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Die Erfindung betrifft analoge elektronische Uhren.
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Eine typische elektronische Uhr umfaßt als einen Teil eines
Uhrschilds eine Solarbatterie, welche so angeordnet ist, daß
durch Beleuchtung der Solarbatterie erzeugte elektrische
Energie eine Zweitbatterie auf lädt. Aus der japanischen
offengelegten Patentanmeldung Nr. 154665/87, der japanischen
offengelegten Patentanmeldung Nr. 11846/74 und der
japanischen Gebrauchsmusterveröffentlichung Nr. 4240/81 ist es
bekannt, daß an einem äußeren Abschnitt einer elektronischen
Uhr ein Ladeanschluß verwendet werden kann, welcher so
angeordnet ist, daß abhängig vom Kontakt mit einer äußeren
Energiequelle elektrische Energie eine Zweitbatterie auflädt.
Ferner ist es aus der japanischen offengelegten
Patentanmeldung Nr. 29783/86 bekannt, daß eine elektronische Uhr eine
elektromagnetische Koppelspule verwenden kann, welche sich
innerhalb dieser befindet und so angeordnet ist, daß der
elektromagnetischen Koppelspule zum Laden einer Zweitbatterie
von außen her ein magnetisches Feld zugeführt wird. Außerdem
ist es aus der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 15035/
85 bekannt, daß eine elektronische Uhr zum Antreiben
derselben eine Motorspule verwendet, welche so angeordnet ist, daß
in einer der japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr.
29783/86 ähnlichen Weise der Motorspule ein Magnetfeld
zugeführt wird, wenn sie während des Ladens einer Zweitbatterie
von einer Uhrtreiberschaltung abgetrennt ist.
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Die obigen früheren Vorschläge haben jedoch die folgenden
Nachteile.
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Zunächst ist die Gestaltung des äußeren Erscheinungsbildes
von Armbanduhren begrenzt, wenn ein Solarbatteriesystem oder
ein Ladeanschluß oder -system verwendet wird, da Armbanduhren
von geringer Größe sind. Daher ist es schwierig, die
Solarbatterie oder den Ladeanschluß bei analogen elektronischen
Armbanduhren anzuwenden, ohne dem dekorativen
Erscheinungsbild abträglich zu sein.
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Als nächstes erfordert das in der japanischen offengelegten
Patentanmeldung Nr. 29783/86 beschriebene elektromagnetische
Koppelsystem zusätzlich zur Motorspule zum Antreiben der
Armbanduhr eine elektromagnetische Koppelspule und eine
Gleichrichterdiode oder dgl., was in einer Zunahme der
physikalischen Größe der Armbanduhr als auch einer Kostenerhöhung
resultiert.
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Ferner erfordert bei dem eine Motorspule zum Antreiben und
Laden einer Uhr verwendenden System die Motorspule einen
Schaltmechanismus, um abhängig von der Bewegung der
zeitangebenden Zeiger oder der Ladeoperation die Spule abwechselnd
mit der Uhrtreiberschaltung oder der Ladeschaltung zu
verbinden; ferner wird als Teil der Ladeschaltung auch eine
Gleichrichterdiode benötigt. Folglich ist die Flexibilität der
Gestaltung einer Armbanduhr dieses Typs begrenzt, sind die
Kosten erhöht und muß auf die mechanische Zuverlässigkeit des
Schaltmechanismus ein spezielles Augenmerk gerichtet werden.
Da die Bewegung der zeitangebenden Zeiger während des Ladens
gestoppt ist, ist es nötig, die Uhr nach dem Laden zu
stellen, was unpraktisch ist. Demgemäß ist es wünschenswert, eine
ladbare elektronische Analog-Uhr zu schaffen, die die Mängel
des oben beschriebenen Stands der Technik überwindet.
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Die vorliegende Erfindung sucht, eine kleine und preiswerte
ladbare analoge elektronische Uhr zu schaffen, bei der
abgesehen
von einer kleinen Logikschaltung keine elektronische
Schaltungsanordnung oder ein Lademechanismus erforderlich
ist. Die vorliegende Erfindung sucht ebenfalls, eine analoge
elektronische Uhr zu schaffen, bei der das Laden einer
wiederaufladbaren oder Zweit-Batterie durchgeführt werden kann,
ohne die Bewegung der zeitangebenden Zeiger zu stoppen.
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Die CH-A-616044 offenbart eine Uhr mit einer internen
Gleichspannungsquelle, welche eine Spannung mit einem zur Nutzung
zu niedrigen Pegel erzeugt und eine Transformation erfordert.
Die Quelle ist eine thermoelektrische Batterie, deren Ausgang
durch einen Spannungszerhackertransistor zerhackt wird,
welcher durch einen Impuls gesteuert wird, der während der Dauer
von Schrittmotortreiberimpulsen zu hemmen bzw. blockieren
ist. Der Takt des Blockierimpulses ist aus der internen Logik
der Schaltungsanordnung abgeleitet.
