JPH10201128A - 電力制御装置およびこれを備えた電子機器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 発電装置からの発生電力を電力消費装置に供
給する電力制御装置において、蓄電装置に充電したエネ
ルギーの損失を低減させた電力制御装置を提供。 【解決手段】 太陽電池１３からの電気エネルギーを充
電して発電停止時にそのエネルギーを供給する蓄電装置
２と、電気エネルギーを電力消費装置４に供給する補助
蓄電装置３との間に、内部に寄生ダイオード１６および
寄生ダイオード１７を有する素子を用いた放電制御手段
５と逆流防止手段６とを設ける。補助蓄電装置３の出力
電圧が電力消費装置４の動作停止電圧近傍のある一定電
圧以下になると、制御回路７からの制御信号φ２により
放電制御手段５がオフ状態になって、蓄電装置２から補
助蓄電装置３への放電を遮断する。電力消費装置４の動
作停止後、補助蓄電装置３の出力電圧がさらに下がった
場合に、蓄電装置２からの放電を遮断しているので、蓄
電装置２の充電エネルギー損失を最小限に抑える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発電された電気エ
ネルギーを利用して動作する電子機器の充放電制御装置
に関し、さらに詳しくは、充電したエネルギーの損失を
抑え、かつ、効率よく電気エネルギーを供給するための
技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、特開昭６１−２３６３２６号公報
には、図５に示すように、充電制御部１４を有し蓄電装
置２に充分な電気エネルギーが蓄えられていなくても充
電制御部１４により補助蓄電装置３に電力消費装置４の
動作可能な電気エネルギーが蓄えられ、起動時の動作を
容易にする電子時計が開示されている。この電子時計
は、蓄電装置２に電気エネルギーが充分蓄えられておら
ず充電電圧が小さいときは、充電制御部１４の中のバイ
パススイッチ９がオフしており、発電装置１によって生
ずる電流が電圧発生部８に流れ込むことで発生する出力
電圧を補助蓄電装置３に蓄え、電力消費装置４の電源Ｖ
ssとしている。そのために、発電装置１により電気エネ
ルギーが発生されると共に電力消費装置４を起動するこ
とができる。このとき、補助蓄電装置３から蓄電装置２
への逆流を防止するための逆流防止手段として、蓄電装
置２の低電圧側ＶSCNとＶssとの間にＶss側がアノード
となるようにダイオード３２を接続し、補助蓄電装置３
から蓄電装置２への逆流を防止している。

【０００３】また、特公平７−９２５０６号公報などに
開示されているように、発電装置を内蔵してその発電エ
ネルギーを利用する電子機器において、その発電エネル
ギーを無駄なく有効に利用するために昇圧手段と電圧検
出手段を持ち、電圧検出結果に基づき昇圧倍率を最適制
御する方法が考案されている。図６には、図５の応用例
として昇圧手段を用いた場合を示す。昇圧回路３０は、
蓄電装置２の充電電圧を昇圧して補助蓄電装置３へ電気
エネルギーを供給している。昇圧された電圧が電力消費
装置４の動作電圧以下のときは、昇圧回路３０は単にＶ
ss側がアノードのダイオードとして働くように制御回路
７により制御され、発電装置１が発電停止して電圧発生
部８の発生電圧が小さくなった時に、補助蓄電装置３か
ら蓄電装置２への逆流を防止している。そして、充電が
進み蓄電装置２の充電電圧が第１の設定電圧以上になる
と、バイパススイッチ９は導通して、昇圧回路により蓄
電装置２の充電電圧を昇圧した電気エネルギーを補助蓄
電装置３に蓄える。以後、制御回路７は蓄電装置２また
は補助蓄電装置３の電圧検出結果に基づき昇圧倍率の最
適制御を行っている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図５に
おいて発電装置１が発電停止などの理由で、蓄電装置２
へのエネルギー供給量が電力消費装置４で消費される電
気エネルギー量を下回る状態では、蓄電装置２への充電
エネルギー量よりも蓄電装置２から電力消費装置４への
放電エネルギー量の方が上回るので、蓄電装置２から補
助蓄電装置３への放電が行われる。さらに、この放電状
態が長期間続き、補助蓄電装置３からの出力電圧が電力
消費装置４の動作電圧以下になると電力消費装置４の動
作は停止する。その後、電力消費装置４内でリーク電流
がある場合、そのリーク電流のため徐々に補助蓄電装置
３の出力電圧の低下が生じる。このとき、逆流防止手段
であるダイオード３２は、補助蓄電装置３から蓄電装置
２への逆流を防止するが、逆に、蓄電装置２から補助蓄
電装置３へは電流が流れ込むように構成されているた
め、蓄電装置２から補助蓄電装置３への放電は引き続き
行われ、その結果、蓄電装置２の充電エネルギーを無駄
に消費してしまい、蓄電装置２の充電電圧が低下してし
まう。このため、電力消費装置４の動作が停止した後、
発電装置１からのエネルギー供給が停止した状態が長期
間続いた場合、蓄電装置２の充電エネルギーは無駄に消
費されてしまい、再び発電装置１からのエネルギー供給
が開始されても、電力消費装置４を再起動するために
は、蓄電装置２および補助蓄電装置３の電圧を電力消費
装置４の動作開始電圧まで充電しなければならず、時間
が非常に長くかかってしまう。

