DE3106654A1

DE3106654A1 - Elektronisches miniaturgeraet, insbesondere elektronische armbanduhr

Info

Publication number: DE3106654A1
Application number: DE19813106654
Authority: DE
Inventors: Mario Geneveys-sur-Coffrane Dellea; Henri Jean Corcelles Oguey; Hans-Rudolf Pieterlen Sutter
Original assignee: Bulova Watch Co Inc New York Filiale Biel 2500 Biel; Bulova Watch Co Inc
Current assignee: MIGOWSKI, FRIEDRICH-KARL, 7260 CALW, DE
Priority date: 1980-03-07
Filing date: 1981-02-23
Publication date: 1981-12-17
Also published as: FR2477799B1; CH632384GA3; CA1164226A; CH632384B; GB2071366A; FR2477799A1; JPS56139039A; CH627612GA3; GB2071366B; CH627612B

Description

Elektronisches Miniaturgerät, insbesondere elektronische Armbanduhr

J)ie Erfindung betrifft ein elektronisches Miniaturgerät mit einer das Gerät mit Strom versorgenden Speiseeinheit, die einen Gleichspannungserzeuger Ait einem Konverter zur Umwandlung von nichtelektrischer in elektrische Energie und einen durch den Gleichspannungserzeuger aufladbaren Pufferakkumulator aufweist, und einer elektronischen Vergleichsschaltung, welche das Arbeiten der Speiseeinheit überwäoht und durch Vergleich von elektrischen Grossen die Betriebsweise der Speiseeinheit festlegende elektrische Steuersignale erzeugt. Insbesondere handelt es sich um eine elektronische Armbanduhr»

Unter dem Begriff "Miniaturgerät¹¹ ist ein tragbares Gerät, ein Instrument oder ein Apparat mit kleinen Abmessungen und einem sehr geringen lieistungsverbrauch zu verstehen. Man ist daher bestrebt, ein Gerät mit einer kompakten Speiseeinheit und möglichst kleinen Energieverlusten zu schaffen. Eine Armbanduhr ist ein typisches Beispiel eines solchen Miniaturgerätes bzw. -instrumentea. Andere Anwendungen sind beispielsweise digital anzeigende Thermometer, am Körper tragbare Ueberwachungsinstrumente, wie etwa Pulsfrequenzmesser oder andere biomedizinische Zwergapparate, Personensuchgeräte, fernes? Miniaturrechner od* dgl., d.h. ganz allgemein miniaturisierte, elektronische Geräte, in welchen eine Gleichspannung durch Umfortung aus einer anderen Energie erzeugt wird.

Miniaturgerate: mit einem eine elektrische Spannung abgebenden Energiekonverter; sind an sich bekannt. So kennt man seit Jahren elektronische Rechner, Uhren u. dgl. mit sog. Solarzellen, die das einfallende Licht direkt in elektrische Energie für den Betrieb der Stromkreise umwandeln. In neuerer Zeit sind auch thermoelektrische Armbanduhren vorgeschlagen worden, d.h. Uhren, bei denen die Energie für den Betrieb mit Hilfe von Thermoelementen erzeugt wird, welche die Temperaturdifferenz zwischen dem beim Tragen warmen Gehäuseboden und dem von diesem thermisch isolier-

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ten, kälteren äusseren Gehäuseteil ausnützen* Selbst "bei Verwendung einer sehr grossen Anzahl von in Reihe geschalteten Thermoelementen ist die zur Verfügung stehende Gleichspannung noch, sehr gering, so dass man gezwungen ist, die Gleichspannung mit Hilfe eines Zerhackers, eines Transformators und eines Gleichrichtern heraufzusetzen.

Wie eingangs erwähnt, umfasst die Sjseiseelnheit des niniaturgerätes ausser dem Gleiohspannungserzeuger, der abgesehen vom Energiekonverter Mittel zur Aenderung der vom Konverter abgegebenen Spannung aufweisen kann, einem durch den Oleichspannunnserzeuger aufladbaren Akkumulator. DieBer kann die Speisung des Gerätes während vorbestimrater Arbeitsphasen des Gerätes übernehmen und sorgt vor allem dafür, dass das Gerät auch funktioniert, wenn der Gleichspannungser2euger vorübergehend zu. wenig Energie liefert bezw. eine zu geringe Spannung tut den einwandfreien Betrieb des Gerätes abgibt.

