DE3842050A1

DE3842050A1 - Quartz timepiece with an analogue display device

Info

Publication number: DE3842050A1
Application number: DE19883842050
Authority: DE
Inventors: Juergen Dold
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1988-12-14
Filing date: 1988-12-14
Publication date: 1990-06-21
Also published as: DE3842050C2

Abstract

A quartz timepiece with an analogue display device has a works, an electrical energy store (8), which supplies said display device, with an operating voltage of approximately 1.2 volts and can be recharged via a photovoltaic arrangement of solar cells (4), and via a monitoring device which monitors the charge state of the energy store (8). Said monitoring device detects the operating voltage of the energy store (8) as input signal and is connected to a liquid-crystal display (3) by means of which a pictogram referring to the charge state is represented. A liquid-crystal display (3) is driven directly by a clock signal of the works via an inductive normal-mode voltage step-up transformer (2) when the operating voltage of the energy store (8) falls below a predetermined voltage value and in a contiguous time interval no longer suffices for reliably driving the works. The monitoring device is, in addition, subjected to the voltage produced by the solar cells (4) and suppresses driving of the liquid-crystal display (3) when the solar cell voltage is near zero volts. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Quarzuhr mit einer analogen Anzeigeeinrichtung, einem Gehwerk, einem diese versorgenden elektrischen Energiespeicher, der über eine photovoltaische Anordnung von Solarzellen nachladbar ist, und mit einer den Ladezustand des Energiespeichers überwachenden Überwachungseinrich tung, die als zu überwachendes Eingangssignal die Betriebsspannung des Energiespeichers erfaßt und die an eine Flüssigkeitskristallanzeige angeschlossen ist, durch die eine Anzeige bezüglich des Ladezustandes darstellbar ist.The invention relates to a quartz watch with a analog display device, a walking gear, a this supplying electrical energy storage, the via a photovoltaic arrangement of solar cells is rechargeable, and with a state of charge of Monitoring device monitoring energy storage device that acts as the input signal to be monitored Operating voltage of the energy storage detected and the is connected to a liquid crystal display, through the one display regarding the state of charge can be represented.

Aus der DE-OS 37 02 993 ist eine Quarzuhr gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bekannt. Steht keine Lichteinstrahlung auf die Solarzellen zur Verfügung, so entnimmt die in der Quarzuhr enthaltene Uhrenschaltung für den Betrieb des Gehwerks dem Energiespeicher Ladung, wobei die Spannung des Energiespeichers absinkt. Sinkt die Spannung des Energiespeichers unter diesen Spannungswert ab, so arbeitet die Uhrenschaltung nicht mehr zuverlässig und die Uhr bleibt stehen. Im Falle einer Uhr mit Analog anzeige ist dies nicht unmittelbar feststellbar, so daß eine Überwachungseinrichtung vorgesehen ist, die an eine Anzeigevorrichtung angeschlossen ist.From DE-OS 37 02 993 is a quartz watch according to the The preamble of claim 1 is known. Stands no light radiation on the solar cells Available, so take the one contained in the quartz watch Clock circuit for the operation of the movement Energy storage charge, the voltage of the Energy storage drops. The tension of the Energy storage below this voltage value, so the clock circuit no longer works reliably and the clock stops. In the case of a clock with analog this is not immediately noticeable, so that a monitoring device is provided, the is connected to a display device.