【０００５】蓄電装置２の充電電圧が電力消費装置４の
動作電圧以下の場合でも、発電装置１からのエネルギー
供給が行われている間であれば、図５に示すような充電
制御部１４を用いることにより補助蓄電装置３に電力消
費装置４の動作可能な電気エネルギーが蓄えられ、電力
消費装置４を起動することができる。しかし、蓄電装置
２の充電電圧が電力消費装置４の動作電圧に達する前に
再び発電装置１の発電が停止すれば、電圧発生部８の発
生電圧が低下し、補助蓄電装置３への電力供給が行われ
なくなるために、再び電力消費装置４の動作が停止す
る。また、図５の応用例として、図６のように逆流防止
手段に昇圧回路３０を用いた場合でも、蓄電装置２の充
電電圧が電力消費装置４の動作電圧以下の場合に、蓄電
装置２の充電電圧を昇圧して補助蓄電装置３を充電し電
力消費装置４を駆動できるが、昇圧された電圧が電力消
費装置４の動作可能となる条件までは蓄電装置２を充電
する必要がある。

【０００６】さらに、近年これらの蓄電装置として充電
容量の大きな二次電源が開発されてきており、蓄電装置
を必要な電圧にまで充電するには、より多くの充電エネ
ルギーを必要とする。これは、発電装置の発生電力が同
じならば充電に必要な時間が長くなることを意味する。
また、前述した近年の蓄電装置には、充電容量の保持特
性の優れたものがあるが、従来のシステム構成では、リ
ーク電流によりこの二次電源の良好な容量保持特性を生
かすことができなかった。

【０００７】また、図５において、逆流防止手段として
ダイオード３２を用いる例を示したが、蓄電装置２から
補助蓄電装置３への電気エネルギーの供給を行う場合、
ダイオード３２に順方向電流を流したときに生じる順方
向電圧Ｖf分だけ電気エネルギー損失が発生する。蓄電
装置２に蓄えられた電気エネルギーを効率よく使用する
点においては、上記ダイオードのＶf（≒０．６Ｖ）に
よって生じるエネルギー利用効率の低下は無視できな
い。

【０００８】そこで、本発明においては、第１の目的
は、電力消費装置の動作が停止した後、発電装置からの
エネルギー供給が停止している状態が長期間続いた場合
でも、蓄電装置の充電エネルギー損失を抑え、再び発電
装置の発電が開始されたときの電力消費装置の再起動ま
でに要する時間を短縮し、使い勝手の良い電力制御装置
を提供することを目的としている。

【０００９】第２の目的は、昇圧手段を使用しない場合
においては、蓄電装置から補助蓄電装置への電気エネル
ギー供給時に損失の少ない逆流防止手段を備えた効率の
良い電力制御装置を提供することを目的としている。

【００１０】第３の目的は、腕時計などのように小型の
電子機器にも搭載可能な、小型で信頼性が高く、さら
に、安価に実現可能な電力制御装置、発電装置およびこ
れを搭載した電子機器を提供することを目的としてい
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の電力制御装置
は、 ａ）充電制御部を介して、発電装置で発電された電気エ
ネルギーを蓄電装置に供給可能な第１の供給部と、 ｂ）この第１の供給部に対し並列に接続され、電力消費
装置に対し電気エネルギーを供給可能な第２の供給部と
を有し、 ｃ）第２の供給部は、蓄電装置から電力消費装置への放
電制御を行う放電制御手段と、 ｄ）電力消費装置に対し、供給される電気エネルギーの
逆流を防止する逆流防止手段と、 ｅ）少なくとも蓄電装置の充電電圧または第２の供給部
の出力電圧のいずれかの検出結果によって放電制御手段
を制御する第１の制御手段と、 ｆ）充電制御部の制御状態に応じて逆流防止手段を制御
する第２の制御手段とを備えていることを特徴とする。

【００１２】本発明の電力制御装置においては、発電装
置からのエネルギー供給が長期間停止することにより、
補助蓄電装置の出力電圧が電力消費装置の動作停止電圧
近傍になると、電力消費装置の停止前に蓄電装置から補
助蓄電装置への放電を遮断し、電力消費装置が動作を停
止している状態で蓄電装置から補助蓄電装置へのリーク
電流を抑え、充電エネルギー損失を抑えるようにしてい
る。発電装置からのエネルギー供給が停止している状態
が長期間続き、補助蓄電装置の出力電圧が電力消費装置
の動作停止電圧近傍のある一定電圧を下回ったとき、第
１の制御手段により放電制御手段を遮断状態にし、放電
制御手段は蓄電装置から補助蓄電装置への放電を停止さ
せる。従って、電力消費装置の動作停止後の電力消費装
置内部のリーク電流により補助蓄電装置の出力電圧の低
下が生じても、蓄電装置から補助蓄電装置への無駄な放
電を抑えることができる。さらに、再び、発電装置から
のエネルギー供給が再開して電力消費装置を再起動する
時に、蓄電装置の充電電圧を電力消費装置の動作開始電
圧に達するまでに必要な充電エネルギーは、電力消費装
置の動作停止時に充電エネルギーの損失を抑えているた
め少なく済むので、蓄電装置の充電エネルギーによる電
力消費装置の安定駆動が可能な状態になるまでの充電時
間を短縮することができ、長期間の発電停止状態におけ
る電力消費装置の起動性を向上することができる。

