CN1026920C

CN1026920C - 带发电装置的电子手表

Info

Publication number: CN1026920C
Application number: CN89100392A
Authority: CN
Inventors: 早川求
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1988-01-25
Filing date: 1989-01-24
Publication date: 1994-12-07
Anticipated expiration: 2004-01-24
Also published as: DE68905833T3; EP0326313A2; JP2652057B2; DE68905833D1; EP0326313A3; CN1035009A; EP0326313B1; EP0326313B2; KR940006915B1; HK107897A; DE68905833T2; WO1989006834A1; US5001685A; KR900700934A

Abstract

本发明的发电式电子表中利用电磁转变的交流发电机的整流电路和过充电保护电路的组合结构，它以很少的二极管达到与二极管电桥同等的发电性能，并且可使限幅器晶体管Tr实现小型化和减少电路的功耗。

通过插入与高容量电容串联连接的串联电阻，可使升压电路在所定的高容量电容的电压下进行启动，并且使用了短路晶体管，使该短路晶体管在升压状态下处于导通状态，将串联电阻短路，从而可确保充电性能。

Description

本发明涉及一种手表的具体电路的构成，这种手表具有由电磁感应在线圈中产生交变电流的发电装置，将所产生的电能对二次电源充电，并利用二次电源的输出来驱动手表电路。

现有的利用电池的手表，要保持电池的长期使用寿命一直是一个难题。但是在体积很小的手表中，所用电池的大小是有着限制的。因此，为解决上述问题，作为一种已经实现的方法，如美国专利4653931号中所指出的那样，它在字码板上设置有太阳能电池，并由太阳能电池对二次电池或充电电容进行充电，利用该二次电池或电容的输出，来驱动手表电路。但是这一构成方法需要在字码板上配置黑色或兰色的太阳能电池，使手表的设计受到限制，这对于把外观设计作为商品的电子表来说，是很不适宜的。

进而，作为另一种方法，在手表内设置交流发电机，并利用它所产生的电能来驱动手表电路。但是，在交流电的情况下，必须要有整流电路。而这一整流电路，当然是要用四个二极管来构成二极管桥式整流器，获得全波整流，以得到最佳效率，但是，在很小的手表空间内放入四个二极管是相当困难的。此外，在发电机不工作时，为了使时间不致错乱，并使手表继续走动，必须将所发电能向二次电池或电容器充电，利用这个电能来持续不断地驱动手表电路。但是，由于手表的动作电压范围是有定界限的，二次电源（以后，把它作为二次电池或电容器的总称加以使用）的电压如果不把它充到电路动作电压范围的下限以上，手表便不能走动。此外，如果为了加快二次电源的充电时间而减小二次电源的容量，可使上述问题在某种程度上得到解决，但在这种情况下，发电机未发电时，又会使电压迅速跌落，产生了相反的问题。

因此，本发明的目的是要解决使用了交流发电机的充电式手表中的上述电路，使设计外观不受损害，提供一种其整流电路以最简单的形式构成、并在二次电源的整个电压范围内动作的带有发电装置的电子手表。

本发明的带有发电装置的电子手表由发电装置、整流电路、可充电二次电源及过充电保护电路构成。发电装置由转子、定子、线圈以及使前述转子转动的机构构成，它把机械能转换为电能;整流电路对前述发电装置的线圈中所感应的交流电进行整流;二次电源则将前述整流电路整流后所得的电能储存起来;过充电保护电路用来防止前述二次电源的过充电。前述过充电保护电路的开关元件与整流元件相串联，而该过充电保护电路与构成前述发电装置的线圈相并联。

此外，本发明的带有发电装置的电子手表的特征是，前述整流电路由串接于前述线圈和前述二次电源间的二极管A构成;前述过充电保护电路由与前述线圈并联的开关元件和第2二极管B构成;前述二极管A和二极管B的负极分别联接到构成前述发电装置的线圈和同一端点A上;与前述二极管B的正极相连的前述开关元件的另一端和与前述二极管A的正极相连的前述二次电源的另一端分别与前述线圈的另一端B相连接。

本发明的带发电装置的电子手表至少还具有升压电路、辅助电容器、负载电阻和充电控制电路。升压电路将上述二次电源的电压升高;辅助电容器被升压后的电压所充电;负载电阻则串接在与上述二极管A的正极相连接的前述二次电源的另一端和上述线圈的另一端B之间，在前述二次电源的电压处于低电平，前述升压电路的动作停止时，而且前述发电装置的充电电流流向前述二次电源时，充电控制电路则将前述负载电阻中产生的电压和前述二次电源的电压之和向前述辅助电容器充电。