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Die JP-A-6129783 offenbart eine Uhr mit von einem externen
AC-Magnetfeld stammender Ladeenergie, wobei das Laden mit
einer speziellen Spule und einer Diode durchgeführt wird, die
innerhalb der Uhr vorgesehen sind. Der Antrieb der
zeitangebenden Zeiger wird während des Ladens ausgesetzt; die
Aussetzzeit wird gemessen, so daß dem Laden ein
Zeitkorrekturschritt folgen kann.
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Die GB-A-2036387 offenbart eine Uhr mit einem
Zeitbasisoszillator, einem einstellbaren Frequenzteiler, einem Speicher für
die eingestellte Frequenz, einer auf den Speicher und den
Teiler zur Erzeugung eines für den Teilungsfaktor und die
Oszillatorfrequenz repräsentativen Meßsignals ansprechenden
Logikschaltung sowie einem Schalter, um das Meßsignal nach
Maßgabe eines Abfragesignals an einen wellenaussendenden
Wandler anzulegen.
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Die EP-A-0236046 offenbart eine Uhr mit einer
wiederaufladbaren Energiequelle, deren Spannung durch Betätigung eines
externen Schalters ermittelt werden kann, welche Betätigung
die Bewegung der zeitangebenden Zeiger zeitweilig stoppt.
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Die CH-A-600420 offenbart eine Uhr, bei der eine
Batterieenergiequelle permanent an eine Noteinheit und einen Motor
angeschlossen ist. Die Batterie wird während des Netzbetriebs
über einen Widerstand und einen Gleichrichter im Puffermodus
mit Strom versorgt, wobei der Strom derart reguliert wird,
daß die Batterie so lange voll aufgeladen ist, wie das Netz
nicht ausfällt.
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Erfindungsgemäß umfaßt daher eine analoge elektronische Uhr
eine Treiberschaltung mit einer Mehrzahl von Schaltelementen
zum Anlegen von Treiberimpulsen an eine Spule eines zum
Antrieb von zeitangebenden Zeigern ausgebildeten Schrittmotors,
eine wiederaufladbare Batterie und ein Lademittel zum Laden
der Batterie in der Zeit zwischen der Anlegung von
Treiberimpulsen an die Spule des Schrittmotors, so daß das Laden der
Batterie den Antrieb der zeitangebenden Zeiger nicht
unterbricht, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Schaltelement ein
MOSFET ist und das Lademittel zur Gleichrichtung einer durch
ein externes magnetisches Wechselfeld in der Spule des
Schrittmotors induzierten Wechselspannung einen PN-Übergang
umfaßt, welcher durch eine parasitäre Diode gebildet ist, die
zwischen dem Substrat und Drain oder Source jedes MOSFET und
somit parallel zu jedem Schaltelement gebildet ist.
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Vorzugsweise sind Mittel zum Kurzschließen der Spule des
Schrittmotors nach dem Ende jedes Treiberimpulses und vor dem
Beginn des Ladens der Batterie vorgesehen.
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In vorteilhafter Weise ist das Lademittel derart, daß sich
während des Ladens der Batterie die Schaltelemente in einem
AUS-Zustand befinden, so daß die PN-Übergänge eine
Gleichrichterschaltung bilden.
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Bevorzugt umfaßt eine Uhr Mittel zum Erfassen der Spannung
der Batterie und zum Verhindern des Ladens derselben dann,
wenn die erfaßte Spannung eine vorbestimmte Spannung
übersteigt.
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Der Umfang der Erfindung wird durch die anhängenden Ansprüche
bestimmt; wie sie verwirklicht werden kann, ist nachfolgend
unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen ausführlich
beschrieben, in welchen:
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Fig. 1 ein Schaltplan einer Ausführungsform einer
erfindungsgemäßen analogen elektronischen Uhr ist;
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Fig. 2(a) eine Schnittansicht eines P-Kanal MOSFET und
einer parasitären Diode ist;
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Fig. 2 (b) ein äquivalentes Schaltbild des MOSFET der
Fig. 2(a) ist;
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Fig. 3 ein erläuterndes Schaubild ist, das die Richtung
des Stromflusses während des Ladens einer Zweitbatterie der
analogen elektronischen Uhr der Fig. 1 zeigt, wobei eine
Ganzwellengleichrichtung stattfindet;
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Fig. 4 eine Ansicht ähnlich Fig. 3 ist, wobei eine
Halbwellengleichrichtung stattfindet;
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Fig. 5 ein Zeitdiagramm ist, das den Zeitablauf für das
Laden einer Zweitbatterie und den Zeitablauf für den Antrieb
eines Schrittmotors der elektronischen Uhr der Fig. 1
illustriert;
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Fig. 6 ein Zeitdiagramm ist, das die zeitliche Abfolge
von Signalen einer Ladesteuerschaltung der analogen
elektronischen Uhr der Fig. 1 darstellt;
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Fig. 7 eine graphische Darstellung ist, die einen
Rückwärtsinduktionsstrom zeigt, welcher in einer Motorspule eines
Schrittmotors fließt;
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Fig. 8 eine die Rotation eines Rotors eines
Schrittmotors veranschaulichende Ansicht ist;
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Fig. 9 die Richtung des Stromflusses während des
Betriebs einer Begrenzerschaltung der analogen elektronischen
Uhr der Fig. 1 darstellt; und
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Fig. 10(a) und 10(b) Schaltpläne einer
Abfragespannungserfassungsschaltung einer erfindungsgemäßen analogen
elektronischen Uhr sind.