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Dass in einem derartigen Gerät mit ^inem Pufferakkumulator eine Ueberwachung des' Funktionieren« der äpeiseeinheit stattfinden muss, ergibt sich von selbst* Vor allem muss festgestellt werden, ob der Akkumulator zu laden ist. ©in wesentliches Kriterium hierfür ist die jeweilige Leistung d&s Bnergiekonvertor3. Man könnte nun, wie dies im allgemeinen elektrotechnischen Gerätebau und auch bei elektronischen Miniaturgeräten üblich iot, die Spannung des Gleichspannungserzeugers; dauernd mit der Spannung des Akkumulators vergleichen und bei ungenügender Spannung des GIeichspannungserzeugers diesen ixicht weiter belasten, bis sein Energieniveau erneut einen vorbestimmten Wert angenommen hat.

Eine derartige permanente Ueberwachüng der Arbeitsweise der beiden Hauptbestandteile der Speiseeinheit (GIeichspannungserzeuger mit Energieumfarmer und Akkumulator) ist unwirtschaftlich und verursacht vor allem bei miniaturisierten elektronischen Geräten, die mit schwachen Energiequellen betrieben werden und nur eine äusserst geringe Leistungsaufnahme haben dürfen, unnötige Energieverluste.

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Die Erfindung basiert u.a. auf der Beobachtung, dass bei Miniaturgeräten der hier in Präge stehenden Art normalerweise keine häufigen oder sehr brüsken Aenderungen der Arbeitsweise de3 Energiekonverters auftreten« Besonders bei der Verwendung thermoelektrische Elemente arbeitet der Konverter mit einer grossen Trägheit. Eine ununterbrochene Ueberwächung erübrigt sich folglich, womit sich die Möglichkoit eröffnet, den Energiehaushalt durch eine Herabsetzung des Stromvorbrauchs au verbessern.

Unter Ausnutzung dieser Erkenntnisse weist gemäa3 der vorliegenden Erfindung das elektronische Miniaturgerät einerseits Mittel zur Festlegung von diskreten, zeitlich voneinander distanzierten Messintervallen und andererseits Mittel zur Aktivierung der Vergleichsschaltung während dieser Messintervalle auf.

Dank der Tatsache, dass die Üeberwachung der Speiseeinheit nicht mehr permanent durchgeführt wird, sondern lediglich während der beispielsweise periodischen Messintervalle stattfindet, führt zu einer Reduktion des Geeamtstromverbrauohs des Gerätes. Dies kann bei Miniaturgeräten, wo der Energiehaushalt oft sehr kritisch ist, von entscheidender Bedeutung sein. Ausserdem hat man es in der Hand, die Auslösung der Meesintervalle, deren Dauer mit Vorteil sehr kurz und konstant ist, zeitlich derart zu steuern, dass die Vergleichsmessungen jeweils stattfinden, solange der Stromverbrauch im Gorät keinen Schwankungen unterworfen ist (also ausserhalb der von Motorimpulsen od. dgl. beanspruchten Zeit). Auf diese 'v/eise lassen sich einwandfreie und eindeutige Kriterien für die Steuerung des Gerätes ableiten. Die Einhaltung dieser Bedingung ist im Falle einer permanenten Üeberwachung nicht gowährleistet.

Falls das Miniaturgerät eine Gleichrichterschaltung umfasst, die eine zerhackte und transformierte Spannung gleichrichtet (beispielsweise eine thermoelektrische Armbanduhr), stellt sich ein weiteres Problem. Die für die Gleichrichtung geeigneten Dioden haben, auch wenn es sich um integrierte Dioden handelt, eine Gchwellonspannung von ca. 0,5 bis 0,6 V. Da die benötigte Speisespannung bei Miniaturgeräten normalerweise sehr gering ist (typischer Wert: 1,5 V), ist man beispielsweise bei Verwendung von zwei Gleichrichterdioden gezwungen, eine Wechselspannung zu erzeugen, die etwa das Doppelte der Spannung beträgt, die man zur Verfügung