除此之外，本发明的带发电装置的电子手表还具有第1电压检出电路和阻值可调电路，第1电压检出电路把前述二次电源的电压与设定的电压VoN进行比较和检测;阻值可调电路可根据前述第1电压检测电路的检测结果来改变前述负载电阻的阻值。

本发明的带发电装置的电子手表的前记阻值可调电路是由与上述负载电阻并联的短路开关元件构成，并且还设有控制上述升压电阻的动作的控制电路，当前述第1电压检测电路检测出前述二次电源的电压小于所定的VoN时，就使前述短路开关元件截止，并使前述升压电路的动作停止;当前述二次电源的电压高于VoN时，就使前述开关元件导通，并使前述升压电路开始动作。

本发明的带发电装置的电子手表的又一特征是：前述升压电路是一个可以转换升压倍率的多级升压电路，它具有第2电压检测电路，用来检测前述辅助电容器的电压，并把它和所定的电压进行比较，此外，还具有根据前述第2电压检测电路的检测结果，来控制升压倍率的转换的控制电路。

本发明的带发电装置的电子手表的另一特征是，它的第一电压检测电路和第2电压检测电路的动作是以所定的周期间歇式地进行的，并且它们不是同时动作的，第一电压检测电路的动作总是在第二电压检测电路的动作之后进行。

此外，本发明的带发电装置的电子手表的另一特征是，它的第一电压检测电路和第二电压检测电路的动作是按所定的周期间歇式地进行的，而且它们的动作不是同时发生的，并且把第一电压检测电路的动作与下一次第二电压检测电路的动作之间的时间差，设定为大于某一所定的时间。

图1是本发明的发电电子手表的电路总图。

图2是交流发电机原理图。

图3（A）是半波整流电路图。

图3（B）是全波整流电路图。

图4是发电电流示意图。

图5（A）是本发明的限幅电路和整流电路示意图。

图5（B）是先有的限幅电路和整流电路示意图。

图6（A）是采用PNP型晶体管的原有的限幅电路。

图6（B）是采用NPN型晶体管的原有的限幅电路。

图7（A）是采用PNP型晶体管的本发明的限幅电路。

图7（B）是采用NPN型晶体管的本发明的限幅电路。

图8是采用全波整流电路时本发明的限幅电路。

图9是升压动作的波形图。

图10是多级升压电路的电路详图。

图11是升压倍率的电路存储方法的示意图。

图12是多级升压电路的时间分配图。

图13是多级升压电路的电容器等效连接电路图。

图14是辅助电容器电压检测电路的详细电路图。

图15是图14的电路图的时间分配图。

图16是瞬间启动电路的电路详图。

图17是电压检测用采样信号生成电路图。

图18是采样信号生成电路的时间分配图。

图19是瞬间启动解除时的辅助电容电压变化的波形图。

为了更详细地记述本发明，下面按照附图加以说明。

图1是本发明的发电电子手表的电路总图。1是发电线圈，该线圈的两端发生由发电机引起的交流感应电压。2是整流二极管，它对交流感应电压进行半波整流，整流后的电流向高容量电容器3进行充电。4是电容器3的过充电保护用限幅器晶体管，当电容器3的电压Vsc（以后，把电容器3的电压值记为Vsc）达到所定电压V_lim时便导通，将发电线圈1中发过的电流旁路限幅器的设定电压V_lim，设定得大于电路系统所需电压的最大值，并处于电容器3的额定电压范围以内。5是反向电流防止二极管，下面再行叙述，利用此二极管来防止因反向电流引起的电磁制动的增大而导致发电效率的降低。7是多级升压电路，通过转换升压电容8、9与高容量电容3和辅助电容10的连接状态，把高容量电容3的电荷输送给辅助电容10，以实现升压。此外，多级升压电路7可以按3倍、2倍、1.5倍和1倍等4种升压倍率进行转换，升压后的电压可以对辅助电容10进行充电。利用这个辅助电容10的电压V （以后，辅助电容10的电压值记为V

）便可使电路动作。通过采用这样的多级升压电路，可使整个电路的动作电压值达到最佳值，11是检测辅助电容10的电压V 的检测电路，其基准电压有V_up和V_down两个值，且满足关系：

V_up＜V_down

如果V 超过V_down，便减小升压倍率，如果V 低于V_up便增加升压倍率，并将检测结果输给多级升压电路7。12是手表电路，它包含振荡电路、分频电路、电机驱动电路。振荡电路用于驱动基频为32768赫芝的晶体振荡器13，电机驱动电路用于驱动电机线圈14;该手表电路在电压V