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Bezugnehmend zunächst auf Fig. 1 ist dort eine
Ausführungsform einer erfindungsgemäßen analogen elektronischen Uhr
dargestellt. Eine Oszillatorschaltung 1 erzeugt ein Bezugssignal
von 32768 Hz und weist einen als Schwingungserzeuger oder
Zeitstandard dienenden, kleinen Quarzkristalloszillator auf.
Das Bezugssignal wird mittels einer Frequenzteilerschaltung 2
frequenzgeteilt, um zum Treiben der analogen elektronischen
Uhr benötigte Signale mit Frequenzen von 1 Hz, 2 Hz, 4 Hz, 8
Hz, 16 Hz, 32 Mz und 64 Hz zu erzeugen. Eine motortreibende
Signalformerschaltung 3 ist zur Erzeugung einer Mehrzahl von
Impulssignalen vorgesehen, welche zum Antreiben eines
Schrittmotors der elektronischen Uhr erforderlich sind. Eine
Rotationserfassungsschaltung 4 ist vorgesehen, um zu
erfassen, ob ein Rotor des Schrittmotors durch einen
Motortreiberimpuls P1 gedreht wird oder nicht. Wenn der Rotor sich in
einem nichtrotierenden Zustand befindet, wird dies durch die
Nichtrotationserfassungsschaltung 4 erfaßt, welche einen
Kompensationsmotorimpuls P2 an die Signalformerschaltung 3
ausgibt. Eine Magnetfelderfassungsschaltung 5 ist vorgesehen, um
die Zuverlässigkeit beim Bewegen von zeitangebenden Zeigern
(nicht gezeigt) durch den Schrittmotor zu erhöhen und um
ferner den Motortreiberimpuls P1 aufzuheben und einen
Kompensationsmotorimpuls
P2 auszugeben, wenn ein externes Magnetfeld
an die analoge elektronische Uhr angelegt wird. Die
Schaltungen 3, 4 und 5 sind elektronische Treiberschaltungen mit
vergleichsweise niedrigem Energieverbrauch und sind aus der
japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. 75520/79, der
japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. 77162/79 und
der japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. 87977/80
bekannt.
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Eine Motortreiberschaltung 6 ist aus P-Kanal MOSFETs 12, 13
und N-Kanal MOSFETs 14, 15 aufgebaut, welche zum Antreiben
des Schrittmotors verwendet werden. Parasitäre Dioden 16 bis
19 der jeweiligen MOSFETs 12 bis 15 dienen als
Gleichrichterelemente.
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Fig. 2(a) ist eine Schnittansicht eines P-Kanal MOSFET und
Fig. 2(b) zeigt eine hierzu äquivalente Schaltung. Ein PN-
Übergang D1 ist zwischen einer Source-Zone und einem Substrat
gebildet und ein PN-Übergang D2 ist zwischen einer Drain-Zone
und dem Substrat gebildet. Somit liegt parallel zu jedem MOS-
FET eine parasitäre Diode. Wenn hierbei der MOSFET zum
Treiben des Schrittmotors benutzt wird, ist der PN-Übergang Dl
ungültig und dient der PN-Übergang D2 als eine Diode, da die
Source-Zone und das Substrat auf gleichem Potential liegen.
In diesem Fall wird der PN-Übergang D2 als eine "parasitäre
Diode" bezeichnet, wobei die Drain-Zone als eine Anode der
Diode dient und das Substrat und die Source-Zone als eine
Kathode dienen. Die parasitäre Diode eines N-Kanal MOSFET ist
umgekehrt zu einem P-Kanal MOSFET angeordnet, d. h. das
Substrat und die Source-Zone dienen als die Anode und die Drain-
Zone dient als die Kathode. In der vorliegenden Erfindung
wird die parasitäre Diode auch als ein Gleichrichterelement
benutzt, so daß kein externes Gleichrichterelement benötigt
wird.
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Bezugnehmend auf Fig. 1 weist der Schrittmotor eine
Motorspule 7 auf. Durch Steuerung der EIN/AUS-Zustände der MOSFETs
12 bis 15 wird der Schrittmotor angetrieben und werden so die
zeitangebenden Zeiger bewegt. Während des Ladens einer
wiederaufladbaren oder Zweit-Batterie 8 ist ein von einem
externen Ladegerät 11 erzeugtes AC-Magnetfeld mit der Motorspule 7
verkettet; als Folge der elektromagnetischen Induktion wird
in der Motorspule 7 eine AC-Spannung zum Laden der
Zweitbatterie 8 induziert, wobei die parasitären Dioden 16 bis 19 als
eine Gleichrichterschaltung dienen. Die analoge elektronische
Uhr wird durch die in der Zweitbatterie 8 gespeicherte
Energie angetrieben.
