子AG2的电压高于低电位侧电压Vss-偏置电压 Voffset时,其输出信号成为高电平,因此,晶体管N4导通。
比较器COM3和比较器COM4的具体电路构成与第五实施例的情况 一样。
这里,比较器COM3的动作电流被设定得比比较器COM2的动作电 流大,能够高速动作。因此,比较器COM3的响应延迟时间比比较器 COM2的响应延迟时间短。
比较器COM4也一样,其动作电流被设定得比比较器COM1的动作 电流大,因此,比较器COM4的响应延迟时间比比较器COM1的响应延 迟时间短。
因此,比较器COM4(COM3)能够比比较器COM1(COM2)更快地 检测出应使晶体管P1(P2)截止的期间。因此,在第六实施例中,把 比较器COM4(COM3)的输出信号经倒相器32(31)供给或电路11(12), 由此来强行使晶体管P1(P2)截止。这样,响应延迟时间短的比较器 COM4(COM3)能够补偿响应延迟时间长的比较器COM1(COM2)的动 作,并能够对发电机100的电动势的变化以短的延迟时间来控制各P1 晶体管P1、P2、N3、N4。
[8.2]第六实施例的动作
下面来说明按照本实施例的供电装置的动作。图22是按照第六 实施例的供电装置的时序图,图23(a)、(b)是处理流程。
因为减少了耗电,所以比较器COM1、COM2的响应延迟时间比较 长。因此,即使在本来应使晶体管P1、P2截止的期间Ta、Tb内,比 较器COM1、COM2的输出信号也成为低电平。
另一方面,因为比较器COM3、COM4的动作电流比较大,所以比 较器COM3、COM4的响应延迟时间比较短。因此,在端子AG1的电压 低于低电位侧电压Vss-偏置电压Voffset期间,比较器COM3的输出 信号成为高电平;在端子AG2的电压低于低电位侧电压Vss-偏置电压 Voffset期间,比较器COM4的输出信号成为高电平。
因为计算出倒向器32把比较器COM4的输出信号翻转了的信号与 比较器COM1的输出信号的逻辑和之后才提供或电路11的输出信号, 所以,比较器COM1的输出信号在因其响应延迟时间而成为低电平期 间Ta内成为高电平,因此,晶体管P1在相应的期间Ta内不管比较 器COM1的输出信号如何都被强行截止。
同样,因为计算出倒向器32把比较器COM4的输出信号翻转了的 信号与比较器COM2的输出信号的逻辑和之后才提供或电路12的输出 信号,所以,比较器COM2的输出信号在因其响应延迟时间而成为低 电平期间Tb内成为高电平,因此,晶体管P2在相应的期间Tb内不 管比较器COM2的输出信号如何都被强行截止。
也就是说,比较器COM1判别端子AG1的电压是否高于高电位侧 电压Vdd+偏置电压Voffset(步骤S31)。
在步骤S31的判别中,如果端子AG1的电压低于高电位侧电压 Vdd+偏置电压Voffset(步骤S31:否),基于比较器COM1的输出信 号,使晶体管P1截止(或维持截止状态)(步骤S34)。
在步骤S31的判别中,如果端子AG1的电压高于高电位侧电压 Vdd+偏置电压Voffset(步骤S31:是),比较器COM4判别端子AG2 的电压是否高于低电位侧电压Vss-偏置电压Voffset(步骤S32)。
在步骤S32的判别中,如果端子AG2的电压低于低电位侧电压 Vss-偏置电压Voffset(步骤S32:否),基于比较器COM4的输出信 号,使晶体管P1截止(或维持截止状态)(步骤S34)。
在步骤S32的判别中,如果端子AG2的电压高于低电位侧电压 Vss-偏置电压Voffset(步骤S32:是),基于比较器COM4的输出信 号,使晶体管P1导通(步骤S33)。
同样,比较器COM2判别端子AG2的电压是否高于高电位侧电压 Vdd+偏置电压Voffset(步骤S41)。
在步骤S41的判别中,如果端子AG2的电压低于高电位侧电压 Vdd+偏置电压Voffset(步骤S41:否),基于比较器COM2的输出信 号,使晶体管P1截止(或维持截止状态)(步骤S44)。
