EP0853265A1 - Appareil électrique fonctionnant à l'aide d'une source photovoltaique notamment pièce d'horlogerie - Google Patents
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- EP0853265A1 EP0853265A1 EP98100113A EP98100113A EP0853265A1 EP 0853265 A1 EP0853265 A1 EP 0853265A1 EP 98100113 A EP98100113 A EP 98100113A EP 98100113 A EP98100113 A EP 98100113A EP 0853265 A1 EP0853265 A1 EP 0853265A1
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- G04G19/00—Electric power supply circuits specially adapted for use in electronic time-pieces
Definitions
- the present invention relates to an apparatus low-power autonomous electric vehicle with a supply device comprising a source of energy working by photovoltaic conversion, a electric accumulator and a voltage booster connected between the power source and the accumulator.
- the invention relates to food in electrical energy of low energy consumers at using a source using a photovoltaic cell, such as timepieces, in particular a watch or alarm clock, pocket calculator, post miniature radio, infrared remote control or by radio waves, cordless phone, GPS receiver etc., and generally any powered device autonomous electric system including an energy accumulator electric maintained in charge from a source photoelectric energy.
- a photovoltaic cell such as timepieces, in particular a watch or alarm clock, pocket calculator, post miniature radio, infrared remote control or by radio waves, cordless phone, GPS receiver etc.
- Photovoltaic sources or cells currently used to feed these little ones energy consumers typically provide voltage of approximately 0.3 to 0.5 V per cell, whether semiconductor or photochemical type. Otherwise, electronic circuits require voltage which can hardly be less than 1 V from so we're used to hooking up many of these cells in series to supply them.
- the accumulator can be of any type currently available on the market, like accumulators chemical, preferably lithium ion, and the capacities electrochemicals, especially those designated usually by the term “supercapacitors” or “supercap”.
- the circuit described in the above-mentioned document is capable of maintaining the battery charge at a sufficient voltage for the electronic circuit used, while being able to operate with a single solar cell providing only a voltage of 0.3 to 0.5 V.
- a particular problem that arises for devices powered by a unit consisting of a cell photovoltaic, an accumulator and a booster tension lies in the fact that the device risks being left in total darkness for a long time. If the device continues to operate in the dark, this which can be the case of a timepiece for example, the battery charge is consumed, without being renewed, so that at some point the device will stop working, the accumulator no longer containing that a residual charge too low to provide the voltage required.
- the cell will again supply energy, but only at its own voltage of at most 0.5 V.
- the vital components for the functioning of the device and especially those responsible for ordering the voltage booster cannot operate at such a supply voltage, the device will no longer be able to start and if not must be thrown away, at least be entrusted to a overhaul workshop so that the accumulator can be charged with an external charging device to the device.
- the invention aims to provide an apparatus electric of the type indicated above whose starting is possible in all circumstances despite the use of a photovoltaic source providing a voltage lower than the minimum operating voltage of the components itself to fulfill its function.
- the subject of the invention is therefore an autonomous electrical appliance with low energy consumption provided with a supply device comprising an energy source operating by photovoltaic conversion, an electrical accumulator and a voltage booster connected between the source of energy and the accumulator to charge it, said source supplying insufficient voltage to operate at least certain parts of the apparatus vital for it to fulfill its function, said voltage booster being of the type controlled by a pulse signal from predetermined frequency supplied by a generator connected to it, characterized in that said pulse signal generator comprises an oscillator designed to operate at a voltage equal to or less than the voltage supplied by said photovoltaic source.
- the device can start even if the battery is completely discharged, because the oscillator required to control the elevator voltage will work from the moment the device is placed in an environment in which the illumination is strong enough that the energy source photovoltaic produces its supply voltage.
- the invention is applied to a part PH watchmaking.
- the appliance at low energy consumption targeted by the invention which can be any other device that must operate independently at using a photovoltaic energy source charging a accumulator.
- the PH timepiece conventionally comprises a timepiece circuit 1 generally designated by a rectangle in phantom in the figure.