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Fig. 3 ist ein erläuterndes Schaubild, das die Richtung des
Stromflusses während des Ladens der Zweitbatterie zeigt. In
Fig. 3 fließt auf die Erzeugung der AC-Spannung in der
Motorspule 7 hin ein Strom in der Richtung des Pfeils 34, wenn
das Potential auf der rechten Seite der Motorspule höher ist,
und fließt ein Strom in der Richtung des Pfeils 35, wenn das
Potential auf der linken Seite der Motorspule höher ist.
Unabhängig davon, welches Potential höher ist, fließt der Strom
in einer Laderichtung zur Zweitbatterie 8, so daß eine
Ganzwellengleichrichtung stattfindet. Um die
Ganzwellengleichrichtung einzurichten, ist es nötig, die MOSFETs 12 bis 15 so
zu steuern, daß alle in den AUS-Zustand geschaltet sind. Wenn
sich einer der MOSFETs im EIN-Zustand befindet, findet eine
Halbwellengleichrichtung statt, wie in Fig. 4 illustriert.
In Fig. 4 ist lediglich der MOSFET 13 so gesteuert, daß er
in den EIN-Zustand geschaltet ist; demgemäß sind die
Anschlüsse seiner parasitären Diode kurzgeschlossen, so daß
keine Diodenbrücke gebildet ist. Wenn daher das rechtsseitige
Potential der Motorspule 7 höher ist, fließt ein Strom in
Richtung des Pfeils 36, um die Zweitbatterie 8 zu laden. Wenn
andererseits das linksseitige Potential der Motorspule 7
höher ist, fließt ein Strom in Richtung des Pfeils 37, d. h. der
Strom fließt von der parasitären Diode 16 durch den MOSFET 13
und die Motorspule 7, was in einer geschlossenen Schleife
resultiert. Die Zweitbatterie 8 wird daher nicht geladen und es
findet eine Halbwellengleichrichtung statt. Folglich ist die
Ladeeffizienz um die Hälfte vermindert.
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Wenn sich die beiden MOSFETs 12, 13 im EIN-Zustand befinden
oder sich die beiden MOSFETs 14, 15 im EIN-Zustand befinden,
wird die Zweitbatterie 8 überhaupt nicht geladen. Um daher
eine Gleichrichterschaltung mit der für das Laden der
Zweitbatterie 8 besten Effizienz zu schaffen, ist es nötig, alle
MOSFETs 12 bis 15 in den AUS-Zustand zu schalten. Wenn sich
jedoch die MOSFETs 12 bis 15 im AUS-Zustand befinden, ist es
unmöglich, den Schrittmotor anzutreiben. Um andererseits die
Zweitbatterie ohne Beeinflussung des Schrittmotorantriebs zu
laden, werden der Zeitablauf für den Antrieb des
Schrittmotors und der Zeitablauf für das Laden der Zweitbatterie wie
im Zeitdiagramm der Fig. 5 gezeigt gesteuert. Da nämlich die
Periode zum Bewegen der zeitangebenden Zeiger 1 Hz ist,
werden alle Taktsignale synchron mit dem von der Teilerschaltung
2 erzeugten 1 Hz Signal erzeugt. Die Zeitdauer von 117,2
Millisekunden von der abfallenden Flanke des 1 Hz-Signals an
wird die Zeitdauer zum Antreiben des Schrittmotors und die
Zeitdauer von 882,8 Millisekunden vom Ende der Zeitdauer zum
Antreiben des Schrittmotors bis zur nächsten abfallenden
Flanke des 1 Hz Signals wird das Timing zum Laden der
Zweitbatterie. In solcher Weise werden das Timing zum Antreiben
des Schrittmotors und das Timing zum Laden der Zweitbatterie
abwechselnd wiederholt. Die Periode für das Laden der
Batterie beträgt daher 882,8 Millisekunden pro Sekunde, so daß die
Ladeeffizienz um ungefähr 10% vermindert ist. Da jedoch die
jeweiligen Timings wie oben erwähnt gesteuert werden, ist es
möglich, die Zweitbatterie zu laden, ohne die Bewegung der
zeitangebenden Zeiger zu beeinflussen; unabhängig davon, ob
die Zweitbatterie geladen wird oder nicht, wird die korrekte
Zeit eingehalten.