【００１３】さらに、本発明の電力制御装置は、 ａ）充電制御部は、電流が流れると電圧を発生させる電
圧発生部と、電圧発生部をバイパスするバイパス手段と
を有し、 ｂ）第２の制御手段は、充電制御部内のバイパス手段が
遮断状態ならば逆流防止手段を電力消費装置から蓄電装
置への逆流防止として働かせ、バイパス手段が導通状態
ならば逆流防止手段を導通状態にさせることを特徴とし
ている。この場合、バイパス手段が遮断状態では、第２
の制御手段により逆流防止手段は補助蓄電装置から蓄電
装置への逆流を防止するように制御される。従って、発
電装置からの出力が低下するのに伴って電圧発生装置の
出力が低下した場合に、補助蓄電装置から蓄電装置への
逆流を防止することができる。そして、バイパス手段が
導通状態では、第２の制御手段により、逆流防止手段は
蓄電装置から補助蓄電装置への電気エネルギー供給時に
おける損失が極めて少なくなるように制御され、効率良
く蓄電装置から電気エネルギーを供給することができ
る。

【００１４】さらに、本発明の電力制御装置は、 ａ）放電制御手段および逆流防止手段は、内部に寄生ダ
イオードを有する第１および第２のスイッチ素子を直列
接続したスイッチ手段を有し、 ｂ）第１のスイッチ素子は、その寄生ダイオードの絶縁
方向が蓄電装置から電力消費装置への放電を遮断する方
向に接続され、第２のスイッチ素子は、その寄生ダイオ
ードの絶縁方向が電力消費装置から蓄電装置への逆流を
遮断する方向に接続されるスイッチ手段を備え、 ｃ）第１の制御手段は、蓄電装置の充電電圧または第２
の供給部の出力電圧が電力消費装置の動作が停止する電
圧の近傍である第１の電圧を下回ったときに第１のスイ
ッチ素子を遮断させ、蓄電装置の充電電圧または第２の
供給部の出力電圧が第１の電圧以上の第２の電圧を上回
ったときに第１のスイッチ素子を導通状態にし、 ｄ）第２の制御手段は、充電制御部内のバイパス手段が
遮断状態ならば第２のスイッチ素子を遮断させ、バイパ
ス手段が導通状態ならば第２のスイッチ素子を導通状態
にさせることを特徴としている。そのため、他の回路要
素と共に、簡単に集積化を図り、小型で安価な電力制御
装置を提供できる。

【００１５】さらに、本発明の電力制御装置は、 ａ）逆流防止手段は、蓄電装置の充電電圧を昇圧して電
力消費装置へ電気エネルギーを供給する昇圧手段で構成
され、 ｂ）第２の制御手段は、充電制御部の制御状態および、
蓄電装置の充電電圧または第２の供給部の出力電圧の検
出結果によって昇圧手段を制御することを特徴としてい
る。このため、昇圧手段が補助蓄電装置から蓄電装置へ
の逆流防止機能を持つように構成されており、回路を簡
略化することができる。

【００１６】また、本発明の電子機器はこれらの電力制
御装置を備えたことを特徴としている。そのため、充電
したエネルギーの損失を抑え、かつ、効率よく電気エネ
ルギーを消費する電子機器を提供することができる。

【００１７】また、本発明の電力制御装置を備えた電子
機器は、その電子機器内部に発電装置を設けることも特
徴としている。そのため、発電装置は電子機器の外部に
ある場合だけではなく、電子機器に内蔵しても差し支え
なく使用することができ、蓄電装置への充電を常に可能
とする電子機器を提供することができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下に図面を参照して、本発明の
実施の形態を説明する。図１は、本発明に係わる電力制
御部を備えた電子機器の概略構成を示すブロック図であ
る。図２は、図１に示す電力制御部１５の動作を示すタ
イミングチャートである。図３は、図１に示す電力制御
部１５における処理の流れを示すフローチャートであ
る。図１の電子機器１０は、発電装置として光のエネル
ギーを電気エネルギーに変換する太陽電池１３を用いた
例を示すが、発電装置には太陽電池１３に限らず、電磁
変換、熱電効果などにより発電する手段を用いることも
可能である。

【００１９】また、太陽電池１３から供給された電気エ
ネルギーを大容量の蓄電装置２および電力消費装置４に
供給する電力制御部１５を備えている。電力制御部１５
は、蓄電装置２に電気エネルギーを供給する第1の供給
部１１と、この第1の供給部１１に対し並列に接続さ
れ、電力消費装置４に電気エネルギーを供給する第2の
供給部１２を備えている。第1の供給部１１は、蓄電装
置２と直列に接続された電圧発生部８と、この電圧発生
部８をバイパスするように設置されたバイパススイッチ
９を備えている。また、第2の供給部１２は、電力消費
装置４に対し並列に補助蓄電装置３を接続できるように
なっており、さらに、太陽電池１３に対し補助蓄電装置
３から電気エネルギーが逆流しないようにするためのダ
イオード２２が設置されている。さらに、蓄電装置２か
ら補助蓄電装置３へ放電制御を行う放電制御手段５と、
補助蓄電装置３から蓄電装置２への電気エネルギーの逆
流を防止する逆流防止手段６とを備えている。本例の電
子機器１０は、高電圧側Ｖddが接地されて基準電圧とな
っている。このため、以下においては、出力電圧として
低電圧側Ｖssを参照し、電圧値は簡単のため全て絶対値
で示すこととする。また、本例では前述したように高電
圧側Ｖddが接地されて基準電圧となっているので、エネ
ルギー量を絶対値として捉えて表現した場合、電子機器
１０の回路内での電気エネルギーの移動の向きは、実際
に流れる電流の方向と正反対である。例えば、前述した
ように補助蓄電装置３から蓄電装置２へ電気エネルギー
が逆流するということは、実際の電流は蓄電装置２から
補助蓄電装置３へ流れていることを意味する。