- this circuit includes a quartz oscillator 2, preferably at 32768 Hz, a divider 3 represented here by two division stages 3a and 3b to divide the frequency from oscillator 2 until a signal is obtained pulse, 1 Hz for example.
- This impulse signal is applied to a control circuit 4 of a stepping motor 5 intended to drive a set of needles 6.
- the PH timepiece is powered by an accumulator 7 formed for example by a lithium ion accumulator or a large capacitor and more particularly by a component that watchmakers call a "supercapacitor” or “supercap “.
- the voltage present at the terminals of this accumulator 7 is designated by V battery .
- the accumulator 7 is part of a supply device generally designated by the reference 8.
- This supply device 8 also comprises a photovoltaic cell 9 formed for example from a single element and supplying a voltage V cp situated between 0, 3 V and 0.5 V, preferably 0.4 V. It can be any photovoltaic cell, semiconductor or photochemical type.
- a voltage booster comprising in series a self 10 and a Schottky diode 11.
- coil 10 the stepper motor coil 5.
- the node 12 between the choke 10 and the Schottky diode 11 is connected to the source-drain path of a first switching transistor TR1 which alternately puts this connection node to the voltage of the accumulator 7 and to ground at a frequency which is that of a pulse control signal applied to the gate of this transistor TR1. It follows from this operation that due to the presence of the choke 10, the node 12 is brought to a voltage much higher than the voltage V cp supplied by the cell 9, sufficient to charge the accumulator 7.
- the gate of transistor TR1 is connected by through an inverter 13 at the node between a resistance R1 and the source-drain path of a transistor TR2 signal shaping, serial connection of these two components being connected between the positive terminal of the accumulator 7 and the mass.
- the gate of transistor TR2 is connected to the output of the divider stage 3a of the timepiece circuit 1, this stage providing a signal with a frequency of 8192 Hz in the example described here.
- the switching transistor TR1 when the accumulator 7 is charged and provides sufficient voltage to supply the vital components of the timepiece circuit 1, and in particular the oscillator 2 and the division stage 3a, the switching transistor TR1 is alternately conductive and not -conductor to the rhythm of the output signal from the division stage 3a. If simultaneously, the timepiece PH is exposed to light, this alternation of the conduction state of the transistor TR1 causes the voltage V cp supplied by the photovoltaic cell to multiply, so that the charge of the accumulator 7 is constantly renewed.
- the charging device 8 further comprises a second switching transistor TR3, the source-drain path of which is mounted in parallel with that of the transistor TR1.
- the gate of this transistor TR3 is connected via an inverter 14 to the node located between a resistor R2 and a second signal shaping transistor TR4, the series connection of these two components being connected between the positive terminal of cell 9 (V cp ) and mass.
- the gate of the transistor TR4 for shaping signal is connected to the output of an oscillator auxiliary 15 providing at its output 18 a signal whose frequency is preferably close to or equal to that at which appears the control signal at the output of division stage 3a.
- Oscillator 15 is designed to so that it can operate with voltage very low supply, i.e. of equal value or possibly lower than the voltage supplied by the photovoltaic cell 9.
- Such an oscillator can be designed in any appropriate manner, but preferably its design is that described in the patent application European No 97100261.3.
- oscillator 15 can be made using three inverters 16a, 16b and 16c mounted in a ring and produced by MOS transistors operating in the low inversion domain and in suitably polarizing the boxes by means of which the MOS transistors are arranged in the substrate.
- the increase in the voltage supplied by the photovoltaic cell 9 can be achieved by a change in the conduction state, either of the transistor TR1, or of the transistor TR3, because they are both capable of carrying the node 12 alternately to the ground potential and to a voltage composed of the sum of the voltage V ACCU and the voltage on the diode 11.
- means are provided to allow selective activation of switching transistors TR1 and TR3 as a function of a signal representative of activity of the energy consuming device which is here the timepiece circuit 1 of the timepiece PH.