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Der Betrieb der in Fig. 1 gezeigten analogen elektronischen
Uhr wird nun erläutert. Durch eine Ladesteuerschaltung 9 wird
das Timing zum Antreiben des Schrittmotors auf das Timing zum
Laden der Zweitbatterie 8 umgeschaltet, und ein Signal SEL in
der Ladesteuerschaltung 9 nimmt während der Zeitdauer von
117,2 Millisekunden von der abfallenden Flanke des 1 Hz
Signals an den Pegel 0 an. Fig. 6 zeigt ein Zeitdiagramm, das
die Erzeugung des Signals SEL von einem UND-Gatter 33 und
einem ODER-Gatter 32 illustriert. Die von der Teilerschaltung
2 erzeugten 64 Hz, 32 Hz, 16 Hz und 8 Hz Signale dienen als
Eingangssignale für das UND-Gatter 33, und das Ausgangssignal
des UND-Gatters 33 und die 4 Hz, 2 Hz und 1 Hz Signale der
Teilerschaltung 2 dienen als Eingangssignale des ODER-Gatters
32. Das vom ODER-Gatter 32 erzeugte Signal ist das Signal
SEL. Ein UND-Gatter 25 empfängt das vom Inverter 31
invertierte Signal SEL sowie ein Signal GP01 von der
Signalformerschaltung 3, und ein ODER-Gatter 23 gibt ein Gate-Signal GP1
an den MOSFET 12 aus. Ein Signal GN01 von der
Signalformerschaltung 3 wird einem Eingang eines UND-Gatters 27
zugeführt, welches ein Gate-Signal GN1 an den MOSFET 14 ausgibt.
Entsprechend wird ein Signal GP02 von der
Signalformerschaltung 3 als ein Eingang eines UND-Gatters 28 bereitgestellt,
und ein ODER-Gatter 24 erzeugt ein Gate-Signal GP2 für den
MOSFET 13. Ein Signal GN02 von der Signalformerschaltung 3
wird einem UND-Gatter 30 zugeführt, dessen Ausgang ein Gate-
Signal GN2 ist, das dem MOSFET 15 zugeführt wird. Die Signale
GP01, GN01, GP02, GN02 von der Signalformerschaltung 3 sind
eine Folge von aus Impulsen SP0, SP1, P1, SP2 und P2
gebildeten Motortreiberimpulsen, wobei SP0 und SP1
Magnetfelderfassungsimpulse von der Magnetfelderfassungsschaltung 5
bezeichnen, P1 der früher erwähnte Motortreiberimpuls ist, SP2 ein
Rotationserfassungsimpuls ist und P2 der früher erwähnte
Kompensationsmotorimpuls ist. Die genauen Funktionen der
verschiedenen Impulse sind in der japanischen offengelegten
Patentanmeldung Nr. 260883/85 angegeben. Der Schrittmotor wird
daher für diejenige Zeitdauer angetrieben, während der das
Signal SEL auf Pegel 0 liegt.
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Als nächstes wird der zeitliche Ablauf des Ladens, wenn das
Signal SEL auf Pegel 1 liegt, erläutert. Während des Ladens
liegt ein von einer Spannungserfassungsschaltung 10
ausgegebenes Signal LIM auf Pegel 1, liegt das Signal SEL auf Pegel
1 und empfängt ein UND-Gatter 26 das Signal LIM, so daß das
ODER-Gatter 23 das Signal GP1 mit Pegel 1 ausgibt. Das Signal
LIM wird gleichfalls einem UND-Gatter 29 zugeführt und das
Signal GP2 vom ODER-Gatter 24 ist auf Pegel 1. Wenn das
Signal SEL auf Pegel 1 liegt, liegt das vom UND-Gatter 27
erzeugte Signal GN1 auf Pegel 0 und folglich das Signal GN1 auf
Pegel 0. Gleichfalls liegt das Signal GN2 auf Pegel 0. Die
MOSFETs 12 bis 15 sind daher so angesteuert, daß sie sich
ungeachtet der von der Signalformerschaltung 3 erzeugten
Signale im AUS-Zustand befinden. Wenn sich die MOSFETs 12 bis 15
im AUS-Zustand befinden, ist es möglich, die Zweitbatterie 8
zu laden.
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In Fig. 5 beträgt Ti, das die Zeitdauer von der Erzeugung
des Kompensationsmotorimpulses P2 bis zum Anfangszeitpunkt
für das Laden der Zweitbatterie angibt, 25,4 Millisekunden;
diese Zeit ist aus dem unten angegebenen Grund diejenige
Zeit, die erforderlich ist, um den Schrittmotor stabil
anzutreiben. Bei dem typischen, in der japanischen
Patentveröffentlichung Nr. 40759 /87 beschriebenen
Schrittmotorantriebssystem werden nach der Ausgabe der Motorimpulse zwei P-Kanal
MOSFETs oder zwei N-Kanal MOSFETs in solcher Weise
angesteuert, daß sie sich im EIN-Zustand befinden, so daß der
Motorspule ein Rückwärtsinduktionsstrom zugeführt wird, um den
Rotor abzubremsen und es dadurch zu ermöglichen, den
Schrittmotor stabil anzutreiben. Fig. 7 zeigt den der Motorspule
eines Schrittmotors gelieferten Strom. Wenn der
Rückwärtsinduktionsstrom in der Motorspule nicht fließt, wird der
Stromverlauf durch die gestrichelte Linie dargestellt. In der
Praxis ist der Stromverlauf jedoch wie durch die durchgezogene
Linie dargestellt. Wenn der Rotor gestoppt ist, fließt kein
Rückwärtsinduktionsstrom. In Fig. 7 bedeutet ein Stromwert
von 0, daß die Rotation des Rotors gestoppt ist. Da sich
jedoch während des Ladens alle MOSFETs 12 bis 15 im AUS-Zustand
befinden, ist es schwierig, den Rotor durch Zuführung des
Rückwärtsinduktionsstroms abzubremsen, falls das Laden
unmittelbar nach der Ausgabe des Motortreiberimpulses P1
durchgeführt wird, so daß es unmöglich ist, den Schrittmotor stabil
anzutreiben; obwohl der allgemeine Winkel für einen
zweipoligen Rotor 180º beträgt, wird der Schrittmotor nicht am
normalen magnetischen Festpunkt angehalten oder er kann um zwei
Schritte gedreht werden oder es kann eine andere Fehlfunktion
auftreten.