下动作。电机用线圈14用来驱动转动指针的步进电机。短路晶体管15和串联电阻16构成瞬间超动电路，当V_sc低于所定电压V_oN时，便立即产生瞬间起动动作，下面还要详述。V_SC检测电路6用于检测V_SC是否达到前述的V_lim或V_ON。上述电压V_up和V_down的大小关系为

V_ON＜V_up＜V_down＜V_lim

以上对电路的概况进行了说明，下面将叙述各部分的详细动作和它们的作用。

首先，利用图2来说明本实施例中所使用的交流发电机的原理。

15是产生转矩的装置，它由摆锤构成，该摆锤的回转中心偏离其重心。该回转装置15的回转运动被加速轮系16所增速，从而使发电机构的转子17转动。转子17包含有永久磁铁17a，而定子18则被配置得使之包围住转子17。线圈1绕于铁心19a上，而铁心19a和定子18之间，用螺钉20来紧固。由于转子17的回转，在线圈1中产生

e＝N (dφ)/(dt)

的电动势，产生的电流可表示为

i = \frac{e}{R^{2} {+ (WL)}^{2}}

其中，N：线圈匝数，

Φ：穿过铁心19a的磁通量，

t：时间，

R：线圈电阻，

W：转子17的转速，

L：线圈和电感。

该电动势大致是一个呈正弦曲线的交流电动势。此外，由于转子17以及包围它的定子18的孔是同心圆，沿整个圆周包围着转子铁心，因此可以使把转子停止在某个位置的力（引力力矩）为最小值。

对这样的交流发电机所得到的交流电压进行整流后便可向高容量电容3充电，但本发明却采用更为简单的，由二极管构成的半波整流方式。将图2的发电机和半波整流方式结合起来，便可达到全波整流方式同等的发电效率。以下阐述其理由。

图3（A）是半波整流电路，而图3（B）是先有的全波整流电路。1是发电线圈，3是高容量电容，2、2a～2d是整流二极管。图3（A）的半波整流电路，在充电回路中只有一个二极管，而图3（B）的全波整流电路在充电回路中，却有两个二极管。因此，在二极管上产生的电压降，全波整流方式是半波整流方式的2倍。此外，比较这两种整流方式的电流波形图如图4所示。24是基准线，25是先有的整流电路所产生的电流，26是本发明所产生的电流，27是先有的整流电路中的电压降产生的损耗，28是本发明的整流回路的电压降产生的损耗。先有的储存在蓄电装置中的电荷量相当于曲线25和27之间所包围的面积，而本发明所储存的电荷量，相当于曲线26和28间所包围的面积。比较这二个面积，它们几乎没有多大差别，其蓄电性能可认为是同样的。与原有的全波整流相比较，采用半波整流，其蓄电性能并无差别的理由如下：在半波整流中，被截止的期间（图4中的29），线圈1中没有电流流过，因此，加于转子17上的制动力矩变小，因而可使回转锤的运动加快，也就是说，在29的期间内的能量，转换为回转锤的动能而在发电时释放出来。因此，与25相比，26的峰值更大。此外，整流损耗也因二极管从2个减为1个而减半，这也是有利的。结果，尽管采用了半波整流，但其发电性能和蓄电性能与全波整流相比毫不逊色。

如上所述，根据本发明，即使采用半波整流，也可以获得很好的发电性能，并且二极管的个数可从桥式整流用的4个二极管减少为1个，这对于提高空间利用率和降低成本等方面，都是极为有利的。