Die kommerziell erhältlichen Uhrenschaltungen erfor dern eine minimale Betriebsspannung von ungefähr einem Volt. Eine Flüssigkeitskristallanzeige für eine Über wachungseinrichtung benötigt zum Betrieb jedoch eine Spannung von mehreren Volt, so daß eine solche Anzeige nicht direkt an einen Energiespeicher von etwas über einem Volt angeschlossen werden kann. Es könnte eine Spannungsvervielfachung der Betriebsspannung zum Beispiel mit einem Operationsverstärker oder ähnlichem geschaltet werden. Dann steht eine hohe Dauerbetriebs spannung kontinuierlich zur Verfügung, die jedoch den Energiespeicher leistungsmäßig stark belastet.The commercially available clock circuits are required a minimum operating voltage of approximately one Volt. A liquid crystal display for an over monitoring device, however, requires one to operate Voltage of several volts, so that such an indication not directly from an energy store of anything one volt can be connected. It could be one Voltage multiplication of the operating voltage for Example with an operational amplifier or the like be switched. Then there is a high continuous operation voltage is continuously available, but the Energy storage heavily burdened in terms of performance.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die es bei einer solarbetriebenen analogen Uhr gestattet, eine Flüssig keitskristallanzeige bei einer Dauerbetriebsspannung von etwas über einem Volt sicher zur Anzeige zu bringen.Based on this state of the art Invention, the object of a device to create the kind mentioned at the beginning, which it is in a Solar powered analog clock allowed a liquid crystal display at a continuous operating voltage from a little over a volt to display safely bring.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der voll aufgeladene elektrische Energiespeicher eine Betriebsspannung aufweist, die unter der Be triebsspannung der Flüssigkeitskristallanzeige liegt und daß die Flüssigkeitskristallanzeige periodisch entsprechend dem Taktsignal des Gehwerks über einen induktiven Gegentaktspannungsaufwärtswandler direkt angesteuert ist, wenn die Betriebsspannung des Energiespeichers unter einen vorbestimmten Span nungswert fällt und daher bald nicht mehr zur zuver lässigen Ansteuerung des Gehwerks ausreicht. According to the invention, this object is achieved by that the fully charged electrical energy storage has an operating voltage that under the loading drive voltage of the liquid crystal display is and that the liquid crystal display periodically according to the clock signal of the movement by one inductive push-pull step-up converter directly is controlled when the operating voltage of the Energy storage under a predetermined span value falls and therefore soon no longer available casual control of the walking gear is sufficient.

Die zur Ansteuerung erforderliche höhere Betriebs spannung wird in dem induktiven Gegentaktspannungs aufwärtswandler nur in dem Zeitraum erzeugt, der zur Ansteuerung der blinkenden Flüssigkeitskristallanzeige benötigt wird. Damit kann in einfacher Weise mit einer Baugruppe die Flüssigkeitskristallanzeige getaktet und spannungsversorgt werden.The higher operation required for control voltage is in the inductive push-pull voltage boost converter generated only in the period of time to Control of the flashing liquid crystal display is needed. This can be done easily with a Module clocked and the liquid crystal display be powered.

Durch die Beschaltung des Komparators der Über wachungseinrichtung mit einer Diode kann die blinkende Flüssigkeitskristallanzeige unterdrückt werden, wenn die Lichtstärke in der Umgebung der Uhr zum Erkennen der Flüssigkeitskristallanzeige nicht ausreicht. Dabei wird der Solargenerator als Meßwertfühler benutzt.By wiring the comparator of the over Monitoring device with a diode can make the flashing Liquid crystal display can be suppressed if the light intensity in the vicinity of the watch for recognition the liquid crystal display is not sufficient. Here the solar generator is used as a sensor.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, die in einer einzigen Figur ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Überwachungs einrichtung für eine Quarzuhr zeigt.The invention is described below with reference to the drawing explained in more detail in a single figure Block diagram of the monitoring according to the invention device for a quartz watch shows.

Das Blockschaltbild zeigt eine Spannungs-Überwachungs einrichtung für einen Akkumulator 8 einer Quarzuhr mit einer durch einen induktiven Gegentaktspannungs aufwärtswandler 2 angesteuerten Flüssigkeitskristall anzeige 3.The block diagram shows a voltage monitoring device for an accumulator 8 of a quartz clock with a liquid crystal display 3 controlled by an inductive push-pull voltage step-up converter 2 .