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Fig. 8 zeigt die normale Rotation (180º), die
Rückwärtsrotation und die Rotation des Schrittmotors um zwei Schritte. Zur
Beseitigung dieser Probleme werden bei der in Fig. 1
dargestellten erf indungsgemäßen Ausführungsform auf die Ausgabe
des Motorimpulses P1 hin die MOSFETs 12, 13 in den
EIN-Zustand geschaltet, so daß die Spule 7 kurzgeschlossen wird;
wenn der Rotor des Schrittmotors angehalten ist, werden alle
MOSFETs 12 bis 15 zum Laden der Zweitbatterie in den
AUS-Zustand geschaltet. Mit einer solchen Konstruktion ist es
möglich, die Zweitbatterie zu laden, ohne den Antrieb des
Schrittmotors zu beeinflussen.
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Bei dieser Ausführungsform ist Ti als 25,4 Millisekunden
vorbestimmt, was für den Rotor des Schrittmotors ausreichend
ist, um zum Stillstand zu kommen. Ti kann jedoch abhängig vom
Trägheitsmoment des Rotors des Schrittmotors länger oder
kürzer gemacht werden. Im allgemeinen ist die Zeit von der
Erzeugung des Motortreiberimpulses bis zum Zeitpunkt des
vollständigen Stoppens der Rotation des Motors um so kürzer, je
kleiner der Durchmesser des Rotors ist. Wenn der minimale
Durchmesser des Rotors 1 mm ist, wird der Rotor in 10
Millisekunden gestoppt. Herstellungsmäßig ist es angesichts der
Eigenschaften des Motors gegenwärtig unmöglich, einen Rotor
von weniger als 1 mm Durchmesser bereitzustellen. In diesem
Fall gibt es kein Problem, wenn Ti mehr als 10 Millisekunden
beträgt. Bei dem Schrittmotortyp, der im allgemeinen für
Armbanduhren verwendet wird (obwohl es dort einen Unterschied
bei der Änderung mit der Rotorträgheit und der
Treiberimpulsbreite
gibt), ist es möglich, den Rotor vollständig
anzuhalten und auf das Lade-Timing der Zweitbatterie umzustellen,
wenn Ti ungefähr 20 Millisekunden beträgt.
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Weiterhin liegt bei der dargestellten erfindungsgemäßen
Ausführungsform mit Ti = 25,4 Millisekunden das Signal SEL für
eine Zeitdauer von 117,2 Millisekunden auf Pegel 0. Von der
abfallenden Flanke des 1 Hz Signals an wird nämlich eine
Folge von Motortreiberimpulsen erzeugt und 91,8 Millisekunden
nach der abfallenden Flanke des 1 Hz Signals wird der
Kompensationsmotorimpuls P2 erzeugt. Außerdem wird das Signal SEL
synchron mit dem 1 Hz Signal im Pegel 0 und daher gilt Ti =
117,2-91,8 = 25,4 Millisekunden. Durch Verändern der Logik
des UND-Gatters 33 und des ODER-Gatters 32 kann die
Zeitdauer, während der das Signal SEL auf Pegel 0 liegt, geändert
werden; folglich ist es leichter, ein für einen beliebigen
Schrittmotor geeignetes Timing vorzusehen. Bei der
dargestellten Ausführungsform wird der Wert von Ti unter Verwendung
der erzeugten Zeit des Kompensationsmotorimpulses P2
bestimmt. Da während des Ladens das magnetische Feld
unvermeidbar durch den Magnetfelderfassungsimpuls SP0 oder SP1 erfaßt
wird, wird immer ein Kompensationsmotorimpuls P2 erzeugt.
Bei einer analogen elektronischen Uhr, bei der keine
Magnetfelderfassungsschaltung vorgesehen ist, wird anstatt dessen
der Motortreiberimpuls P1 zur Bestimmung des Werts von Ti
verwendet. Außerdem gibt es mehrere
Schrittmotorantriebsverfahren, bei denen Schrittmotoren mittels einer Kombination
von Impulsen angetrieben werden. In allen Fällen jedoch kann
Ti unter Verwendung eines Motortreiberimpulses so bestimmt
werden, daß es einen Wert hat, bei dem die Rotation des
Motors abgeschlossen ist, bevor das Laden der Zweitbatterie
beginnt.