其次，限幅电路的构成示于图5。图5（A）是本发明的限幅电路，而图5（B）是原有的一般的限幅电路。4是限幅晶体管，它的作用是在限幅器动作时将电流旁路，它由Pch MOSFET（P沟道金属氧化物场效应晶体管）构成。这是由于手表用集成电路必须是低电耗的，因此采用了C-MOS（互补金属氧化物方式）工艺。也就是说，将限幅晶体管直接在集成电路中形成金属氧化物场效应管，与在集成电路之外再添加元件相比对提高空间利用率和降低成本更为有利。原有的把限幅晶体管与高容量电容3并联连接的方法，在限幅晶体管导通时，电容3便经虚线30所示的路径将电荷全部放掉。限幅器的目的在于防止电容3的过充电，在原有的限幅器中，是将电容3上多余的电荷放掉，看起来是很好的，但当限幅晶体管4停留在导通状态时，就会放掉过多的电荷。为了避免这种情况发生，就必须一直监视电容3的电压值，一旦V_sc降低到小于V_lim时，便立即使限幅晶体管截止。但是，如果使电压检测电路一直工作，就会由于基准电压产生电路及比较电路的动作而大大增加电流消耗。此外，原有方式的另一缺点在于，当限幅晶体管4导通时，电容3的高电压便直接加在该晶体管上，从而使限幅晶体管4流过很大的电流。为了防止损坏晶体管4，必须大大增大晶体管4的尺寸，从而增大集成电路的尺寸，这对降低成本是不利的。为了解决上述问题，本发明的限幅电路，增加了一个防止反向电流的二极管5，构成如图5（A）所示的电路。这样，在限幅晶体管导通时由于整流二极管的作用，电容3的电荷便不会被放电。因此，当V_sc变为V_lim之后，由于V_sc的变化就相当于手表本身所消耗的电荷量，因此其减小的曲线变得很平缓，不必使V_sc检测电路持续不断地动作。也就是说，V_sc检测电路6，只要进行间歇式地采样驱动就可以了，从而可把电耗减小到最小限度，此外，在晶体管4中不会流过大电流，因此，也就不必增大晶体管4的体积。此处，虚线31 是限幅器的旁路电流的流向，如果V_sc达到了V_lim，以后便可将发电供给的电流切断。52是限幅晶体管4的基极和漏极之间的寄生二极管，假如没有反向电流防止用二极管5的话，即使限幅晶体管4截止，发电时也要流过与虚线31方向相反的电流。这样一来，如在整流电路部分已经阐述过，就会由于增大发电机的制动力矩而使发电效率降低。为了防止上述现象发生而增加了该反向电流防止二极管5之后，仅仅改变了限幅晶体管的接线位置。却可达到电压检测电路间歇式动作而减少耗电和使限幅晶体管4小型化并确保发电性能的效果。

此外，在本发明的限幅电路的构成中，也可以用双极晶体管作为开关元件。图6是利用双极晶体管作为开关元件，但没有反向电流防止电路的限幅器电路图。图6（A）是使用PNP型双极晶体管的情况，图6（B）是使用NPN型双极晶体管的情况。首先，在图6（A）中，PNP型晶体管44即使截止时，反向电流46（虚线所示）也会通过其集电极和基极间形成的二极管44b和开关控制电路45流动。此处，开关控制电路45为了将PNP型晶体管44控制为截止，使PNP型晶体管44的基极处于高电平（与PNP型晶体管44的发射极同电位）。从而，在控制电路45中便会存在一条沿虚线46流动的电流通路，这样一来，图6（A）中便会流过反向电流。此外，对于图6（B）也一样，反向电流49（虚线）以NPN型晶体管47的基极与集电极间形成的二极管47a和开关控制电路48为电流通路而流通。因此，根据图7所示的本发明的另一实施例，通过把一个反向电流防止用二极管5与双极型晶体管44或47串联连接，便可构成一个能切断反向电流而不使发电性能降低的限幅器电路。

此外，本发明的限幅器电路，对于使用二极管桥式全波整流的电路也是有效的，其实施如图8所示。发电线圈1中产生的感应电压，如图8所示。在线圈1的下端处于高电位时，正常情况下电流通路为虚线50所示的路径。此处，如果假定没有反向电流防止二极管5，即使限幅器三极管4截止，也会通过寄生二极管52，以虚线51所示的路径形成电流通路，因此，只能在全波整流的一半时间内对电容3充电，从而使充电性能降低一半。因此，附加了本发明的反向电流防止二极管5，对全波整流电路也是有效的。