haben müsste, falle die Dioden schon "bei den geringsten Spannungen ansprechen und den Strom leiten würden« Dadurch treten wesentliche Nachteile auf (Leistungsverluste, weniger kompakte Bauart deo Transformators etc.)· Diese Nachteile lassen sich im Sinne 0:1.1103 weiteren Erfindungsgedankens mit Hilfe einer Gleichrichtersc'.ialtung "beheben, welche anstelle von Dioden steuerbare Halbloitorc·: omente oder durch elektrische Felder gesteuerte, integrierte I-Tikroschalter umfasst, die durch den Zerhacker oder durch dieaon ateuernde Mittel synchron gesteuert sind· Derartige synchron /-.5.9s heuerte Gleichrichterelemente verbrauchen äusserst wenig Energie und lassen sich praktisch ohne zusätzliche Kosten auf dem gleichen Chip integrieren wie die übrigen Schaltkreiselemente den iüniaturgerätes (zumindest auf dem gleichen Chip wie die Stromkreiskomponenten der Zerhackerschaltung)·

Basierend auf dieser Idee kann man beispielsweise die transformierte Wechselspannung, die sinusförmig, sein kann oder aus einer Folge von Impulsen entgegengesetzter Polarität besteht, mit integrierten MOS-Feldeffekttransistoren gleichrichten, die direkt von einer lpgische Elemente enthaltenden Synchronisationsschaltung gesteuert v/erden, welche auch den Zerhacker steuert. Man. könnte aber auch eine Impulsfolge für die Steuerung dsr die Gleichrichtung bewirkenden Transistoren oder dar sonstigen als steuerbare Schaltelemente funktionierenden Komponenten direkt vom Zerhacker ableiten, wodurch sich der für die einwandfreie? und weitgehend vorlustfreie Arbeitsweise notwendige Synchronismus zwischen Zerhacker und. Gleichrichterteil ebenfalls erreichen lässt.

Anstelle von Transistoren kommen je nach "Umständen auch stetierbare Schaltelemente anderer Art infrage, beispielsweise integrierte Mikroschalter, die durch ein elektrisches Feld botötigt werden· So sind bereits Mikroschalter dieser Art bekannt, die Teil einer integrierten Schaltung bilden können und sich nach den für integrierte Schaltungen gebräuchlichen Technologien (klassische photolithographische und IC-Prozesstechnik) fertigen lassen. Solche Schalter haben eine Hauptabmessung von weniger als 0,1 mn und können im wesentlichen aus einer beweglichen, mit einem Hotall überzogenon Silikondio;:ydlamelle und einem Gegenkoirbakt bestehen.

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Nachfolgend ist anhand der Zeichnung ein Ausführungsbei-3piel der Erfindung beschrieben. Es handelt sich hierbei um eine elektronische Armbanduhr mit analoger Anzeige und einem eine verhältnisraässig grosse Anzahl von Thermoelementen umfassenden Thermogenerator, der die Temperaturunterschiede zwischen Handgelenk und Umgebung ausnützt und die zum Betrieb der Uhr notwendige Energie liefert.

Auf der Zeichnung stellen dar:

Pig. 1 ein teilweise vereinfachtes Schaltungsschema der Elektronik der Uhr,

Pig. 2 ein Impulsdiagramm.

Die in Pig. 1 schematisch veranschaulichte Uhr besitzt als Zeitnormal einen Quarz Q mit einer Frequenz von z.B. 32768 Hs. Ein Frequenzteiler DIV reduziert diese Frequenz auf 1 Hz (Ausgang c). Am Ausgang a wird eine Spannung mit einer Prequenz von 8192 Hz entnommen, während die Frequenz am Ausgang b 64 Hz beträgt. Diese drei Frequenzteilerausgänge speisen eine Dekodierschaltung DEO, welche in an sich bekannter Weise mit Hilfe von logischen Schaltmitteln verschiedene Zeitintervalle definiert (Länge der Motorantriebs impulse, Kurzschlussdauer der Motorstatorwicklung, Detelctionsintervalle der Vergleichsschaltung).