在步骤S41的判别中,如果端子AG2的电压高于高电位侧电压 Vdd+偏置电压Voffset(步骤S41:是),比较器COM3判别端子AG1 的电压是否高于低电位侧电压Vss-偏置电压Voffset(步骤S42)。
在步骤S42的判别中,如果端子AG1的电压低于低电位侧电压 Vss-偏置电压Voffset(步骤S42:否),基于比较器COM3的输出信 号,使晶体管P2截止(或维持截止状态)(步骤S44)。
在步骤S42的判别中,如果端子AG1的电压高于低电位侧电压 Vss-偏置电压Voffset(步骤S42:是),基于比较器COM3的输出信 号,使晶体管P2导通(步骤S43)。
结果,在端子AG1的电压高于高电位侧电压Vdd+偏置电压 Voffset且端子AG2的电压低于低电位侧电压Vss-偏置电压Voffset 期间,电流沿端子AG1→晶体管P1→大容量电容器140→晶体管N4→ 端子AG2形成的闭环流动。这样,大容量电容器140就被充电。
在端子AG2的电压高于高电位侧电压Vdd+偏置电压Voffset且 端子AG1的电压低于低电位侧电压Vss-偏置电压Voffset期间,电 流沿端子AG2→晶体管P2→大容量电容器140→晶体管N3→端子AG1 形成的闭环流动。这样,大容量电容器140就被充电。
这样,按照第六实施例,使用高速的比较器COM3、COM4的输出 信号实质上能够缩短减少了耗电的比较器COM1、COM2所产生的响应 延迟时间,所以,既能够减少耗电又能够提高整流效率,从而能够大 幅度地提高供电装置的性能。
[9]第七实施例
下面来说明适用本发明的供电装置的电子机器的一个例子即电 子表(手表)。
因为该电子表的概略构成与图11所示的电子表一样,所以省略 其详细说明。
图24是电子表的概略构成图。如该图所示,该电子表使用按照 上述第一实施例的供电装置,另外。该电子表的供电装置500设置有 升压电路300。
该升压电路300根据需要使大容量电容器140的充电电压升压, 并对辅助电容器160充电,作为电源供给该电子表的负载即处理器 600、比较器COM1、COM2、发电电压检测电路21、22等电路各部。 具体地说,当低电位侧电压Vss和作为基准电压的高电位侧电压Vdd 的线间电压(绝对值)所表示的电源电压降低到能使电路各部动作的 电压下限值(或其附近)时,升压电路300使升压倍数升一级,另一 方面,当上升到电压上限值(或其附近)时,使升压倍数下降一级。
因此,即使在大容量电容器140的充电不充分的情况下,辅助电 容器160也能把电源电压Vss维持在可动作的电压范围内,所以,就 能够使由比较器COM1、COM2和发电电压检测电路21、22进行的晶体 管P1、P2的控制成为可能,也使小幅度的交流电压的整流成为可能。
另外,在有大容量电容器140蓄电不充分的情况下,即使在由于 升压而使比较器COM1、COM2不动作的情况下,由寄生二极管D1~D4 构成的二极管桥式整流也能够把电容器140充电。
当然,也能够适用按照第五实施例的供电装置。
[10]第五实施例~第七实施例的变形例
在第五实施例~第七实施例中,下述的各种变形是可能的。
[10.1]第一变形例
图25是第一变形例的电路构成图。
在上述第五实施例的供电装置中,把比较器COM1、COM2连接到 高电位侧电压Vdd上,但是也可以将其连接到低电位侧电压Vss上。 这种情况下,也可以如图25所示的那样来构成供电装置。这里,当 端子AG2(AG1)的电压低于阈值电压Vth时,发电检测电路21(22) 生成成为低电平的信号,高于阈值电压Vth时,发电检测电路21(22) 生成成为高电平的信号。因此,即使比较器COM1、COM2的输出信号 是高电平,或电路11′、12′也能够强行使晶体管N3、N4截止。所 以,按照变形例,也能够实现与第一实施例同样的效果。
[10.2]第二变形例
在上述第五实施例中,当然也可以把晶体管N3、N4置换为二极 管。在上述第二变形例中,当然也可以把晶体管P1、P2置换为二极 管。
[10.3]第三变形例
图26是第三变形例的电路构成图。