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Um einen Schrittmotor stabil anzutreiben, beträgt die
Frequenz des AC-Magnetfelds 1 kHz. Wenn die Frequenz zu niedrig
ist, wird der Rotor durch das AC-Magnetfeld angezogen,
wodurch Resonanzschwingungen des Rotors oder eine Fehlfunktion
der zeitangebenden Zeiger hervorgerufen werden. Bei einer
praxisgemäßen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei
der der Durchmesser des Rotors des Schrittmotors 1,2 mm
beträgt, hat sich experimentell herausgestellt, daß das
AC-Magnetfeld, wenn es eine Frequenz von mehr als 600 Hz hat,
nicht auf den Rotor einwirkt und folglich der Schrittmotor
nicht nachteilig beeinflußt wird. Wenn die Zweitbatterie 8
übermäßig geladen wird, d. h. die obere Grenze ihrer
Speicherkapazität überschritten wird, kann eine Verschlechterung oder
ein Schaden an den Eigenschaften der Zweitbatterie 8
eintreten. Um dieses Problem zu beseitigen, ist es nötig, eine
Schaltung vorzusehen, die verhindert, daß die Zweitbatterie
überladen wird. Bei der in Fig. 1 dargestellten analogen
elektronischen Uhr beispielsweise ist es immer notwendig, die
Spannung der Zweitbatterie 8 zu erfassen, damit sie die obere
Grenze der Spannung der Speicherbatterie nicht übersteigt;
hierzu ist die Spannungserfassungsschaltung 10 vorgesehen, um
die Spannung der Zweitbatterie 8 zu erfassen. Die
Spannungserfassungsschaltung 10 weist einen
Spannungsverminderungswiderstand 21 auf, der vorgesehen ist, um die Spannung (VDD-
VSS) der Zweitbatterie in einen Bereich zu vermindern, in dem
ein Komparator 20 arbeiten kann. Eine
Referenzspannungserzeugungsschaltung 20 erzeugt eine Referenzspannung. Somit ist es
möglich, mittels des Komparators 20 genau zu erfassen, ob die
Spannung der Zweitbatterie eine vorbestimmte Spannung
übersteigt oder nicht. Wenn die Spannung der Zweitbatterie höher
als die vorbestimmte Spannung ist, wird das vom Komparator 20
erzeugte Signal LIM auf Pegel 0 geschaltet, so daß kein Laden
der Zweitbatterie stattfindet. Wenn das Signal LIM auf Pegel
0 liegt, sind die Signale GP1 und GP2 im Pegel 1 und die
Signale GN1 und GN2 im Pegel 0, falls das Signal SEL auf Pegel
1 liegt, was wie vorher beschrieben den Zeitpunkt des Ladens
anzeigt. Wenn somit das Signal LIM auf Pegel 0 liegt,
befinden sich die MOSFETs 12, 13 im EIN-Zustand und die MOSFETs
14, 15 im AUS-Zustand.
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Es wird Fig. 9 betrachtet, die die Stromflußrichtung in der
Motortreiberschaltung 6 zu demjenigen Zeitpunkt zeigt, wenn
die Spannungserfassungsschaltung 10 erfaßt, daß die Spannung
der Zweitbatterie die Bezugsspannung übersteigt. In Fig. 9
fließt dann, wenn das Potential auf der rechten Seite der
Motorspule 7 höher ist, ein Strom in Richtung des Pfeils 38.
Wenn das Potential auf der linken Seite der Motorspule 7
höher ist, fließt ein Strom in Richtung des Pfeils 39. Bei der
dargestellten Ausführungsform befinden sich die MOSFETs 12,
13 im EIN-Zustand, wenn die Spannung der Zweitbatterie die
Bezugsspannung übersteigt; in die Zweitbatterie 8 fließt so
kein Strom, womit sie gegen eine zu hohe Spannung geschützt
ist. Der gleiche Effekt kann erreicht werden, falls sich die
MOSFETs 14, 15 im EIN-Zustand befinden. Die Spannung der
Zweitbatterie 8 wird durch die Spannungserfassungsschaltung
10 immer erfaßt. Wenn jedoch die Zweitbatterie einen
vergleichsweise großen Innenwiderstand hat, kann eine
Abfragespannung zufällig erfaßt werden. Mit anderen Worten, wenn die
Zweitbatterie einen vergleichsweise großen Innenwiderstand
hat, wird ihre Spannung während des Ladens um einen Betrag
erhöht, der ihrem Innenwiderstand entspricht, so daß die
Wahrscheinlichkeit einer Fehlerfassung erhöht sein kann. In
diesem Fall ist es daher nötig, eine
Spannungserfassungsschaltung vorzusehen, so wie sie in Fig. 10 dargestellt ist.