Die Zeiger der Uhr werden durch einen bipolaren Schrittschaltmotor angetrieben, dessen Statorwicklung IW über die MOC-I¹JiT Treibertransistoren TRl - TR4 gespeist wird. Die Steuerung diosor Transistoren erfolgt durch die Dekodierschaltung DJiO über die MHD-Tore HATTDl und HAHD2 sowie die Inverter ITTVl und IITV2.

Die genannte Statorwieklung WJ erfüllt zugleich die Punktion einer Sekundärwicklung eines Spannungstransformatorrj. Diesex- umfasst ferner einen gestreckten ferromagnetischen Kern 00 sowie eine zweiteilige Primärwicklung FfJl_f PV/2 bzw. eine Primärwicklung mit einer Mittelanzapfung. Letztere ist mit dom elektrischen Plus-Pol des Thermogenerators TG verbunden. Zwischen dem Minus-Fol des Generators TG· und den Endanschliissen der Primärwicklung PWl, PV/2 befinden sich die Source- mid Drainanschlüsse von zwei im

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Gegentakt über die UföD-Tore AUDI und -AHD2' gesteuerten MOf;-.7DT Zerhackertransistoren TR5 und TR6·

Der Thermogenerator TG- liefert eine feusserst geringe Spannung. Dementsprechend muss der Spannunget^ansformator ein -vergleichsweise hohes Übersetzungsverhältnis haben»

Die in der Wioklung MW induzierte Wechselspannung ihuör, um. eine Speisung der Stromkreise au ermöglichen, gleich f-eric¹;.bot werden. Zu diesem Zwecke sind aufg;rurtd der weiter oben dargelegten Verhältnisse anstelle von Dioden vier MOS-RIj)T Schal transistoren TU7 - TRIO vjarhanden, die einen Vollweggleic-iric^ter bilden und direkt mit einem Pufferaldcumulator ACC verbunden sind. Die Aufgabe des Akkumulators ACO besteht darin, die Stromkreise der Uhr zu speisen» wenn die vom Thermogeaerator erzeugte Spannung unter ein bestimmtes Hlveau sinkt (beispielsweise, wenn die Uhr vorübergehend nicht am Arm getragen, wird). Zusätzlich dient der Akkumulator jeweii als Spei36stromquelle über die Dauer gewisser kurzer Intervalle, und zwafc insbesondere zur Speisung der Motorgtatorwicklung WtI mit AntriebgirnfJUlsin.

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Die Zerhackertransistoren TH5# .Ötß (iber AIiDl und A1TO2) und die Schalttransistoren TR7 - THlO (über AiTD3, IHV3 sowie ATTD4, INV4) vrerden synchron gesteuert durch die j UND-Tore A1TD5 und kKS)6, die ihrerseits an die Inverter I£JV5 und I$JV6 angeschlossen sitid.

I>!an erkennt, dass die Speiaeeiiihelt ies Gerätes einerseits einen den Thermogenerator TG, den Zerhacker und den Gleichrichter umfassenden Gleichstromerzeuger und andererseits den Akkumulator ACO umfasst.

Würde man keine besonderen HasSitahmeaitreffen, dann könnte sich der Akkumulator ACC über die Transistoren TR7 - TRIO und die Wicklung M entladen, falls die vom Gleichrichter gelieferte Spannung unter das Mveau dea? Akkumulatorspannung sinkt. Aus diesem Grunde ist eine Vergleichs schaltung COIlP vorgesehen, deren JJingang durch die in der Spule MV/ induzierte Spannung gespeist i3t, und deren Ausgang den Zustand eines J?lip~Flops W festlegt. Dieser hat drei Eingänge* nämlich D (data), OK (clock) und R (reset) sowie einen Ausgang Q.

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Die Vergleichssclaaltung COMP wirkt sozusagen, als Detektionsschaltung, welche die an 1-TiV abgenommene Spannung gleichrichtet und mit der Spannung des Akkumulators ACC vergleicht. Ein ODER-Tor ORl aktiviert oder "blockiert je nach dem Zustand seiner Eingange die Zerhackertransistoren TR5 und TR6.