Die Betriebsspannung der Schaltung und der Quarzuhr wird durch eine Solarzellenanordnung 4 erzeugt. Die Solarzellenanordnung 4 ist einerseits mit der gemein samen Masse 5 der Schaltung und andererseits über eine Rückflußsperrdiode 6 mit der gemeinsamen Betriebs spannungsleitung 7 verbunden. Der Akkumulator 8 dient zur Pufferung der Betriebsspannung sowie zur Span nungsversorgung bei schlechter oder fehlender Beleuch tung der Solarzellenanordnung 4 und ist mit der Betriebsspannungsleitung 7 verbunden. Der Akkumu lator 8, der im aufgeladenen Zustand eine Spannung von 1,2 Volt aufweist, kann ein Ni-Cd-Akkumulator oder eine andere energiespeichernde und wiederaufladbare Batterie sein.The operating voltage of the circuit and the quartz clock is generated by a solar cell arrangement 4 . The solar cell assembly 4 is connected on the one hand to the common mass 5 of the circuit and on the other hand via a reflux diode 6 to the common operating voltage line 7 . The battery 8 is used for buffering the operating voltage and for voltage supply in poor or missing lighting device of the solar cell assembly 4 and is connected to the operating voltage line 7 . The accumulator 8 , which has a voltage of 1.2 volts in the charged state, can be a Ni-Cd accumulator or another energy-storing and rechargeable battery.

Der Betriebsspannungsausgang 9 der Solarzellenanord nung 4 ist mit der Kathode einer Schaltdiode 10 verbunden, deren Anode mit dem invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 11 der Überwachungs einrichtung verbunden ist. Der nicht invertierende Eingang des Operationsverstärkers 11 ist mit dem Mittelabgriff eines Spannungsteilers aus zwei Ab gleichwiderständen 14 und 14′ angeschlossen, die mit der Masse 5 bzw. der Betriebsspannungsleitung 7 verbunden sind. Der invertierende Eingang des Opera tionsverstärkers 11 liegt über eine in Sperrichtung gepolte Zenerdiode 12 an Masse und ist mit einem Trimmpotentiometer 13 mit der Betriebsspan nungsleitung 7 verbunden.The operating voltage output 9 of the solar cell arrangement 4 is connected to the cathode of a switching diode 10 , the anode of which is connected to the inverting input of an operational amplifier 11 of the monitoring device. The non-inverting input of the operational amplifier 11 is connected to the center tap of a voltage divider from two equal resistors 14 and 14 'connected to the ground 5 and the operating voltage line 7 , respectively. The inverting input of the operational amplifier 11 is connected to ground via a reverse polarized Zener diode 12 and is connected to the operating voltage supply line 7 with a trimming potentiometer 13 .

Der Operationsverstärker 11 wird über Spannungsversor gungsleitungen 15 mit der Betriebsspannung versorgt. Er muß eine möglichst geringe Offsetspannung aufweisen und eine Betriebsspannung von ungefähr einem Volt haben.The operational amplifier 11 is supplied via supply lines 15 with the operating voltage. It must have the lowest possible offset voltage and an operating voltage of approximately one volt.

Der Ausgang 16 des Operationsverstärkers 11 liefert ungefähr null Volt, wenn die Solarzellenanordnung 4 beleuchtet wird und dabei eine Spannung erzeugt. Bei unbeleuchteter Solarzellenanordnung 4 dagegen liegt der Ausgang 16 auf einem hohen Spannungswert. Dieser ist etwas kleiner als die Betriebsspannung des Akkumulators 8.The output 16 of the operational amplifier 11 delivers approximately zero volts when the solar cell arrangement 4 is illuminated and thereby generates a voltage. In contrast, when the solar cell arrangement 4 is not illuminated, the output 16 is at a high voltage value. This is somewhat less than the operating voltage of the accumulator 8 .