Ein Abtastsignal Samp hat alle 10 Sekunden eine aktive
Zeitdauer von 2 Millisekunden und liegt während der aktiven
Zeitdauer auf Pegel 0. Die Zeitdauer, während der das Signal Samt
auf Pegel 0 liegt, wird nachstehend als ein Abtast-Timing
bezeichnet. Nachdem ein Transistor 40 in den EIN-Zustand
geschaltet wird, wird dem Komparator 20, dem Widerstand 21 und
der Bezugsspannungserzeugungsschaltung 22 Energie zugeführt,
wodurch die Erfassung der Spannung (VDD-VSS) der
Zweitbatterie ermöglicht wird. Während des Abtast-Timings ist das
Signal LIM durch ein UND-Gatter 42 auf Pegel 0 gestellt,
wodurch es ermöglicht wird, das Fließen eines Ladestroms in die
Zweitbatterie zu verhindern und eine Fehlerfassung der
Spannung zu vermeiden. Ein Verriegelungsglied 41 ist vorgesehen,
um den Ausgang des Komparators 20 während des Abtast-Timings
zu verriegeln und den verriegelten Zustand bis zum nächsten
Abtast-Timing zu halten. Ein Verriegelungssignal Latch wird
synchron mit dem Signal Samp als ein Taktsignal des
Verriegelungsglieds 41 erzeugt und liegt für 1 Millisekunde auf Pegel
0. Das vom Komparator 20 erzeugte Signal wird bei der
ansteigenden Flanke des Signals Latch in das Verriegelungsglied 41
eingegeben. Die Spannungserfassungsschaltung der Fig. 10 ist
zusätzlich zur Verhinderung einer Fehlerfassung der Spannung
der Zweitbatterie bei der Verringerung des
Leistungsverbrauchs wirksam. Da nämlich außer während des Abtast-Timings
dem Komparator 20, dem Widerstand 21 und der
Bezugsspannungserzeugungsschaltung 22 keine Leistung zugeführt wird, wird
der Stromverbrauch verringert. Daher ist es auch dann, wenn
eine Zweitbatterie einen vergleichsweise niedrigen
Innenwiderstand hat und die Spannungserfassungsschaltung den in
Figur 10 gezeigten Aufbau aufweist, möglich, den
Leistungsverbrauch zu senken. Man wird einsehen, daß die Periode des
Abtast-Timings und die Abtastweite entsprechend der Abänderung
des Aufbaus der Zweitbatterie etc. verändert werden können.
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Bei den obigen Ausführungsformen ist die parasitäre Diode des
Motortreiber-FET als ein Gleichrichterelement beschrieben.
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Die vorstehend beschriebene analoge elektronische Uhr hat den
Vorteil, daß das Überladen der Zweitbatterie ohne Vorsehung
einer externen elektronischen Schaltungsanordnung oder eines
externen Lademechanismus verhindert werden kann. Daher wird
das visuelle Erscheinungsbild der elektronischen Uhr nicht
verändert, so daß die vorliegende Erfindung bei einer dünnen,
als Bekleidungsstück dienenden Uhr eingesetzt werden kann und
es ferner möglich ist, eine preiswerte analoge elektronische
Uhr von geringer Größe vorzusehen. Bei bis dato bekannten
elektronischen Uhren muß die Bewegung der zeitangebenden
Zeiger während des Ladens der Zweitbatterie gestoppt werden. Es
ist jedoch möglich, die Zweitbatterie einer erf indungsgemäßen
analogen elektronischen Uhr zu laden, während die
zeitangebenden
Zeiger noch bewegt werden, was dazu führt, daß die
Zeit gut gehalten wird, so daß eine Neueinstellung der
zeitangebenden Zeiger nach dem Laden der Zweitbatterie nicht
notwendig ist. Die Spule zum Laden der Zweitbatterie dient auch
als Spule zum Antreiben des Schrittmotors, wobei parasitäre
Dioden als eine Gleichrichterschaltung dienen und somit kein
Spannungsbegrenzerelement erforderlich ist. Um
sicherzustellen, daß der Rotor des Schrittmotors gestoppt ist, bevor das
Laden der Zweitbatterie begonnen wird, werden bei der obigen
erfindungsgemäßen Ausführungsform insbesondere MOSFETs zum
Antreiben des Schrittmotors als Kurzschlußmittel für die
Spule des Schrittmotors verwendet.
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Aus der vorliegenden Anmeldung ist eine Anmeldung Nr.
92111462.5 (Veröffentlichungsnummer 0510730) ausgeschieden
worden, welche auf eine analoge elektronische Uhr gerichtet
ist, die wenigstens einen Schrittmotor, Schaltelemente zum
Treiben des Schrittmotors, einen zu den Schaltelementen
elektronisch parallelen PN-Übergang, eine zweite Batterie, die
geladen werden kann, Spannungserfassungsmittel zum Erfassen
der Spannung der Zweitbatterie sowie Ladesteuermittel zum
Steuern des Ladens der Zweitbatterie umfaßt, wobei die
Ladesteuermittel an die Spannungserfassungsmittel angeschlossen
sind, wobei außer während der Zeit der Erzeugung von Impulsen
zum Treiben des Schrittmotors der Schrittmotor dann, wenn
durch das Spannungserfassungsmittel erfaßt wird, daß die
Spannung der Zweitbatterie einen vorbestimmten Wert erreicht
hat, durch die Ladesteuerschaltung kurzgeschlossen wird.