其次，图9是多级升压的具体实施例。图中，横轴表示时间、纵轴分别表示高容量电容3的电压V_sc（虚线）和辅助电容10的电压V

（实线）。此外，前述的V_oN，V_up，V_down，V_lim分别设定为如下值：

V_oN＝0.4伏

V_up＝1.2伏

V_down＝2.0伏

V_lim＝2.3伏

其中，从t₀到t₆的区间主要是在发电机工作状态下的充电时间，t₆以后代表发电机停止工作的状态，即放电时间。另外，虽然在图9中，不管是充电时间还是放电时间，都用同一时间标度表示，但实际上充电时间约为几分钟，而放电时间则大约为几天。从t₀到t₁以及t₁₀以后处于瞬间启动状态，下面予以叙述。当V_sc开始增加，从V_sc超过0.4伏的t₁到达3倍的升压状态时，便以V_sc×3的电压对V_ss进行充电。当进一步充电到达t²时刻，V_ss便达到2.0V，因此，升压倍率降低一级成为2倍升压。以后，如果再进一步充电，则在t₃和t₄时刻，V_ss便在达到2.0后分别使升压倍率各再降低一级。也就是说，在t₁～t₂之间为3倍升压，在t₂～t₃之间为2倍升压，在t₃～t₄之间为1.5倍升压，而在t₄～t₇之间为1倍升压。此外，在1倍升压时，如果V_sc＝V_ss，电压将上升下去，但这时即使V_ss达到了2.0伏，升压倍率也不再变化。在电压进一步上升达到V_sc＝V_ss＝2.3伏的t₅～t₆区间，便使限幅器晶体管4导通，保证电压不会上升到超过2.3伏。此外，在t₆以后的放电时间内，1.2伏是升压倍率的转换点。也就是说，当电压下降到V_ss＝1.2伏时，便使升压倍率提高一级而成为1.5倍升压。以后，V_ss每下降一个1.2伏，就使升压倍率提高一级。因此，在t₇～t₈之间是1.5倍升压，在t₈～t₉之间是2倍升压，在t₉～t₁₀之间是3倍升压。由于采用于这样的升压系统，作为手表的驱动电源V_ss，在V_sc≥0.4伏的条件下，经常可以保持在1.2伏以上，因此可以成功地使手表的动作时间延长。此外，V_up（1.2伏）设定为电路及指针用步进电机的最低工作电压，假若是把未升压的V_sc作为驱动电压的系统，则只有在V_sc大于1.2伏即t₁₁到t₇的区间内手表才能工作，在充电时间内，手表开始启动的时间推迟，而在放电时间内，手表停止工作的时间提前，这对使用者来说是不希望的。此外，电压V_oN（0.4伏）经3倍升压后是起动所需要的电压，因此，之所以设定V_oN×3≥V_up的条件，也就明白了。此外，V_lim（2.3）伏是根据本实施例中使用的高容量3的耐压为2.4伏，考虑一点余量，而设定为2.3伏的。

此外，升压倍率的转换，是根据V

和V_up及V_down的比较而实现的，这样做有以下好处：在本发明中，对升压倍率的切换有贡献的检测电压有三个，即瞬时起动 ( )/() 3倍升压的V_oN、以及上述V_up和V_down，但是，如果是根据V_sc的电压检测而进行升压倍率转换的系统，则需要4个检测电压，也就是说，必须在瞬时起动 ( )/() 3倍升压、3倍升压 ( )/() 2倍升压、2倍升压 ( )/() 1.5倍升压和1.5倍升压 ( )/() 1倍升压等4个转换点设定检测电压。通常，为了把V_sc升压后的V_ss保持为大于V_up（1.2伏），必须设定检测电压为如下值：

瞬间起动 ( )/() 3倍升压……0.4伏

3倍升压 ( )/() 2倍升压……0.6伏

2倍升压 ( )/() 1.5倍升压……0.8伏

1.5倍升压 ( )/() 1倍升压……1.2伏

这样，在本发明中便可减少一个检测电压，从而可以减小集成电路芯片的面积。此外，如果手表电路的最低动作电压由于设计或工程上的原因需要变更时，本发明只须变更V_oN（0.4伏）和V_up（1.2伏）这两个检测电压值就可以了，而依靠检测V_sc进行升压转换的系统，就必须变更4个检测电压。也就是说，如果从集成电路引出检测电压的调整引线来调整检测电压，就必须用很多调整引线，但按本发明，则可减少调整引线的数量，从而可以防止集成电路芯片面积增大。本发明是4个数值的多级升压电路，如果把升压电容8和9增加为3个，就可以设定8个数值的升压倍率。即1倍、1 1/3 倍、1.5倍、1 2/3 倍、2倍、2.5倍、3倍和4倍等8个数值，而依靠检测V_sc进行升压倍率转换的系统，对上面所有的数值都必须设定检测电压，但在本发明中，检测电压可以不变。这样，按照本发明可以很简单地构成升压电路的系统。