在上述第六实施例中,也可以把比较器COM1(COM2)的动作电流 设定得比比较器COM4(COM3)的动作电流大,这种情况下,可以像图 26那样构成供电装置。在该例中,当比较器COM1(COM2)的输出信 号成为高电平时(把晶体管P1、P2从导通切换为截止的情况),因为 其输出信号经倒向器32(31)被翻转后再供给或电路12′(11′), 所以,即使比较器COM4(COM3)的输出信号是高电平,也能够强行使 晶体管N3、N4截止。因此,按照变形例,能够实现与第二实施例同 样的效果。
[10.4]第四变形例
在上述的说明中,使比较器(COM1~COM4)始终在动作。
但是,在发电机100未发电的情况下,不必进行整流动作,所以, 从耗电的观点来看,最好不要使比较器(COM1~COM4)始终处于动作 状态。
因此,在本第四变形例中,如图27所示,在发电机100的输出 端子AG1、AG2上设置检测电动势产生的发电检测电路700,检测发电 (电动势)并把启动信号输出到比较器COM1~COM4,使比较器COM1~ COM4处于动作状态。发电检测电路700的构成可以与第五实施例中说 明的构成一样,而且,也可以与第五实施例中说明的构成兼用。
因此,能够降低不必进行整流动作的非发电时的耗电,从而能够 延长携带电子机器等的动作时间。
本第四变形例也能够适用于上述的第一~第四实施例。
[10.5]第五变形例
在上述的第五实施例~第七实施例和变形例中,把晶体管P1、 P2、N3、N4、P5、N6作成为N沟道场效应型或P沟道场效应型,但 是也可以使用NPN型或PNP型双极晶体管。但在双极晶体管中,因为 发射极/集电极间的饱和电压通常是0.3V左右,所以,在发电机100 的电动势小的情况下,如上所述,最好采用场效应型。
虽然把晶体管P1、P2、N3、N4、P5、N6构成得产生寄生二极管 D1~D6,在不产生这些二极管的情况下,也可以另外把二极管与晶体 管并列设置。
另外,在各实施例中,把大容量电容器140作为充电的主体,只 要能够蓄存电力就行,例如也可以是二次电池。
在各实施例中,虽然把基准电位设定为高电位侧电压Vdd,当然 也可以把低电位侧电压Vss设定为基准电压。
[10.6]第六变形例
作为发电机100,除图11所示的类型之外,也可以是用发条等的 复原力产生旋转运动,再由该旋转运动产生电动势的类型装置,或对 压电体施加外部的或自激励的振动或变位,再由其压电效应产生电力 的类型的装置。只要是发出交流电的装置,任何形式都可以。
[10.7]第七变形例
作为适用各实施例和变形例的供电装置的携带式电子机器,除上 述电子表之外,还有例如液晶电视、磁带录象机、笔记本式个人计算 机、携带式电话、PDA(个人数字信息终端)、台式电子计算机等,只 要是耗电的电子机器,不管何种类型都能够适用。而且,在这种便携 式电子机器中,即使没有电容器或二次电池之类的蓄电元件,因为能 够驱动电路系统或机构系统动作,所以,任何地方都能够使用,同时, 无须烦琐的电池更换,还不会产生伴随电池废弃而引起的问题。
[11]第五实施例~第七实施例的效果
如上所述,按照第五实施例~第七实施例,尽管第一和第二比较 器装置的响应延迟时间长,但是仍然能够使第一和第二开关装置快速 截止,所以,能够使第一和第二开关装置的截止与该供电装置供给的 交流电压的相位一致。结果,动作速度慢,换言之,即使采用动作电 流小的第一和第二比较装置,也能够实现高的整流效率高的整流效 率,从而能够大幅度地提高供电装置的性能。
{12}其他方案
除上述的各实施例之外,还可以作出如下所示的方案。
[12.1]第一其他方案