Die in ihrem Aufbau beschriebene Schaltung hat die nachfolgend erläuterte Wirkungsweise:

Aus dem Impulsdiagramm nach Pig. 2 ergibt sich in Verbindung mit den Bezeichnungen der Ausgänge der Delcodierschaltung, dass diese jede Sekunde einen Impuls MDSG abgibt, dessen Länge im Beispiel ca. 20 ms beträgt. Zudem erscheint jede Sekunde abwechslungsweise ein MDCl-Impuls oder ein MDC2-Impuls mit einer Dauer von je ca. 10 ms. Die im Impuls-Diagramm ersichtlichen 8192 Hz Impulsztige sind zwecks besserer Uebersichtlichkeit in einem anderen Zeitmassstab illustriert (Länge im Vergleich su den anderen Impulsen um das 40-fache gestreckt).

Es sei angenommen, dass durch entsprechende Koinzidenz der den Eingängen der Dekodierschaltung DEC zugeführten Impulsfolgen (vergl. die im Diagramm nach Pig. 2 erkennbare 8192 Ils Impulsfolge a) zunächst ein Impuls MDC2 erzeugt wird. Dadurch wird der n-channel-Transistor TR4 leitend. Obschon gleichzeitig am Ausgang IJDSC auch ein Impuls erscheint, kann der p-channel-Transistor TR3 nicht leiten, da am Ausgang des Inverters IW2 kein Signal erncheirst und somit das am Ausgang des HAND2-Tors auftretende Signal diesen Transistor sperrt. Es ergibt sich des v/eiteren (vgl. Pig. 2), dass der p-channel-Trans is tor TRl in don leitenden Zustand Ubergolit, wogegen TR2 (n-channel) gesperrt bleibt. In diener V/eise erhält die Statorwiclclung einen Antriebs impuls, dessen Dauer der Länge des Impulses MDC2 entspricht. In analoger V/eise werden die Transistoren TR2 und TR3 leitend und die Transistoren TRl und TR4 gesperrt, sobald ein MDGl-Impuls abgegeben wird. Dies bedeutet, dass der Motor zu Beginn der nächsten Sekunde einen Antriebsimpuls entgegengesetzter Polarität erhält.

Dom Impulsdiagramm ist zu entnehmen, dass jode Sekunde vom Dekodierer DEC ein mit dem Motorsteuerimpuls MDGl bzw. MDC2 be~ ginnender, jedoch ca« 20 ms dauernder Impuls MDSO abgegeben wird.

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Dieser Impuls gelangt auf je einen Eingang der Tore NATTDl und HAHD2 xmd hat jeweils im Anschluss an jeden Motorimpuls zur Folge, dass über eine Dauer von ca. 10 ma die Transistoren Till und TR3 leiten und die Transistoren TR2 und TR4 sperren (Kurzsciiluor^ intervall). Zwischen zwei MDSC-Impulsen bleiben sämtliche- Troibertransistoren TRl - TR4 gesperrt.

Der a-Ausgang dss Frequenzteilers Überträgt 8192 Hr, an je einen Eingang des Tora AIID5 und des Tore AHD6 (über inVf>)· Dies bedeutet, dass von den Ausgängen dieser Tore in Gegenphasc wirkende 8192 Hz Irapulsserien abgegeben werden, solange kein MDSC-Impuls vorhanden ist« Diese Impulse sind im Diagramm nach Fig. 2 mit ORCl und CH02 (chopper and rectifier control) bezeichnet. Die Impulse CROl (vom UND-Tor AHD5) sowie 0RC2 (vom UND-Tor AED6) dienen einerseits zur Steuerung der Zerhaclcertransistoren TR5 und TR6 (über die UBD-Tore AND2 und AlCDl) und andererseitszur Steuerung der die Gleichrichtung der in der Wicklung MW induzierten Wechselspannung bewirkenden Transistoren TR7 - TRIO (über A1TD3 und IITV3 bzw. AND4 und IHV4·). Daraus erkennt man das synchrone Arbeiten von Zerhacker und Gleichrichter. Selbstverständlich muss hierbei der Eingang des Gleichrichters derart mit den Anschlüssen der Sekundärwicklung verbunden werden, dasa die Polarität der Gleichspannung am Gleichrichterausgang mit derjenigen des Akkumulators ACC übereinstimmt.