Der Ausgang 15 ist über zwei niederohmige Begren zungswiderstände 17 und 27 von je 100 Ohm an den induktiven Gegentaktspannungsaufwärtswandler 2 angeschlossen, der aus zwei symmetrisch aufgebauten Schaltkreisteilen 18 und 28 besteht.The output 15 is connected via two low-resistance limiter resistors 17 and 27 of 100 ohms each to the inductive push-pull voltage step-up converter 2 , which consists of two symmetrically constructed circuit parts 18 and 28 .

Der erste Begrenzungswiderstand 17 des ersten Schalt kreisteiles 18 ist mit der Source-Elektrode (Quelle) eines ersten n-Kanal Enhancement MOS-FET-Tran sistors 19 (Anreicherungstyp) angeschlossen. Die Drain-Elektrode (Abfluß) ist über eine erste Spule 20 mit der Betriebsspannungsleitung 7 verbunden. Eine weitere Leitung der Drain-Elektrode ist mit der Anode einer ersten Rückstoßdiode 21 verbunden. Die Kathode der ersten Rückstoßdiode 21 ist mit einem Stromversorgungseingang der Flüssigkeitskristallan zeige 3 verbunden, die über einen ersten Glättungskon densator 22 an der Masse 5 liegt. In dem Schaltbild nicht dargestellte Verdrahtungen bewirken, daß die Flüssigkeitskristallanzeige 3 bei ausreichender Betriebsspannung an ihren Stromversorgungseingängen eine vorgegebene alphanumerische Warnanzeige, z.B. "ACCU", erzeugt.The first limiting resistor 17 of the first circuit part 18 is connected to the source electrode (source) of a first n-channel enhancement MOS-FET transistor 19 (enrichment type). The drain electrode (drain) is connected to the operating voltage line 7 via a first coil 20 . Another line of the drain electrode is connected to the anode of a first recoil diode 21 . The cathode of the first recoil diode 21 is connected to a power supply input of the liquid crystal 3 , which is connected via a first capacitor 22 to the ground 5 . Which cause that the liquid crystal display 3 at a sufficient operating voltage at its power supply inputs a predetermined alpha-numeric warning indicator, such as "ACCU" generated in the circuit diagram wirings, not shown.

Der zweite Begrenzungswiderstand 27 des zweiten Schaltkreisteiles 28 ist mit der Source-Elektrode eines zweiten n-Kanal Enhancement MOS-FET-Tran sistors 29 angeschlossen. Die Drain-Elektrode ist über eine zweite Spule 30 mit der Betriebsspannungs leitung 7 verbunden. Eine weitere Leitung der Drain- Elektrode ist mit der Anode einer zweiten Rückstoß diode 31 verbunden. Die Kathode der zweiten Rückstoß diode 31 ist mit dem anderen Stromversorgungseingang der Flüssigkeitskristallanzeige 3 verbunden, der über einen zweiten Glättungskondensator 32 an der Masse 5 liegt.The second limiting resistor 27 of the second circuit part 28 is connected to the source electrode of a second n-channel enhancement MOS-FET transistor 29 . The drain electrode is connected to the operating voltage line 7 via a second coil 30 . Another line of the drain electrode is connected to the anode of a second recoil diode 31 . The cathode of the second recoil diode 31 is connected to the other power supply input of the liquid crystal display 3 , which is connected to ground 5 via a second smoothing capacitor 32 .