【００２０】本例の制御回路７は、さらに太陽電池１３
から供給される電圧が高くなりすぎた場合に備えて、高
電圧側ＶddとＶssを短絡するリミットスイッチ２０が設
置されており、蓄電装置２への過充電を防止し、電力消
費装置４などに高電圧が印加されないようになってい
る。

【００２１】本例の電圧発生部８は、直列に接続された
ダイオード１８およびダイオード１９から構成されてい
る。また、電圧発生部８と並列にバイパススイッチ９が
設けられており、ダイオード１８およびダイオード１９
をショートできるようになっている。

【００２２】本例の蓄電装置２は、リチウムイオン系な
どの大容量の二次電池等によって構成され、補助蓄電装
置３は小容量のコンデンサ等によって構成されている。
また、太陽電池１３が発電を行っていない状態で蓄電装
置２の充電エネルギーが太陽電池１３に放電されないよ
うにダイオード２１が第1の供給部１１と太陽電池１３
の間に設置されており、蓄電装置２から太陽電池１３へ
の逆流を防止している。

【００２３】本例の電力制御部１５は、さらに、電力制
御部１５内の諸電圧を監視してスイッチ類を制御する制
御回路７を備えている。制御回路７は、蓄電装置２の高
電圧側の電圧ＶSCP、低電圧側の電圧ＶSCN、および電力
消費装置４に供給される電圧Ｖssを検出し、バイパスス
イッチ９を制御する制御信号φ１、蓄電装置２から補助
蓄電装置３へ放電制御を行う放電制御手段５を制御する
制御信号φ２、補助蓄電装置３から蓄電装置２への逆流
防止する逆流防止手段６を制御する制御信号φ３および
リミットスイッチ２０を制御する制御信号φ４を出力す
る。なお、本例のスイッチ手段を構成するスイッチ素子
としては、電力損失が小さく、かつ、消費電力を小さく
するために、電圧駆動型のスイッチであることが好まし
い。この条件を満足する素子として、電界効果型トラン
ジスタ（ＦＥＴ）が挙げられる。電界効果型トランジス
タには接合型ＦＥＴやＭＯＳ ＦＥＴなどあるが、その
中でも素子の内部に寄生ダイオードを有するＭＯＳトラ
ンジスタを使用すると、回路を小型および簡略化するこ
とができる。そこで、本例のバイパススイッチ９および
リミットスイッチ２０はｐチャンネル型のＭＯＳトラン
ジスタによって構成されており、また、放電制御手段
５、逆流防止手段６はｎチャンネル型のＭＯＳトランジ
スタによって構成され、放電制御手段５は内部の寄生ダ
イオード１６のアノードをＶSCN側になるように、逆流
防止手段６は内部の寄生ダイオード１７のアノードをＶ
ss側になるようにして、放電制御手段５と逆流防止手段
６とを直列に接続して、蓄電装置２と補助蓄電装置３と
の間に接続する。このように接続すれば、スイッチ素子
がオフ状態であれば、スイッチ素子の内部の寄生ダイオ
ード１６は、蓄電装置２から電力消費装置４への過放電
を防止し、寄生ダイオード１７は、補助蓄電装置３から
蓄電装置２への逆流を防止する働きを持つ。そのため
に、放電制御手段５と逆流防止手段６とをそれぞれ１つ
のスイッチ素子で構成できることから、電力制御部１５
内の回路が簡略化でき、回路スペースを小さくすること
ができる。

【００２４】次に、図２に示した本例の電力制御部１５
のタイミングチャートおよび図３に示したフローチャー
トに基づき、本例の電力制御部１５の動作を説明する。
図２において、実線は補助蓄電装置３の出力電圧Ｖssを
示し、一点鎖線は蓄電装置２の高電圧側の電圧ＶSCPを
示す。また、破線は蓄電装置２の充電電圧ＶSCを示し、
ＶSCは高電圧側の電圧ＶSCPと低電圧側のＶSCNの差によ
って求められる。

【００２５】まず、蓄電装置２に殆ど電荷が蓄積されて
おらず、充電電圧ＶSCがほぼ０Ｖの状態で太陽電池１３
に光が照射されたケースを説明する。時刻ｔ0に電力制
御部１５はステップ５１の初期状態にあり、制御信号φ
１およびφ４は高電位で、制御信号φ２およびφ３は低
電位であり、放電制御手段５、逆流防止手段６、バイパ
ススイッチ９およびリミットスイッチ２０はオフになっ
ている。従って、太陽電池１３から供給された電気エネ
ルギーは、第１の供給部１１の直列接続された電圧発生
部８および蓄電装置２に供給される。第１の供給部１１
においては、電圧発生部８を構成するダイオード１８お
よび１９の順方向バイアス電圧によって電圧発生部８で
電圧降下が発生し、蓄電装置２の高電圧側の電位ＶSCP
が上昇する。そして、第２の供給部１２においては、蓄
電装置２の充電電圧に電圧発生部８の電圧降下分を加え
た電圧が補助蓄電装置３に蓄えられる。補助蓄電装置３
は、電力消費装置４に電気エネルギーを供給しており、
補助蓄電装置３の出力電圧Ｖssが電力消費装置４の動作
開始電圧を上回ることによって、電力消費装置４は予め
決められた処理を開始する。本例の電力制御部１５にお
いては、電圧発生部８に定電圧特性に近い電流−電圧特
性を持つダイオード１８および１９を用いているため
に、太陽電池１３から供給される電流値に殆ど影響され
ず、一定の電圧を電力消費装置４に供給できる。