Infolge der Gegenphasenlage der den UHD-Toren AITD2 und AKDl zugeführten 8192 Hz Impulsen arbeiten die Zerhackertransistoren TR5 und l'R6 im Push-Pull-Betrieb, wodurch eine maximale Ausnützung der vom Thermo generator abgegebenen Energie f;owährleistet iBt. Dies ist auch der Anlass, v/eshalb die Gleichrichtung im Vollwegbetrieb erfolgt. Allerdings findet aus weiter unten erläuterten Gründen die Gleichrichtung nur statt, solange am Ausgang Q des Flip-Flops I¹F ein Signal vorhanden ist. Aus der logischen Funktion von AITD3 und IHV3 resultiert ein leitender Zustand des p-channel-Transistors TR? und des n-channel-Transistors TR8, wenn an einem Eingang des Tors ΛΉΏ3 ein 8192 Hz Impuls vorhanden ist (und zugleich der FF-Ausgang Ί c.lr Signal abgibt). Die vom AHD6-Tor und dem Tor A1TD4 gesteuerten Transistoren TR9 und TRIO arbeiten in Gegenphase zu den Transistoren TR7 und TR8. Die von den Ausgängen von A1TD3 und ΛΤΠΜ- ab-

gegebenen Impulsfolgen sind im Irapulsdiagramm veranschaulicht und mit den Bezeichnungen CRl bzw. CR2 vorsehen.

Grundsätzlich wäre es beispielsweise durch dauernde Ueberwachung der vom Thermogenerator TG abgegebenen Spannung und Peststellung der Relation zwischen dieser Spannung und der Spannung des Akkumulators ACC möglich, einen kontinuierlichen Vergleich vorzunehmen (zwecks Ausserbetriebsetzung des Gleichrichters bei ungenügender Spannung de3 Thermogenerators). Man könnte aber auch eine andere unmittelbar oder mittelbar von der Thermogeneratorspannung abhängige elektrische Grosse für diesen Ueberwachungsvorgang heranziehen, wie etwa die Richtung und/oder das Ueber- bzw· Unterschreiten einer vorgegebenen Schwelle des zwischen Gleichrichter und Pufferakkumulator fliessenden Stromes.

Aus den bereits weiter oben dargelegten Gründen will man jedoch die mit einer permanenten Ueberwachung verbundenen Nachteile in Uebereinstimmung mit der Erfindung dadurch beheben, dass man die Vergleichsschaltung lediglich während vorbestimmter Hessintervalle aktiviert.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel findet ein solcher Vergleichsvorgang periodisch statt, und zwar einmal pro Sekunde über die Dauer des von der Dekodierschaltung abgegebenen MEAP-Messimpulses. Dieser Messimpuls wird jeweils direkt nach Ende des MDSC-Impulses auf die Vergleichsschaltung COMP übertragen und hat eine Dauer von ca. 10 ms (vgl. Impulsdiagramm). Das Messintervall ist somit sehr kurz im Vergleich, zu einem vollen Zyklus, der eine Sekunde dauert, ΐ/ährond der Mesodauer stellt die Detektions- und Vergleichsschaltung COT-TP das Verhältnis zwischen der Spannung des Akkumulators ACC und einer durch Gleichrichtung der in der Wicklung MW erzeugten Wechselspannung gewonnenen Gleichspannung fest und aktiviert den Flip-Flop P?, so dass am Ausgang Q ein Signal erscheint, sofern die vom Thermogenerator über den Transformator abgeleitete und gleichgerichtete Spannung innerhalb eines bestimmten "Bereiches liegt bzw. einen gewissen V/crt überschreitet. Dieser 7fert richtet sich nach der Akkumulatorspannung. Man könnte jedoch don Vergleich auch mit einer dtirch eine Zenerdiode stabilisierten Referenzspannung vornehmen. Der Flip-Flop FF wird jeweils am Anfang eines Gokundenintervalls

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durch einen ebenfalls von der Dekodierschaltung DEC abgeleiteten Impuls MMYR (memory reset) zurückgestellt (vgl. Impulsdiagramm). Es ergibt sich daraus, dass der Flip-Flop FF über die gesamte Dauer des Impulses MDSO sowie des daran anschliessenden Messimpulses MEAP zurückgestellt bleibt (vgl. Spannungsverlauf FF-Q im Diagramm).