第一其他方案是对供给两个输入端的交流电压进行全波整流供 电给第一和第二电源线的供电装置,设置有连接在一方输入端子和所 述第一电源线之间的第一开关装置、连接在另一方输入端子和所述第 一电源线之间的第二开关装置、连接在所述一方输入端子和所述第二 电源线之间的仅使电流单向流动的第一装置、连接在所述另一方输入 端子和所述第二电源线之间的仅使电流单向流动的第二装置、比较所 述一方端子电压和所述第一电源线电压的第一比较装置、比较所述另 一方端子电压和所述第一电源线电压的第二比较装置、第一控制装置 和第二控制装置;所述第一控制装置根据所述第一比较装置的比较结 果控制所述第一开关装置的通·断,同时,在该比较结果表示使所述 第一开关装置接通的情况下,根据所述另一方输入端子的电压强行使 所述第一开关装置断开;所述第二控制装置根据所述第二比较装置的 比较结果控制所述第二开关装置的通·断,同时,在该比较结果表示 使所述第二开关装置接通的情况下,根据所述另一方输入端子的电压 强行使所述第二开关装置断开。
[12.1.1]第一其他方案的第一变形例
在第一其他方案中,所述第一控制装置设置有检测出所述另一方 输入端子与所述第二电源线之间的电位差大于预定的基准值的第一 检测部和第一控制部,所述第一控制部根据所述第一比较装置的比较 结果控制所述第一开关装置的通·断,同时,在该比较结果表示使所 述第一开关装置接通的情况下,根据所述第一检测部的检测结果强行 使所述第一开关装置断开;所述第二控制装置设置有检测出所述一方 输入端子与所述第二电源线之间的电位差大于预定的基准值的第二 检测部和第二控制部,所述第二控制部根据所述第二比较装置的比较 结果控制所述第二开关装置的通·断,同时,在该比较结果表示使所 述第二开关装置接通的情况下,根据所述检测装置的检测结果强行使 所述第二开关装置断开。
[12.1.2]第一其他方案的第二变形例
在第一其他方案中,所述第一装置也可以是根据所述另一方的输 入端子的电压控制通·断的第三开关装置,所述第二装置也可以是根 据所述一方的输入端子的电压控制通·断的第四开关装置。
在第一其他方案的第二变形例中,所述第一至第四开关装置也可 以由场效应型晶体管构成。
在第一其他方案的第二变形例中,也可以设置有与所述第一开关 装置并联的第一二极管、与所述第二开关装置并联的第二二极管、与 所述第三开关装置并联的第三二极管、与所述第四开关装置并联的第 四二极管。在这种情况下,第一至第四开关装置是场效应型晶体管, 所述第一至第四二极管是场效应型晶体管的寄生二极管。
[12.1.3]第一其他方案的第三变形例
在第一其他方案中,所述第一和第二装置也可以由二极管构成。
[12.1.4]第一其他方案的第四变形例
在第一其他方案中,也可以设置有蓄存所述第一和第二电源线供 给的电力的蓄电器。
[12.1.5]第一其他方案的第五变形例
在第一其他方案中,也可以设置有发出交流电压的同时把电动势 供电给所述各输入端子的交流发电装置。
[12.2]第二其他方案
第二其他方案是对供给两个输入端的交流电压进行全波整流供 电给第一和第二电源线的供电装置,设置有比较所述一方端子电压和 所述第一电源线电压的第一比较装置、比较所述另一方端子电压和所 述第一电源线电压的第二比较装置、比较所述一方端子电压和所述第 二电源线电压同时响应延迟时间比所述第二比较装置的响应延迟时 间短的第三比较装置、比较所述另一方端子电压和所述第二电源线电 压同时响应延迟时间比所述第一比较装置的响应延迟时间短的第四 比较装置、连接在所述一方输入端子和所述第一电源线之间的第一开 关装置、连接在另一方输入端子和所述第一电源线之间的第二开关装 置、连接在所述一方输入端子和所述第二电源线之间的根据所述第三 比较装置的比较结果控制通·断的第三开关装置、连接在所述另一方 输入端子和所述第二电源线之间的根据所述第四比较装置的比较结 果控制通·断的第四开关装置、第一控制装置和第二控制装置;所述 第一控制装置根据所述第一比较装置的比较结果控制所述第一开关 装置的通·断,同时,在该比较结果表示使所述第一开关装置接通的 情况下,所述第四比较装置的比较结果表示使所述第四开关装置断开 的情况下强行使所述第一开关装置断开;所述第二控制装置根据所述 第二比较装置的比较结果控制所述第二开关装置的通·断,同时,在 该比较结果表示使所述第二开关装置接通的情况下,所述第三比较装 置的比较结果表示使所述第三开关装置断开的情况下,强行使所述第 二开关装置断开。