Die MOS-FET-Transistoren 19 und 29 sind so ausgewählt, daß sie bei einer möglichst geringen Spannung zwischen der Gate-Elektrode und der Source-Elektrode durch schaltet. Diese Spannung muß bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel unter zwei Volt liegen, weil die Spannung des Akkumulators 8 bis auf Werte um 1 Volt herab überwacht werden soll. Die MOS-FET-Tran sistoren 19 und 29 müssen zudem sehr schnell durch schalten, damit sich eine möglichst hohe Induktions Die Rückstoßdioden 21 und 31 müssen schnell sein und eine geringe Schwellspannung aufweisen. Vorzugsweise werden Schottky-Dioden eingesetzt. Die Spulen 20 und 30 sind Schalenkerninduktivitäten von 1 Henry. Die Glättungskondensatoren 22 und 32 haben vorzugsweise eine Kapazität von 3,3 bis 3,9 Nanofarad. Sie weisen jeweils einen Verlustwiderstand auf, über den die erzeugte Induktionsspannung abgebaut wird.The MOS-FET transistors 19 and 29 are selected so that they switch through at the lowest possible voltage between the gate electrode and the source electrode. In the exemplary embodiment described, this voltage must be below two volts because the voltage of the accumulator 8 is to be monitored down to values around 1 volt. The MOS-FET transistors 19 and 29 must also switch very quickly so that the highest possible induction. The recoil diodes 21 and 31 must be fast and have a low threshold voltage. Schottky diodes are preferably used. Coils 20 and 30 are 1 Henry shell core inductors. Smoothing capacitors 22 and 32 preferably have a capacitance of 3.3 to 3.9 nanofarads. They each have a loss resistance, via which the generated induction voltage is reduced.

Mit der erörterten Auslegung der Schaltkreisteile 18 und 28 und einer sekündlichen Ansteuerung der Gate- Elektrode der beiden MOS-FET-Transistoren 19 und 29 durch kurze Impulse blinkt die Flüssigkeitskristallan zeige 3 sicher und deutlich sichtbar im Sekundentakt.With the discussed design of the circuit parts 18 and 28 and a second activation of the gate electrode of the two MOS-FET transistors 19 and 29 by short pulses, the liquid crystal display 3 flashes safely and clearly visible every second.

Der Gate-Anschluß des ersten MOS-FET-Transistors 19 ist über einen ersten Addierwiderstand 23 mit der Betriebsspannungsleitung 7 verbunden. Weiterhin ist er über einen ersten Koppelkondensator 24 mit einem ersten Taktausgang 25 eines Taktgebers 26 beschaltet.The gate connection of the first MOS-FET transistor 19 is connected to the operating voltage line 7 via a first adding resistor 23 . Furthermore, it is connected to a first clock output 25 of a clock generator 26 via a first coupling capacitor 24 .

Der Gate-Anschluß des zweiten MOS-FET-Transistors 29 ist über einen zweiten Addierwiderstand 33 mit der Betriebsspannungsleitung 7 verbunden. Weiterhin ist er über einen zweiten Koppelkondensator 34 mit einem zweiten Taktausgang 35 des Taktgebers 26 beschaltet, dessen Ausgangssignale gegenüber dem ersten Taktaus gang 25 zeitlich um eine Sekunde versetzt sind. The gate connection of the second MOS-FET transistor 29 is connected to the operating voltage line 7 via a second adding resistor 33 . Furthermore, it is connected via a second coupling capacitor 34 to a second clock output 35 of the clock generator 26 , the output signals of which are offset in time by one second from the first clock output 25 .

Der Taktgeber 26 ist vorzugsweise in dem für die Quarzuhr verwendeten integrierten Schaltkreis ent halten. Üblicherweise liegt die Taktdauer eines Taktsignals im Millisekundenbereich und hat einen Spannungswert von etwas weniger als der Betriebs spannung, d.h. ungefähr 1 bis 1,1 Volt.The clock 26 is preferably kept in the integrated circuit used for the quartz clock ent. Usually, the clock duration of a clock signal is in the millisecond range and has a voltage value of slightly less than the operating voltage, ie approximately 1 to 1.1 volts.