- the activity signal is taken at the exit from division stage 3a and shows the operation of the crystal oscillator 2.
- the activity signal can be picked up elsewhere in the timepiece circuit, for example at the control circuit 4 output, possibly after have been suitably adapted to allow the command switching transistors TR1 and TR3.
- oscillator 2 and the stage of division 3a only show activity if that their supply voltage is sufficient to make operate the components of which they are made.
- this voltage can be equal to or greater than 1 V, although this value should not be considered as limiting the invention.
- the output of the division stage 3a is connected to the input of a voltage booster 17 which can be formed by a circuit known as its designer Dickson.
- the output of the voltage booster 17 is connected to ground via a resistor R3, to the gate of a first selection transistor TR5 and at the gate of a second selection transistor TR6 which has a conductivity type opposite to that of the transistor TR5.
- the transistor TR5 is of type N and the transistor TR6 is of type P.
- the drain-source path of transistor TR5 is connected between ground and a node 18 which is connected to the output of oscillator 15 and the gate of transistor TR4.
- the drain-source path of transistor TR6 is connected between the gate of transistor TR2 and the positive terminal of the accumulator 7.
- the timepiece circuit 1 Since the timepiece circuit 1 is not supplied, it does not provide any activity signal, since the oscillator 2 and the division stage 3a are unable to operate.
- the voltage booster 17 does not supply voltage at its output so that the transistor TR6 is conductive preventing the control of the transistor TR1, and that the transistor TR5 is non-conductive.
- the cell 9 being lit, it provides energy at a voltage between 0.3 and 0.5 V. A this voltage, oscillator 15 is capable of operating and it is authorized there thanks to the blocking of transistor TR5. Therefore, the transistors TR4 and TR3 are switched to the oscillator frequency 15.
- the self 10 accumulates energy which is suddenly released with a spike of tension when the transistor TR3 is blocked. Voltage spikes allow charging the accumulator 7 to a voltage greater than that provided by cell 9.
- the transistor TR4 accompanied by the inverter 14 serves as a buffer between the output of oscillator 15 and transistor TR3 which is relatively large and therefore has an input capacity important. Thus, the battery can be charged.
- the transistor TR5 transistor makes the TR5 transistor conductive, short-circuiting oscillator 15 which then stops function.
- the transistor TR6 is made non conductor which releases the control of transistor TR1, via transistor TR2 and inverter 13.
- the transistor TR1 replaces the transistor TR3 and the battery 7 can continue to charge for the timepiece circuit is operating normally. So, we understand that the transistors TR5 and TR6 work as alternative control means.
- Voltage booster 17 is desirable for obtain a frank switching of the transistors TR5 and TR6 as soon as oscillator 2 delivers an activity signal to division stage 3a.
- the oscillator 2 begins to operate as soon as it detects on these supply terminals a sufficient voltage which causes the activity signal to be lost. This means that the switching between the two oscillators 15 and 2 takes place independently of the construction dispersions that may exist between the circuits of the various timepieces. The value of the minimum accumulated voltage V for the operation of oscillator 2 can thus be determined by each circuit individually according to the values of its own components.
- oscillator 2 and division stage 3a only for driving the circuit timepiece 1, the oscillator 15 being responsible for piloting the voltage booster.
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Abstract
Cet appareil électrique autonome à faible consommation d'énergie est muni d'un dispositif d'alimentation (8) comprenant une unique cellule photovoltaïque, un accumulateur électrique (7) et un élévateur de tension (10, 11, TR1, TR3) connecté entre la source d'énergie (9) et l'accumulateur (7) pour charger celui-ci. L'élévateur de tension est du type commandé par un signal impulsionnel de fréquence prédéterminée. Pour permettre le démarrage de l'appareil lorsque l'accumulateur (7) est complètement déchargé, le signal impulsionnel peut être engendré, au moins temporairement par un oscillateur qui peut fonctionner à une très faible tension, c'est-à-dire celle de l'unique cellule photovoltaïque. Lorsque l'appareil est une pièce d'horlogerie, ledit oscillateur peut être remplacé par l'oscillateur (2) du garde-temps (1) de la pièce d'horlogerie dès que l'accumulateur (7) est suffisamment chargé. <IMAGE>
Description
La présente invention est relative à un appareil
électrique autonome à faible consommation d'énergie muni
d'un dispositif d'alimentation comprenant une source
d'énergie fonctionnant par conversion photovoltaïque, un
accumulateur électrique et un élévateur de tension
connecté entre la source d'énergie et l'accumulateur.