[12.2.1]第二其他方案的第一变形例
在第二其他方案中,所述第一至第四开关装置由场效应晶体管构 成。
[12.2.2]第二其他方案的第二变形例
在第二其他方案中,也可以构成得具备与所述第一开关装置并联 的第一二极管、与所述第二开关装置并联的第二二极管、与所述第三 开关装置并联的第三二极管、与所述第四开关装置并联的第四二极 管。在这种情况下,所述第一至第四开关装置是场效应型晶体管,所 述第一至第四二极管可以是各场效应型晶体管的寄生二极管。
[12.2.3]第二其他方案的第三变形例
在第二其他方案中,也可以设置有蓄存所述第一和第二电源线供 给的电力的蓄电器。
[12.2.4]第二其他方案的第四变形例
在第二其他方案中,也可以设置有发出交流电压的同时把电动势 供电给所述各输入端子的交流发电装置。
[12.3]第三其他方案
第三其他方案是一种供电装置的控制方法,所述供电装置具有连 接在一方输入端子和所述第一电源线之间的第一开关装置、连接在另 一方输入端子和所述第一电源线之间的第二开关装置、连接在所述一 方输入端子和所述第二电源线之间的仅使电流单向流动的第一装 置、连接在所述另一方输入端子和所述第二电源线之间的仅使电流单 向流动的第二装置,所述供电装置对供给各输入端子的交流电压进行 全波整流,并供电给所述第一和第二电源线;所述控制方法包括如下 步骤:比较所述一方输入端子的电压和所述第一电源线电压,得到第 一比较结果;检测出所述另一方输入端子的电压与所述第二电源线之 间的电位差比预定的基准值大,得到第一检测结果;根据所述第一比 较结果控制所述第一开关装置的通·断的同时,在所述第一比较结果 表示使所述第一开关装置接通的情况下,根据所述第一检测结果强行 使所述第一开关装置断开,并比较所述另一方端子电压和所述第一电 源线电压得到第二比较结果;根据所述第二比较结果控制所述第二开 关装置的通·断的同时,在所述第二比较结果表示使所述第二开关装 置接通的情况下,根据所述第二检测结果强行使所述第二开关装置断 开。
[12.4]第四其他方案
第四其他方案是一种供电装置的控制方法,所述供电装置具有连 接在一方输入端子和所述第一电源线之间的第一开关装置、连接在另 一方输入端子和所述第一电源线之间的第二开关装置、连接在一方输 入端子和所述第二电源线之间的第三开关装置、连接在另一方输入端 子和所述第二电源线之间的第四开关装置;所述供电装置对供给各输 入端子的交流电压进行全波整流,并供电给所述第一和第二电源线; 所述控制方法包括如下步骤:比较所述一方输入端子的电压和所述第 一电源线电压,得到第一比较结果;比较所述另一方输入端子的电压 和所述第一电源线电压,得到第二比较结果;用比得到所述第一比较 结果的比较动作更高速地比较所述一方输入端子的电压和所述第二 电源线电压,得到第三比较结果;根据该比较结果控制第三开关装置 的通·断,并用比得到所述第二比较结果的比较动作更高速地比较所 述另一方输入端子的电压和所述第二电源线电压,得到第四比较结 果;根据该比较结果控制所述第四开关装置的通·断,根据所述第一 比较结果控制所述第一开关装置的通·断,同时,即使是所述第一比 较结果表示使所述第一开关装置接通的情况,在所述第四比较结果表 示使所述第四开关装置接通的情况下,也强行使所述第一开关装置断 开;根据所述第二比较结果控制所述第二开关装置通·断的同时,即 使是所述第二比较结果表示使所述第二开关装置接通的情况,在所述 第三比较结果表示使所述第三开关装置接通的情况下,也强行使所述 第二开关装置断开。
[12.5]第五其他方案
第四其他方案的构成是设置有第二其他方案的第三变形例的供 电装置和根据所述供电装置供给的电力来执行预定处理的处理装 置。
[12.6]第六其他方案
第五其他方案的构成是在电子表中设置有第二其他方案的第三 变形例的供电装置和根据所述供电装置供给的电力计时的计时装 置。
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