图10是多级升压电路7的具体构成。晶体管Tr1至Tr7是用来切换电容器的场效应管，用1千赫的升压时钟控制这些场效应管的导通/截止。虚线框32是周知的可逆计数器，依靠其2比特输出的SA和SB端的组合，可以保持4个数值的升压倍率。图11表示了SA、SB和升压倍率的关系。可逆计数器32的输入信号 Mup是以V_ss检测电路11输出的信号，是V_ss低于V_up（1.2伏）时输出的时钟脉冲，“0”电平有效。同样地， Mdown是V_ss超过V_down（2.0伏）时输出的时钟脉冲。这样，根据V_ss检测电路11的输出就可以进行升压倍率的切换。今后，对于逻辑信号的说明，我们使用“0”和“1”表示，“0”表示辅助电容器10的负端（V_ss端），“1”表示辅助电容器10的正端（V_DD端）。33是升压基准信号生成电路，它根据分频器输出的标准信号Φ1K和Φ2KM产生并输出作为升压基准信号的CL1和CL2。34是开关控制电路，它输出由上述CL1、CL2和SA、SB译码后的信号，用来控制Tr1～Tr7的通断。图12是上述电路的动作对于各个升压倍率的时间分配图。图13是对于每一升压倍率电容连接的等效电路图。图12中，当Trn为1时，表示Trn（第n个晶体管）处于导通状态。图12（A）是1倍升压时的开关控制信号，晶体管Tr，Tr3，Tr4，Tr5，Tr7通常处于导通状态。这时，电容等效电路如图13（A）所示，将电容器3、8、9、10全部并联连接，因而，高容量电容3的电压V_sc和辅助电容10的电压V_ss相等。图12（B）表示1.5倍升压时的开关控制信号，在信号为（1）的时间内，晶体管Tr1，Tr3，Tr6导通;在信号为（0）的时间内，晶体管Tr2，Tr4，Tr5，Tr7导通。图13（B）是1.5倍升压时的电容等效电路，在信号为（1）的时间内，升压电容器8、9分别被充电到0.5×V_sc，在信号为（0）的时间内，V_sc和0.5×V_sc之和即1.5×V_sc向辅助电容器10充电。同样，图12和图13的（C），表示在2倍升压时，在信号为（1）的时间内，晶体管Tr1、Tr3、Tr5、Tr7导通，在信号为（0）的时间内，晶体管Tr2、Tr4、Tr5、Tr7导通，结果，2×V_sc向辅助电容器10充电。此外，图12和图13（D）表示3倍升压时，在信号为（1）的时间内，晶体管Tr1、Tr3、Tr5、Tr7导通;在信号为（0）的时间内，晶体管Tr2、Tr4、Tr6导通，结果，以3×V_sc向辅助电容器10充电。

图10中的信号“OFF”，在满足条件V_sc≤V_oN （0.4伏）时，即瞬间起始状态时为1，这时，升压基准信号生成信号33停止输出，Tr1～7全部变为截止，不再进行升压。此外，予先把可逆计数器32的输出SA和SB的初始值都设定为1，当瞬时起动被解除时，便可从3倍升压开始起动。

图14是V_ss检测电路的具体实施例，SP1.2和SP2.0是采样信号，信号为“1”时电路工作，信号为“0”时，为了不消耗电能，电路处于保持状态。虚线框35内是周知的稳压电路，它的输出表示为V_REG。36是V_ss检测用的电阻，37是产生基准电压的电阻。其中间抽头分别设定为：

当V_ss＝1.2伏时，

{VM = W}_{RBG} \frac{r_{1}}{r_{1} {+r}_{2} {+r}_{3}}

当V_ss＝2.0伏时，

{VM = W}_{RBG} \frac{r_{1} {+ r}_{2}}{r_{1} {+r}_{2} {+r}_{3}}

38是传输门电路，当检测到V_ss为1.2伏或为2.0伏时，便对检测电压进行切换。39是比较器，利用它对V_ss和检测电压的大小关系进行比较。40是主锁存器，利用 R1.2的前沿，把比较器39的输出锁住。同样，41也是主锁存器，利用 R2.0的前沿锁住比较器39的输出信号。42是周知的微分电路，当主锁存器40、41的内容变化时，就输出 Mup或 Mdown的时钟脉冲，从而改变图10中的可逆计数器32的内容。Φ8、Φ64、Φ128是分频器输出的基准信号，为了下一次进行采样，Φ8用于把主锁存器40、41及微分电路42的输出作为初始值。图15是时间分配图，用以说明上述动作。左半部分是V_ss＞2.0伏时的时间分配图，右半部分是V_ss＜1.2伏时的时间分配图。R2.0、SP2.0、R1.2和SP1.2每2秒从后述采样信号生成电路输出1次。当V_ss＞2.0伏时，输出 M_down信号后，使升压倍率降低一级，当V_ss＜1.2伏时，输出 Mup后，升压倍率提升一级。