Das am ersten Taktausgang 25 anliegende Taktsignal einer Länge von ungefähr 50 Millisekunden ist über den ersten Koppelkondensator 24 wechselspannungsmäßig an die Gate-Elektrode des ersten MOS-FET-Transistors 19 gekoppelt. Durch die Addition der Betriebsspannung durch den Addierwiderstand 23 schaltet der schnelle erste MOS-FET-Transistor 19 sicher durch, sofern der Ausgang 16 des Operationsverstärkers 11 auf Masse niveau liegt. Mit einem Spannungsimpuls mit einer Spitzenspannung von 10 Volt und einer Durchschnitts spannung von in etwa 4 Volt ist die Flüssigkeits kristallanzeige 3 sicher ansteuerbar.The clock signal of approximately 50 milliseconds in length at the first clock output 25 is coupled in terms of AC voltage to the gate electrode of the first MOS-FET transistor 19 via the first coupling capacitor 24 . By adding the operating voltage through the addition resistor 23 , the fast first MOS-FET transistor 19 switches through reliably, provided the output 16 of the operational amplifier 11 is at ground level. With a voltage pulse with a peak voltage of 10 volts and an average voltage of approximately 4 volts, the liquid crystal display 3 can be controlled safely.

Die Taktfrequenz des Taktgebers 26 liegt vorzugsweise im Sekundenbereich. Das am zweiten Taktausgang 35 anliegende Taktsignal ist bezüglich dem ersten Taktsignal um 180° phasenverschoben.The clock frequency of the clock generator 26 is preferably in the range of seconds. The clock signal present at the second clock output 35 is phase-shifted by 180 ° with respect to the first clock signal.

Claims

1. quartz clock with an analog display device, a walking gear, an electrical energy store ( 8 ) that supplies this, which can be recharged via a photovoltaic arrangement of solar cells ( 4 ), and with a charge state of the energy store ( 8 ) via monitoring device that is used as a watch The operating voltage of the energy store ( 8 ) is detected by a waking input signal and is connected to a liquid crystal display ( 3 ) through which an indication of the state of charge can be represented, characterized in that the fully charged electrical energy store ( 8 ) has an operating voltage which Be under the operating voltage of the liquid crystal display ( 3 ) and that the liquid crystal display ( 3 ) periodically according to the clock signal of the walking gear via an inductive push-pull voltage upward wall ler ( 2 ) is directly controlled when the operating voltage of the energy store ( 8 ) under a vorbe sti voltage drops and will soon no longer be sufficient to reliably control the walking gear.

2. Quartz clock according to claim 1, characterized in that the monitoring device is acted upon by the voltage generated by the solar cells ( 4 ) and a control of the liquid crystal display ( 3 ) suppressed when the solar cell voltage is close to zero volts.

3. quartz clock according to claim 1 or 2, characterized in that the inductive push-pull voltage upward converter ( 2 ) consists of a first ( 18 ) and a two th ( 28 ), symmetrically operating circuit, each having a recoil diode ( 21 , 31 ), an inductor ( 20 , 30 ), a resistor ( 17 , 27 ) and a MOS-FET transistor ( 19 , 29 ), the drain electrode of the MOS-FET transistor ( 19 , 29 ) via the forward direction Poled recoil diode ( 21 , 31 ) with a power supply input of the liquid crystal display ( 3 ) and via the inductor ( 20 , 30 ) with the energy store ( 8 ), the source electrode via the resistor ( 17 , 27 ) with the output ( 16 ) of a comparator ( 11 ) and the gate electrode of each circuit ( 18 , 28 ) is supplied with the clock signal of a clock ( 26 ) of the walking gear, the clock signal acting on the second circuit ( 28 ) compared to the first scarf Tkreis ( 18 ) acting clock signal is 180 ° out of phase.

4. quartz clock according to claim 3, characterized in that in each of the two circuits ( 18 , 28 ) the gate of the MOS-FET transistor ( 19 , 29 ) by a Koppelkon capacitor ( 24 , 34 ) AC voltage with the clock ( 26 ) and is connected to the energy store ( 8 ) via an adding resistor ( 23 , 33 ).

5. quartz clock according to claim 3 or 4, characterized in that the inputs of the liquid crystal show ( 3 ) via a respective smoothing capacitor ( 22 , 32 ) are connected to ground.