Das ODER-Tor ORl sorgt über die Tore AKD2 und AiIDl dafür, dass der Zerhacker arbeitet, solange der Flip-Flop FF gesetzt ist. Ausserdem bleibt der Zerhacker über die Dauer des Messintervalls in Betrieb, v/eil der Messimpuls-Ausgang MEAP des Dekodierers DEC zu einem Eingang des Tors ORl führt.

Der Flip-Flop-Ausgang Q ist schliesslich mit je einem Eingang der Tore AND3 und AHD4- verbunden. Folglich können bei zurückgestelltem Flip-Flop keine 8192 Hz Impulse auf die Gates der Transistoren TR7 - TRIO übertragen werden. Diese als Schaltelemente funktionierenden Transistoren des Gleichrichters bleiben dann gesperrt.

Der Flip-Flop FF ist also - abgesehen von dem jeweiligen 30 ms-Abschnltt (vgl. Diagramm FF-Q) - immer gesetzt, es sei denn, die indirekt detektierte Thermogeneratorspannung liege unter einem bestimmten Minimalwert· Solange dieser Flip-Flop gesetzt ist, bleiben Zerhacker und Gleichrichter in Funktion. Wird innerhalb eines 10 ms dauernden Messintervalls festgestellt, dass die Thermogeneratorspannung bzw. die vnn dieser abhängige Ausgangsspannung des Gleichrichters zu gering ist (was die Gefahr einer Entladung des Akkumulators über den Gleichrichter mit sich bringt), dann bleibt der Flip-Flop-Ausgang Q ohne Signal, wodurch bis mindestens zum nächsten Messintervall Zerhacker und Gleichrichter passiv bleiben und die gesamte Energie für den Betrieb der Uhr dem Akkumulator ACC entnommen wird« Der Detektions- bzw. Vergleichsvorgang (Me3Sintervall) wiederholt sich alle Sekunden. Der Zerhacker wird - wie bereits erwähnt - während des Mesointervalls auf jeden Fall mit 8192 Hz Impulsen beaufschlagt.

Im Impulsdiagramm nach Fig. 2 ist davon ausgegangen, dass ein Setzen des Flip-Flops FF nach jedem Messimpuls τγια.Γ, d.'-i. nach jedem llessintervall stattfindet. Nicht graphisch darge-

stellt sind die Impulsverhältnisse, die auftreten, falls die von der Vergleichsschaltung GOMP detektierte IOT-Spannung den Minimalwert nicht erreicht und der Flip-Flop FF nach Beendigung des Ilessintervalls zurückgestellt bleibt. In einem solchen Falle können solange keine 8192 Hz Steuerimpulse ORl und CR2 an den Gleichrichter übertragen werden, bis die Vergleichsschaltung COMP den Flip-Flop FF wieder aktiviert. Ausserdem werden CRCl und CRC2 Impulse nur während der kurzen Messintervalle auf den Zerhacker übertragen. Das Abschälten von Gleichrichtertransistoren und Zerhacker über die Dauer einer ungenügenden Spannungsversorgung wirkt sich auf den Energiehaushalt der Schaltung günstig aus.

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- AS-

Leerseite

Claims

. BttloTCa Watch Company Inc. Ηώ 3Perk, Filiale Biel

Patentanw5!t9 O 1 Γ) Κ Ρ ζ Α

TER MEEß, MÜLLER & STEINMEISTER I

Triftstrasse 4 *

D-8000 München 22 i

2 3. Feb. 1981 I

FiTBHAFSPRü'ECJE

Elektronisches Miniaturgerät, insbesondere elektronische Armbanduhr, mit einer da's Gerät mit Strom versorgenden Speiaeeinheit, die einen Gleichspannüngserzeuger mit einem Konverter zur Umwandlung von nichtelelctrieoh^r in elektrische Energie und einen durch den Gleichsp&nnungfcerzeuger aufladbaren Pufferakkumulator aufweist, und einer elektronischen Vergleichsschaltung, welcher das Arbeiten der GpelBeeinheit überwacht und durch Vergleich von elektrischen G-rössen die Betriebsweise der Speieeeinhelt festlegende elektrische Steuersignale erzeugt, gekennzeichnet durch Kittel (DIVj DEC) zur Pestlegung von diskreten, zeitlich voneinander distanzierten Messintervallen und Mittel zur Aktivierung der Vergleichsschaltung (OOMP) während dieser Messiniervalle.

Miniaturgerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine an mehrere Ausgänge (a, b, c) eines frequenztellers (DIV) angeschlossene Dekodierschaltung (DEO), di|s mit der Vergleichsschaltung (COMP) verbunden und derart ausgebildet ist, dass sie durch Koinzidenz von Impulsen verschiedener Frequenzen Mes3intervalle vorbestimmter Dauer festlegt»

Miniaturgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dekodierschaltung (DSC) derart ausgebildet ist, dass sie periodisch Messimpulse (M13AP) erzeugt,: deren Länge die Dauer der Messintervalle bestimmt.

Miniaturgerät nach einem der Ansprüche 1 bi3 3, mit einem Gleichspannungserzeuger, der einen dem Energieumwandler nachgeschalteten Spannungszerhacker, einen Transformator und einen

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die transformierte Spannung gleichrichtenden Gleichrichter aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichrichterschaltung steuerbare Halbleiterelemente (TR7 - TRIO) oder durch elektrische Felder gesteuerte, integrierte Mikroschalter umfasst, und dass die Steuerung der Gleichrichterelemente durch den Zerhacker (3JR5» TR6) steuernde Mittel (COMP) oder durch den Zerhacker synchron gesteuert wird.

5* Miniaturgerät nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine derartige Ausbildung der die Gleichrichterelemente (TR7 - TRIO) und der den Zerhacker (TR5, TR§) steuernden Mittel, dass über die Dauer des Me$sini*ervalls der Zerhacker im Betrieb und der Gleichrichter ausser Betrieb ist.

6. Miniaturgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergleichsschaltung (COMP) den GIeichspannungserzeuger bis zum nächsten Messintervall ausser Funktion setzt, wenn im Verlaufe einer Vergleichsmessung festgestellt wird, dass das Kriterium für die Speisung des Gerätes durch den Gleichspannungserzeuger nicht erfüllt ist*

7. Miniaturgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Vergleichsschaltung (GOMP) einerseits die von der Sekundärwicklung des Transformators abgenommene Spannung und anderseits die Spannung des Akkumulators zugeführt werden, und dass die Vergleichsschaltung Gleichrichtermittel aufweist, zwecks Vergleich der Ak&umulatorspannung mit der von diesen Gleichrichtermitteln abgegebenen Gleichspannung.

8. Miniaturgerät nach Anspruch 4# dadurch gekennzeichnet, dass die Vergleichsschaltung (COMP) mit Spannungsstabilisierungsmitteln für die Erzeugung einer mit der Spannung des Akkumulators zu vergleichenden Referenzspannung ausgestattet ist.

9. Miniaturgerät nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiekonverter aus einem Thermogenerator (TG) besteht.

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10. Miniaturgerät nach Anspruch 9» ausgebildet als thermoelektrische Armhanduhr, insbesondere Quarzamibanduhr, mit einem Frequenzteiler und einem die Zeiger antreibenden Schrittschaltmotor, wobei der warme Pol des Thermogenerators (TG) durch den Boden des Uhrgehäuses und der kalte Pol durch einen von diesem thermisch isolierten Gehäuseteil gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Me3sintervall !Jeweils an einen auf jeden Motorantriebeimpuls folgenden Motorspulenkurzschlusciinpuls direkt anschliesst»

11. Miniaturgerät nach einem der Ansprüche-4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass^ die Motorantriebsspule (MW) und mindestens eine Wicklung (PWl* PW2) des Transformators auf einen gemeinsamen ferromagnetischen Kern (CO) gewiekelt sind.

12. Miniaturgerät nach Anspruch 10 oder 11* dadurch gekennzeichnet, dass der Zerhacker (TR5» TR6) und:der die zerhackte und transformierte Spannung gleichrichtende Gleichrichter (TR7 TRIO) jeweils über die Dauer von Motorintriebsimpuls und Motorspulenkur ζ Schluss impuls ausser Betrieb:gesetzt sind, und dass der genannte Gleichrichter jeweils auch während des Measintervalls unwirksam ist.

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