下面说明瞬间启动电路。它的目的在于，当在Vsc从0.4伏以下变到0.4伏以上的转变点，能平滑地而且正确无误地转移到升压动作。在上述转变点，必须开始升压，而为了开始升压，振荡电路必须起振而使电路动作。但是，如果转变点的电压低于0.4伏，到了转变点当然也不会升压，因而电路也无法工作。此外，若把转变点设定在电路能动作的电压上，那么引入升压系统也就毫无意义了。为了解决上述问题，可以利用瞬间启动电路，在转变点采用与升压电路不同的方式使电压Vss成为高电压。其具体构成电路如图16所示。如果Vsc检测电路6检测出Vsc＜VoN（0.4伏），则“OFF”信号为“1”电平，于是短路晶体管Tr15截止。在根据“OFF”信号将图10中的升压电路进行初值设定的同时，使晶体管Tr1～Tr7全部截止。在这个状态下，如果发电机开始工作，虽然充电电流i会流过电容器3，但这时串联电阻16却要产生i×（它的阻值）＝V的电压降。也就是说，只要有电流i流动，电压V+Vsc就会加于辅助电容器10的两端。在瞬间起动时，虽然晶体管Tr3和Tr4截止，但通过其寄生二极管43仍可使前述电压V+Vsc对辅助电容器10充电。此外，辅助电容器10还起着平滑电容的作用，以后，只要V+Vsc向辅助电容10充过电，电路就可以工作。串联电阻16的阻值，只要设定得使（它的阻值）×i＝V大于VoN（1.2伏）就行了。此外，“OFF”信号的设定要使在振荡停止、电路不工作时也为“1”电平。这样，瞬间起动电路的起动就不会有问题了。进而，在Vsc超过VoN，进入升压工作状态时，便使短路晶体管Tr15导通，保证在由发电线圈1、整流二极管2和高容量电容3构成的充电通路中不会有多余阻抗，以提高充电效率。若Vsc上升到超过转变点时，当然发电机也将开始工作，从而有充电电流流动，于是，在进行瞬间启动动作的转变点可以使Vss达到高电压，因此，按照本发明，电路系统可在转变点工作，并且可以平滑可靠地转移到升压动作。此外，为了使手表在发电机工作时可靠地工作，本发明的瞬间起动电路在高容量电容的电压低于0.4伏时也可以简单地监视手表动作。也就是说，对工厂出厂时的动作检验和商店的出售宣传发挥了很大的效果。

图17是本发明为了检测四种电压的采样信号发生电路。所谓四种电压检测，系指Vss检测电路11中对Vup和Vdown的检测以及在Vsc检测电路中的对VoN和V_Lim的检测。Φ256M、Φ1/2、Φ64、Φ128M、Φ16、Φ32分别是从分频器输出的基准信号，对它们译码后，就可以生成各采样信号。 R_2.0、 R_1.2、 R_Lim、 R_0.4分别是从各比较器的锁存器取出的信号，SP_2.0、SP_1.2、SP_Lim、SP_0.4是用于使各检测电路动作的信号。图18是各生成过程的分配图。此处，将采样脉冲的顺序，特别是将Vss达到Vdown（2.0伏）时用于使升压倍率降低一级的检测信号SP_2.0和Vsc达到VoN（0.4伏）时用于进入升压动作的检测抽样信号SP_0.4按本实施例的顺序进行设定，就能发挥很大效果。图19（A）中给出了本发明的采样脉冲顺序动作的示意图，图19（B）给出了使采样脉冲顺序倒过来的动作示意图。首先，在图19（B）中，假定在SP_0.4的脉冲a输出之前，是处于Vsc小于VoN（0.4伏）的瞬间起动状态，而在输出SP_0.4的脉冲a时，变为Vsc≥VoN，瞬间起动被解除，转变到了3倍升压状态。这时，Vss应从瞬间起动状态的电压下降到1.2伏（0.4伏×3），但实际上并不是在一瞬间跌落到1.2伏，而是以某一时间常数下降的。这时，如果在瞬间起动时电压Vss处于足够高的电平（Vss＞2.0伏），就要发生下述问题：也就是在图19（B）的P1点，Vss开始向1.2伏下降，在到达P2点输出SP_2.0的脉冲a后，如果还处于Vss＞2.0伏的状态，则不管瞬间起动解除时是否处于3倍升压状态，也要变为2倍升压状态。于是，在Vss下降到0.4伏×2＝0.8伏之前，到达电路动作电压的下限时，电路便停止工作。因此，在Vsc充电到0.6伏之前，不能进入正常升压动作，从而使手表充电停止到开始工作之间的时间延长，使用起来非常不方便。前述之所以取Vsc＝0.6伏，是为了即使瞬间起动解除时变为2倍升压状态，也可使Vss＝2×0.6伏＝1.2伏，从而确保电路动作正常。因此，在图19（A）所示的本实施例中，按下述方法解决了以上问题。根据这个方法，使SP_2.0和SP_0.4的顺序和图19（B）所示的顺序相反，从而使从SP_0.4输出到下一个SP_2.0输出的时间变长。按照本发明，这一时间为2-0.047＝1.953秒，而在图19（B）中，这一时间为0.047秒。首先，在输出SP_2.0的脉冲a时，电路还处于瞬间起动状态，与升压倍率的转变没有关系，接着，如果输出SP_0.4的脉冲a，则瞬间起动解除，转变到3倍升压状态。在P1点，Vss开始向1.2伏下降。此处，由于从输出SP_0.4的脉冲a到输出SP_2.0的脉冲b的时间为1.953秒，足够长，因此，在输出SP_2.0的脉冲b的P2点，Vss变得小于2.0伏，也就是说，在输出SP_2.0的脉冲b时，可以不进行检测，而使升压倍率保持在3倍的状态。具体地说，从SP_0.4到下一个SP_2.0的时间，可按如下公式进行设定，亦即只要设定得比从公式