【００２６】太陽電池１３の発電が継続して行われてい
ると、電圧発生部８を介して蓄電装置２が充電される。
このため、蓄電装置２の充電電圧ＶSCは上昇する。ステ
ップ５２において、制御回路７は充電電圧ＶSCを監視し
ており、充電電圧ＶSCが電力消費装置４の動作停止電圧
Ｖ0より高く安定的に電力消費装置４に電気エネルギー
を供給できる基準電圧Ｖ2に到達したか否かを判断す
る。本例の電力消費装置４の動作停止電圧は約０．９Ｖ
であり、電力消費装置４の稼動・非稼動を制御する基準
電圧Ｖ1は約０．９５Ｖに設定し、Ｖ2は約１．０Ｖに設
定してある。

【００２７】時刻ｔ1に充電電圧ＶSCが基準電圧Ｖ2に到
達すると、ステップ５３において制御信号φ２が高電位
になり放電制御手段５がオンされる。これによって、蓄
電装置２から補助蓄電装置３への放電が可能になり、発
電が停止しても電力消費装置４が安定して動作するだけ
の電気エネルギーを供給することができる。制御回路７
は、ステップ５４において、継続して充電電圧ＶSCを監
視しており、電圧発生部８における電圧降下にほぼ等し
い基準電圧Ｖ3（１．１５Ｖ）に到達したか否かを判断
する。ステップ５４において、充電電圧ＶSCが基準電圧
Ｖ3に到達していない場合は、ステップ５５において、
充電電圧Ｖssが基準電圧Ｖ1より低下していないか否か
を判断する。充電電圧ＶSCが基準電圧Ｖ3より低い状態
で太陽電池１３の出力が零付近になると、電圧発生部８
における電圧降下が減少して補助蓄電装置３へ電力供給
が停止する。そのため、出力電圧Ｖssが基準電圧Ｖ1よ
り低下した場合、さらに基準電圧Ｖ0を下回り電力消費
装置４を動作させる出力電圧Ｖssが確保できない可能性
がある。そこで、本例では、電力制御部１５の状態を初
期状態に戻してステップ５１からの処理をやり直すよう
にしている。

【００２８】第２の供給部１２においては、第１の供給
部１１の電圧ＶSCNが低下して補助蓄電装置３の充電電
圧以下になっても、逆流防止手段６によって補助蓄電装
置３から蓄電装置２には逆流しないようになっている。
また、ダイオード２２によって、補助蓄電装置３から太
陽電池１３への逆流も防止されている。従って、電圧発
生部８の電圧が減少しても、補助蓄電装置３に一旦蓄え
られた電気エネルギーは蓄電装置２の側に戻されず、電
力消費装置４は補助蓄電装置３で所定の電圧が保持でき
る間は処理を継続して行うことができる。

【００２９】一方、ステップ５４において、時刻ｔ2に
充電電圧ＶSCが基準電圧Ｖ3に達すると、制御回路７に
おいては、ステップ５６で制御信号φ１が低電位にな
る。これによって、電圧発生部８の２つのダイオード１
８およびダイオード１９がバイパススイッチ９によって
ショートされる。従って、太陽電池１３の出力は直に蓄
電装置２に供給される。電圧発生部８をバイパスするこ
とによって電圧発生部８における電圧降下はなくなる
が、充電電圧ＶSCが電力消費装置４を稼動するために必
要な電圧以上になっているので、第２の供給部１２に安
定した電気エネルギーが供給され、電力消費装置４には
安定した電気エネルギーが供給される。さらに、制御回
路７においては、ステップ５７で制御信号φ３が高電位
になる。これによって、逆流防止手段６がオンし、補助
蓄電装置３から蓄電装置２への逆流防止のための寄生ダ
イオード１７の効果がなくなるので、太陽電池１３から
の出力がない場合に、蓄電装置２から補助蓄電装置３へ
効率の良い（低損失の）電力供給が行われる。

【００３０】本例の電力制御部１５は、蓄電装置２の充
電電圧ＶSCの監視を継続し、ステップ５８において、過
電圧状態になったことを示す基準電圧Ｖ4と比較する。
そして、太陽電池１３からの電力供給が増加し、蓄電装
置２の充電エネルギーも十分であると、時刻ｔ3に充電
電圧ＶSCが基準電圧Ｖ4（２．４Ｖ）以上に達する。こ
れにより、ステップ５９において、制御回路７から制御
信号φ４が低電位となって出力される。この制御信号φ
４によってリミットスイッチ２０がオンし、太陽電池１
３の高電圧側Ｖddと低電圧側Ｖssが短絡され、太陽電池
１３から蓄電装置２への電力供給が停止される。従っ
て、蓄電装置２を過充電から防止し、印加電圧Ｖssを電
力消費装置４などに悪影響を与えない範囲に抑えること
ができる。

【００３１】一方、ステップ５８において、例えば時刻
ｔ4に出力電圧Ｖssが基準電圧Ｖ4を下回ると、ステップ
６０において制御信号φ４が高電位になりリミットスイ
ッチ２０がオフされる。これによって、太陽電池１３は
蓄電装置２への電力供給を再開し、蓄電装置２および補
助蓄電装置３に電気エネルギーが供給される。

