DE3842050C2

DE3842050C2 -

Info

Publication number: DE3842050C2
Application number: DE19883842050
Authority: DE
Inventors: Juergen 7800 Freiburg De 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: 1990-11-29
Also published as: DE3842050A1

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 Überwachungseinrichtung, 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, wenn die Betriebsspannung des Energiespeichers unter einen vorbestimmten Spannungswert fällt und daher bald nicht mehr zur zuverlässigen Ansteuerung des Gehwerks ausreicht.The invention relates to a quartz watch with an analog Display device, a walking gear, one that supplies it electrical energy storage that has a photovoltaic arrangement of solar cells rechargeable is, and with the state of charge of the energy storage monitoring surveillance device as to monitoring input signal the operating voltage of the Energy storage detected and the on a liquid crystal display is connected through the one Display regarding the state of charge can be displayed, if the operating voltage of the energy storage below drops a predetermined voltage value and therefore soon no longer for reliable control of the walking gear is sufficient.

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 Analoganzeige ist dies nicht unmittelbar feststellbar, so daß eine Überwachungseinrichtung vorgesehen ist, die an eine Anzeigevorrichtung angeschlossen ist, durch die eine Anzeige bezüglich des mangelnden Ladezustandes dargestellt wird, wenn die Betriebsspannung des Energiespeichers unter einen vorbestimmten Spannungswert fällt.From DE-OS 37 02 993 is a quartz watch according to the The preamble of claim 1 is known. There is none Light radiation available on the solar cells, so takes the clock circuit contained in the quartz clock for the operation of the walking gear the energy storage Charge, the voltage of the energy storage sinks. If the voltage of the energy storage drops below this voltage value, the clock circuit works no longer reliable and the clock stops. in the This is not the case for a clock with an analog display immediately detectable, so that a monitoring device is provided to a display device is connected, through which an indication regarding the lack of charge is shown when the Operating voltage of the energy storage under one predetermined voltage value falls.

Die kommerziell erhältlichen Uhrenschaltungen erfordern eine minimale Betriebsspannung von ungefähr einem Volt. Eine Flüssigkeitskristallanzeige für eine Überwachungseinrichtung 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. Gemäß der DE-AS 21 65 421 könnte eine Vervielfachung der Spannung eines Energiespeichers, welcher direkt das Gehwerk einer Uhr versorgt, zum Beispiel mit einem Gegentaktspannungswandler geschaltet werden. Dann steht eine hohe Dauerbetriebsspannung kontinuierlich zur Verfügung, die jedoch den Energiespeicher leistungsmäßig stark belastet.The commercially available clock circuits require a minimum operating voltage of approximately one volt. A liquid crystal display for a monitoring device however requires a voltage to operate of several volts, so that no such display directly to an energy storage device of just over one Volts can be connected. According to DE-AS 21 65 421 could multiply the tension of a Energy storage, which directly the clockwork of a clock supplied, for example with a push-pull voltage converter be switched. Then there is a high one Continuous operating voltage is available continuously however, the energy storage is strong in terms of performance charged.

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 Betriebsspannung der Flüssigkeitskristallanzeige liegt und daß die Flüssigkeitskristallanzeige an einen induktiven Gegentaktspannungsaufwärtswandler angeschlossen ist, der periodisch von dem Taktsignal des Gehwerks angesteuert wird und eine entsprechend getaktete Betriebsspannung erzeugt. According to the invention, this object is achieved by that the fully charged electrical energy storage one Has operating voltage that is below the operating voltage the liquid crystal display is and that the Liquid crystal display on an inductive Push-pull boost converter is connected to the periodically driven by the clock signal of the walking gear and an appropriately clocked operating voltage generated.

Die zur Ansteuerung erforderliche höhere Betriebsspannung wird in dem induktiven Gegentaktspannungsaufwärtswandler 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 operating voltage required for control is used in the inductive push-pull voltage step-up converter generated only in the period of time 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 Beleuchtung der Solarzellenanordnung 4 und ist mit der Betriebsspannungsleitung 7 verbunden. Der Akkumulator 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 of the solar cell assembly 4 and is connected to the operating voltage line 7 . The battery 8 , which has a voltage of 1.2 volts in the charged state, can be a Ni-Cd battery or another energy-storing and rechargeable battery.

Der Betriebsspannungsausgang 9 der Solarzellenanordnung 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 supplies 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 16 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 16 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-Transistors 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 Flüssigkeitskristallanzeige 3 verbunden, die über einen ersten Glättungskondensator 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 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 display 3 , which is connected to ground 5 via a first smoothing capacitor 22 . 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-Transistors 29 angeschlossen. Die Drain-Elektrode ist über eine zweite Spule 30 mit der Betriebsspannungsleitung 7 verbunden. Eine weitere Leitung der Drain- Elektrode ist mit der Anode einer zweiten Rückstoßdiode 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 durchschaltet. 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-Transistoren 19 und 29 müssen zudem sehr schnell durch schalten, damit sich eine möglichst hohe Induktionsspannung aufbauen kann. The MOS-FET transistors 19 and 29 are selected so that they switch between the gate electrode and the source electrode at the lowest possible voltage. 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 through very quickly so that the highest possible induction voltage can build up.

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 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 Flüssigkeitskristallanzeige 3 sicher und deutlich sichtbar im Sekundentakt.With the discussed configuration 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 means of 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 Taktausgang 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 enthalten. 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 included in the integrated circuit used for the quartz watch. 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 mechanism, an electrical energy store ( 8 ) that supplies this, which can be recharged via a photovoltaic arrangement of solar cells ( 4 ), and with a monitoring device that monitors the state of charge of the energy store ( 8 ) and that is to be monitored Input signal detects the operating voltage of the energy store ( 8 ) and which is connected to a liquid crystal display ( 3 ) through which a display can be shown regarding the state of charge when the operating voltage of the energy store ( 8 ) falls below a predetermined voltage value and therefore no longer reliable control of the walking gear is sufficient, characterized in that the fully charged electrical energy store ( 8 ) has an operating voltage which is below the operating voltage of the liquid crystal display ( 3 ) and that the liquid crystal display ( 3 ) is connected to an inductive push-pull voltage up converter ( 2 ) is connected, which is periodically controlled by the clock signal of the walking gear and generates an appropriately clocked operating voltage.

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 suppresses activation of the liquid crystal display ( 3 ) 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 step-up converter ( 2 ) consists of a first ( 18 ) and a second ( 28 ) symmetrically operating circuit, each having a recoil diode ( 21 , 31 ), an inductor ( 20th , 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-biased 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 ) connected and the gate electrode of each circuit ( 18 , 28 ) is acted upon by the clock signal of a clock generator ( 26 ) of the walking gear, the clock signal acting on the second circuit ( 28 ) compared to the first circuit ( 18 ) applied 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 display ( 3 ) are each connected to ground via a smoothing capacitor ( 22 , 32 ).