｛（i×r+VoN）-VoN×N｝e×p（- (T)/(CR) ）+VoN×N＜Vdown

求出的T（秒）长就行了。式中，

i：从交流发电机得到的最大电流值，

r：串联电阻16和高容量电容器3的内阻之和，

VoN：0.4伏，

N：升压倍率（本实施例中N＝3），

C：辅助电容器10的容量，

R：多级升压电路7中的开关晶体管Tr的等效电阻，

Vdown：2.0伏。

上式表示，在瞬间起动解除时Vss充电到i×r+VoN，并从这个电压开始以时间常数CR下降到VoN×N（1.2伏），该式成立的条件是：从瞬间起动解除开始，经过T秒后，电压Vss低于Vdown（2.0伏）。

这样，根据本发明，只需调整采样脉冲SP_2.0和SP_0.4的输出时间，就可以从瞬间起动状态可靠地转变到升压工作状态。从逻辑关系上来说，只需要调整图14的采样信号生成电路的译码条件就可以了，不必追加任何东西。因此引入升压电路的目的，就在于如果高容量电容的电压Vsc大于0.4伏，即使发电机不工作，也可以保证手表能动作。

Claims

1、带发电装置的电子手表，它由发电装置、整流电路、可充电二次电源、过充电保护电路构成；发电装置至少由转子、定子、线圈和使上述转子转动的机构构成，它把机械能转换为电能；整流电路将前述发电装置线圈中所感应的交流电动势进行整流；可充电二次电源把上述整流电路整流得到的电能积蓄起来；过充电保护电路用来防止上述二次电源的过充电；这种带发电装置的电子手表的特征在于，将上述由开关元件和整流元件串联而形成的过充电保护电路与构成上述发电装置的线圈并联连接，设置一给所述二次电源升压的升压电路，该升压路以升高的电压对一辅助电容充电，所述二次电源与一负载电阻串连，另外，还设置有充电控制电路，当上述辅助电容或上述二次电源的电压低于所定值而上述发电装置的充电电流流入上述二次电源时，该充电控制电路便用由所述负载电阻和所述二次电源组成的串连电路两端产生的电压控制对辅助电容的充电。

2、根据权利要求1所述的带发电装置的电子手表具有以下特征：

上述整流电路由在上述线圈和上述二次电源之间串联连接的第1二极管来构成;上述过充电保护电路由与上述线圈并联的开关元件和第2二极管构成;上述第1二极管和第2二极管的负极分别与构成上述发电装置的线圈的一个端点A相连接;与上述第2二极管的正极相连接的前述开关元件的另一端及与上述第1二极管的正极相连接的上述二次电源的另一端通过所述负载电阻分别与上述线圈的另一端点B相连接。

3、根据权利要求1所述的带发电装置的电子手表具有以下特征：它具有第一电压检测电路，该第一电压检测电路将上述二次电源的电压与所定的电压VoN进行比较并检测;此外，还设有阻值可变电路，该阻值可变电路根据上述第一电压检测电路的检测结果，可以改变上述负载电阻的阻值。

4、按权利要求1所述的带发电装置的电子手表的特征是：前述阻值可变电路由与前述负载电阻并联的短路用开关元件构成;并且还设有控制上述升压电路的动作的控制电路，当第一电压检测电路检测出前述二次电源的电压低于VoN时，就使上述短路开关元件截止，并使上述升压电路的动作停止;当上述二次电源的电压高于VoN时，则使上述开关元件导通，并使上述升压电路工作。

5、按权利要求1所述的带发电装置的电子手表的特征是：上述升压电路是一个可以转换升压倍率的多级升压电路，它具有第2电压检测电路，用来将上述辅助电容的电压和所定的电压进行比较并检测，此外，还具有根据上述第二电压检测电路的检测结果控制升压倍率转换的控制电路。

6、按权利要求5所述的带发电装置的电子手表具有以下特征：上述第一电压检测电路和第二电压检测电路的动作，按给定的周期间歇式地进行，并且它们各自的动作不是同时进行的，第一电压检测电路的动作总是在第二电压检测电路的动作之后进行。

7、按权利要求5所述的带发电装置的电子手表具有以下特征：上述第一电压检测电路和第二电压检测电路的动作，以所定的周期间歇式地进行，并且它们各自的动作不是同时进行的，第一检测电路的动作和下一次第二电压检测电路的动作之间的时间差，设定为大于某一所定的时间。