【００３２】ここで、時刻ｔ4に太陽電池１３への光が
遮断され、太陽電池１３から電気エネルギーが供給され
なくなったとする。太陽電池１３から電気エネルギーが
供給されないので、蓄電装置２は充電状態から放電状態
に代わり、蓄電装置２が電源となって第１の供給部１１
および、この第１の供給部１１に並列に接続された第２
の供給部１２を介して電力消費装置４に電気エネルギー
が供給される。

【００３３】電力制御部１５の制御回路７は、電力消費
装置４に供給されている出力電圧Ｖssを継続して監視し
ており、ステップ６１において、基準電圧Ｖ1を下回ら
ないか否かを判断する。時刻ｔ5に、出力電圧Ｖssが基
準電圧Ｖ1以下に低下すると、制御信号φ１が高電位に
なり、制御信号φ２およびφ３が低電位になる。これに
より、放電制御手段５、逆流防止手段６およびバイパス
スイッチ９がオフされ、ステップ５１の初期状態に戻さ
れる。この状態においては、蓄電装置２から補助蓄電装
置３への電気エネルギーの供給が停止し、補助蓄電装置
３から電力消費装置４に供給される電圧Ｖssは、短時間
で電力消費装置４の動作停止電圧Ｖ0以下になるので、
補助蓄電装置３に蓄えられた電気エネルギーを消費する
と電力消費装置４は動作停止する。そして、次に太陽電
池１３に光が照射され、電流が流れ出すと上述したよう
に電力消費装置４の動作がすぐに再開される。

【００３４】このように、本例の電力制御部１５および
これを用いた電子機器１０においては、発電停止状態が
長期間続き、補助蓄電装置３の出力電圧Ｖssが電力消費
装置４の停止電圧近傍のある一定電圧Ｖ1を下回ったと
き、制御回路７からは放電制御手段５を遮断するための
制御信号φ２を放電制御手段５に出力し、放電制御手段
５は蓄電装置２から補助蓄電装置３への放電を停止す
る。従って、電力消費装置４の動作停止後の電力消費装
置４内部のリーク電流により補助蓄電装置３の出力電圧
の低下が生じても、蓄電装置２から補助蓄電装置３への
無駄な放電を抑えることができる。さらに、再び、太陽
電池１３が発電を再開して電力消費装置４を再起動する
時に、蓄電装置２の充電電圧ＶSCを電力消費装置４の動
作開始電圧Ｖ0に達するまでに必要な充電エネルギー
は、電力消費装置４の動作停止時に充電エネルギーの損
失を抑えているため非常に少なく済むので、蓄電装置２
に充電エネルギーが蓄えられて電力消費装置４の安定駆
動が可能な状態になるまでの充電時間を短縮することが
できる。また、従来技術においては、電力消費装置４の
動作停止時に蓄電装置２から補助蓄電装置３への無駄な
放電による充電エネルギー損失量は、発電の停止期間が
長いほど大きくなることから、蓄電装置２の充電エネル
ギー量の損失を抑えることで、電力消費装置４を安定駆
動するまでの充電時間を短縮する効果は、発電が停止し
た期間が長いほど大きいということができる。また、前
述したように、蓄電装置２の充電エネルギーの損失が長
期間続き、例えば、蓄電装置２の充電エネルギーが零に
なった場合、前述したように、電力消費装置４を安定駆
動するまでに必要なエネルギー量は、蓄電装置２の容量
が大きいほど多く必要とする。一般に、同じ構造の蓄電
装置２を同じ条件で充電した場合、蓄電装置２の充電電
圧をある電圧にまで上昇させるために必要な充電時間
は、蓄電装置２の容量が大きいほど長くなる。このこと
から、蓄電装置２の充電エネルギーの損失を抑えること
で、長期間の発電停止状態の後に発電を開始して、電力
消費装置４を安定駆動するまでの充電時間を短縮する効
果は、容量の大きい蓄電装置２を使用する場合には特に
発揮される。従って、本例の蓄電装置２に、充電エネル
ギー容量が大きく、かつ、充電エネルギーの自己損失が
少ない二次電源を使用した場合は、前述したように回路
内での電気エネルギー損失を非常に少なくしているの
で、この二次電源の特徴を充分生かすことができる。特
に、二次電源も充電エネルギーの自己損失が少ない特徴
を持つことから、長期間充電が行われない場合でも、二
次電源は充電エネルギーを保持しているため、電力消費
装置４の良好な起動性を充分発揮することができる。

【００３５】さらに、バイパススイッチ９が遮断状態で
は、制御回路７によって逆流防止手段６はオフし、補助
蓄電装置３から蓄電装置２への逆流を防止するように働
く。従って、太陽電池１３からの出力が低下するのに伴
って電圧発生部８の出力が低下した場合に、補助蓄電装
置３から蓄電装置２への逆流を防止することができる。
そして、バイパススイッチ９が導通状態では、制御回路
７によって逆流防止手段６はオン状態となり、蓄電装置
２から補助蓄電装置３への電気エネルギー供給時におけ
る損失が極めて少なくなるように働く。従って、効率良
く蓄電装置２から電力消費装置４へ電気エネルギーを供
給することができる。

【００３６】また、本例は、放電制御手段５を導通させ
る時の条件（│ＶSC│≧Ｖ2）とバイパススイッチ９お
よび逆流防止手段６を導通させる時の条件（│ＶSC│≧
Ｖ3）とをＶ2＜Ｖ3の条件とすることにより、│ＶSC│
がＶ2に達した時から、発電が停止した際に蓄電装置２
から補助蓄電装置３へ電気エネルギーが供給できる電力
制御装置について述べた。しかし、放電制御手段５と逆
流防止手段６を制御する条件については、Ｖ2＝Ｖ3の条
件で制御を行うことも可能である。この条件の場合、放
電制御手段５と逆流防止手段６とが同時に導通するの
で、蓄電装置２から補助蓄電装置３への電気エネルギー
供給時における逆流防止手段６内の寄生ダイオード１７
による損失が発生しなくなるので、放電の効率を良くす
るにはより効果的である。

【００３７】さらに、図1においては、蓄電装置２の充
電電圧ＶSCを昇圧して電力消費装置４へ電気エネルギー
を供給する昇圧手段を使用しない電力制御装置について
述べたが、図４は、本発明における昇圧手段を有する電
力制御部の概略構成を示すブロック図であり、図１の場
合と異なる部分を抽出した回路ブロック図である。図４
の電力制御部１５は昇圧回路３０を備え、昇圧回路３０
は、蓄電装置２の充電電圧ＶSCを昇圧して電力消費装置
４へ電気エネルギーを供給している。また、制御回路７
は、図１と同様に蓄電装置２の高電圧側の電圧ＶSCP、
低電圧側の電圧ＶSCN、および、電力消費装置４に供給
される電圧Ｖssを検出し、制御信号φ１、制御信号φ２
を出力すると共に、昇圧回路３０を制御する制御信号φ
５を出力する。昇圧された電圧が電力消費装置４の動作
電圧以下の時は、昇圧回路３０は単にＶss側がアノード
のダイオードとして働くように制御回路７により制御さ
れる。また、図１の場合と同様に、電圧発生部８をバイ
パスするバイパススイッチ９がオフしており、電力制御
部１５に電気エネルギーが供給されることによって生ず
る電流が電圧発生部８に流れ込むことで発生する出力電
圧を補助蓄電装置３に蓄え、電力消費装置４の電源Ｖss
としている。そして、充電が進み蓄電装置２の充電電圧
ＶSCが昇圧開始電圧以上になると、バイパススイッチ９
は導通して、昇圧回路３０により蓄電装置２の充電電圧
ＶSCを昇圧した電気エネルギーを補助蓄電装置３に供給
する。以後、制御回路７は、少なくとも蓄電装置２また
は補助蓄電装置３のいずれかの電圧検出結果に基づき昇
圧倍率の最適制御を行っている。図４の昇圧回路３０の
ように、補助蓄電装置３から蓄電装置２への逆流防止機
能を持つように構成すれば、図１で構成する逆流防止手
段６を省略して回路が簡略化でき、回路スペースの節約
もできる。

【００３８】さらに、放電制御手段５および逆流防止手
段６については、内部に寄生ダイオードを有する第１お
よび第２のスイッチ素子が直列接続されたスイッチ手段
とし、第１のスイッチ素子は、その寄生ダイオードの絶
縁方向が蓄電装置から補助蓄電装置への放電を遮断する
方向になるように、第２のスイッチ素子は、その寄生ダ
イオードの絶縁方向が補助蓄電装置から蓄電装置への逆
流を遮断する方向となるスイッチ手段を用いることによ
り、他の回路要素と共に、簡単に集積化を図り、小型で
安価な電力制御装置を提供できる。

【００３９】また、本例の放電制御手段５は、蓄電装置
２の充電電圧ＶSCを検出した結果に基づいて制御手段７
からの制御信号φ２によって制御される場合を示した
が、補助蓄電装置３の出力電圧Ｖssを検出した結果、ま
たは、蓄電装置２の充電電圧ＶSCと補助蓄電装置３の出
力電圧Ｖssの両方の検出した結果に基づいて、放電制御
手段５を制御することも可能である。

【００４０】また、本発明は上記の実施例で説明した電
子機器の応用例として、電子時計、ページャー、電話
機、無線機、補聴器、万歩計、電卓、電子手帳などの情
報端末、ＩＣカード、ラジオ受信機などの電力を消費し
て動作する様々な電力消費装置に利用することができ
る。また、本例では、電子機器１０内部に発電装置であ
る太陽電池１３を設けた実施例で説明しているが、発電
装置が電子機器の外部にある場合でも差し支えない。し
かし、本例のように、発電装置を電子機器に内蔵するこ
とにより、これらの電力消費装置に対し電気エネルギー
を供給する発電装置として提供することが可能である。
本例の電力制御装置、発電装置および電子機器において
は、太陽電池などの発電装置から様々な電力消費装置に
対し十分な電気エネルギーを供給することが可能であ
り、いつでも何処でも電池寿命切れや電池交換などの心
配をせずに電力消費装置の機能を十分に発揮させること
が可能である。

【００４１】

【発明の効果】以上述べたように、本発明は下記の効果
を有する。

【００４２】請求項１記載の発明は、電力消費装置の動
作停止後の電力消費装置内部のリーク電流による補助蓄
電装置の出力電圧の低下が生じても、蓄電装置に充電し
たエネルギーの損失を極力抑えることができる。従っ
て、自己損失が少なく充電エネルギーの保持特性の良好
な電子機器を提供することが可能となる。このことは、
再び発電装置からのエネルギー供給が再開して電力消費
装置を再起動する時に、蓄電装置の充電エネルギーによ
る電力消費装置の安定駆動が可能な状態になるまでの充
電時間を短縮することができ、長期間にわたる発電装置
からのエネルギー供給が停止した場合における電力消費
装置の起動性を向上することができるという効果にもつ
ながる。

【００４３】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明の効果に加えて、蓄電装置から補助蓄電装置へ電気エ
ネルギーを供給する時でも、低損失で効率の良い放電が
可能な逆流防止手段を提供することができる。

【００４４】請求項３記載の発明は、請求項１および請
求項２の発明の効果に加えて、他の回路要素と共に、簡
単に集積化を図り、小型で安価な電力制御装置を提供す
ることができる。

【００４５】請求項４記載の発明は、請求項１記載の発
明の効果に加えて、逆流防止手段を省略することができ
るので、回路構成を簡略化することができる。

【００４６】請求項５記載の発明は、請求項１〜４のい
ずれかに記載の発明の効果を有する電子機器を提供する
ことができる。

【００４７】請求項６記載の発明は、請求項１記載の発
明の効果に加えて、発電装置を電子機器に内蔵すること
により、いつでも何処でも電池寿命切れや電池交換など
の心配をせずに電力消費装置の機能を充分に発揮できる
電子機器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る電力制御部を備えた電子機器の概
略構成を示すブロック図である。

【図２】図１に示す電力制御部の動作を示すタイミング
チャートである。

【図３】図１に示す電力制御部における処理の流れを示
すフローチャートである。

【図４】本発明における昇圧手段を有する電力制御部の
概略構成を示すブロック図である。

【図５】従来技術における発電装置を有する電子時計の
概略構成を示すブロック図である。

【図６】従来技術における発電装置と昇圧手段を有する
電子時計の概略構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

１…発電装置 ２…蓄電装置 ３…補助蓄電装置 ４…電力消費装置 ５…放電制御手段 ６…逆流防止手段 ７…制御回路 ８…電圧発生部 ９…バイパススイッチ １０…電子機器 １１…第１の供給部 １２…第２の供給部 １３…太陽電池 １４…充電制御部 １５…電力制御部 １６、１７…寄生ダイオード １８、１９…ダイオード ２０…リミットスイッチ ２１、２２、３１、３２…逆流防止ダイオード ３０…昇圧回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０２Ｊ 9/06 ５０５ Ｈ０２Ｊ 9/06 ５０５Ｃ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ａ）充電制御部を介して、発電装置で発電
   された電気エネルギーを蓄電装置に供給可能な第１の供
   給部と、 ｂ）第１の供給部に対し並列に接続され、電力消費装置
   に対し電気エネルギーを供給可能な第２の供給部とを有
   し、 ｃ）第２の供給部は、蓄電装置から電力消費装置への放
   電制御を行う放電制御手段と、 ｄ）電力消費装置に対し、供給される電気エネルギーの
   逆流を防止する逆流防止手段と、 ｅ）少なくとも蓄電装置の充電電圧または第２の供給部
   の出力電圧のいずれかの検出結果によって放電制御手段
   を制御する第１の制御手段と、 ｆ）充電制御部の制御状態に応じて逆流防止手段を制御
   する第２の制御手段とを備えていることを特徴とする電
   力制御装置。
2. 【請求項２】ａ）充電制御部は、電流が流れると電圧を
   発生させる電圧発生部と、電圧発生部をバイパスするバ
   イパス手段とを有し、 ｂ）第２の制御手段は、充電制御部内のバイパス手段が
   遮断状態ならば逆流防止手段を電力消費装置から蓄電装
   置への逆流防止として働かせ、バイパス手段が導通状態
   ならば逆流防止手段を導通状態にさせることを特徴とす
   る請求項１記載の電力制御装置。
3. 【請求項３】ａ）放電制御手段および逆流防止手段は、
   内部に寄生ダイオードを有する第１および第２のスイッ
   チ素子を直列接続したスイッチ手段を有し、 ｂ）第１のスイッチ素子は、その寄生ダイオードの絶縁
   方向が蓄電装置から電力消費装置への放電を遮断する方
   向に接続され、第２のスイッチ素子は、その寄生ダイオ
   ードの絶縁方向が電力消費装置から蓄電装置への逆流を
   遮断する方向に接続されるスイッチ手段を備え、 ｃ）第１の制御手段は、蓄電装置の充電電圧または第２
   の供給部の出力電圧が電力消費装置の動作が停止する電
   圧の近傍である第１の電圧を下回ったときに第１のスイ
   ッチ素子を遮断させ、蓄電装置の充電電圧または第２の
   供給部の出力電圧が第１の電圧以上の第２の電圧を上回
   ったときに第１のスイッチ素子を導通状態にし、 ｄ）第２の制御手段は、充電制御部内のバイパス手段が
   遮断状態ならば第２のスイッチ素子を遮断させ、バイパ
   ス手段が導通状態ならば第２のスイッチ素子を導通状態
   にさせることを特徴とする請求項１または２記載の電力
   制御装置。
4. 【請求項４】ａ）逆流防止手段は、蓄電装置の充電電圧
   を昇圧して電力消費装置へ電気エネルギーを供給する昇
   圧手段で構成され、 ｂ）第２の制御手段は、充電制御部の制御状態および、
   蓄電装置の充電電圧または第２の供給部の出力電圧の検
   出結果によって昇圧手段を制御することを特徴とする請
   求項１記載の電力制御装置。
5. 【請求項５】請求項１〜４のいずれかに記載の電力制御
   装置を備えたことを特徴とする電子機器。
6. 【請求項６】電子機器内部に発電装置を設けることを特
   徴とする請求項５記載の電子機器。