Plus précisément, l'invention concerne l'alimentation
en énergie électrique de faible consommateurs d'énergie au
moyen d'une source utilisant une cellule photovoltaïque,
comme par exemple les pièces d'horlogerie, notamment une
montre ou un réveil, une calculatrice de poche, un poste
de radio miniature, une télécommande par infrarouges ou
par ondes radio, un téléphone sans fil, un récepteur GPS
etc., et d'une façon générale tout appareil à alimentation
électrique autonome comprenant un accumulateur d'énergie
électrique maintenu en charge à partir d'une source
d'énergie photoélectrique.
Les sources ou cellules photovoltaïques actuellement
utilisées pour assurer l'alimentation de ces petits
consommateurs d'énergie, fournissent typiquement une
tension d'environ 0,3 à 0,5 V par élément, qu'elles soient
de type semi-conducteur ou photochimique. Par ailleurs,
les circuits électroniques nécessitent une tension
d'alimentation gui ne peut guère être inférieure à 1 V de
sorte que l'on a l'habitude de brancher plusieurs de ces
cellules en série pour en assurer l'alimentation.
Or, pour des raisons d'esthétique, d'encombrement, de
prix etc., (critères qui sont particulièrement cruciaux
dans la technologie horlogère), on cherche actuellement
des solutions de construction dans lesquelles il suffit
d'une seule cellule photovoltaïque pour assurer
l'alimentation de l'appareil.
On voit donc qu'il y a en principe incompatibilité
entre d'une part la faible tension fournie par une seule
cellule photovoltaïque et d'autre part les besoins en
tension électrique des circuits intégrés courants
nécessaires pour faire fonctionner les appareils du genre
visé ici.
Pour remédier à cette incompatibilité, il a déjà été
proposé par la Demanderesse de la présente demande de
brevet (voir la demande de brevet international n°
PCT/CH97/00052 du 17 février 1997), d'équiper les
appareils en question d'un circuit par lequel
l'accumulateur est chargé par l'intermédiaire d'un
élévateur de tension à partir d'une unique cellule
photovoltaïque, l'élévateur de tension étant, par exemple,
du type à découpage.
L'accumulateur peut être de tout type actuellement
disponible sur le marché, comme les accumulateurs
chimiques, à ions lithium de préférence, et les capacités
électrochimiques, notamment celles que l'on désigne
habituellement par le terme de "supercondensateurs" ou
"supercap".
Le circuit décrit dans le document précité est
capable de maintenir la charge de l'accumulateur à une
tension suffisante pour le circuit électronique utilisé,
tout en pouvant fonctionner avec une seule cellule solaire
fournissant seulement une tension de 0,3 à 0,5 V.
Un problème particulier qui se pose pour les
appareils alimentés par un ensemble composé d'une cellule
photovoltaïque, d'un accumulateur et d'un élévateur de
tension réside dans le fait que l'appareil risque d'être
laissé dans l'obscurité totale pendant une longue période.
Si l'appareil continue à fonctionner dans l'obscurité, ce
qui peut être le cas d'une pièce d'horlogerie par exemple,
la charge de l'accumulateur est consommée, sans être
renouvelée, de sorte qu'à un moment donné, l'appareil
cessera de fonctionner, l'accumulateur ne contenant plus
qu'une charge résiduelle trop faible pour fournir la
tension nécessaire.
Cependant, cette charge résiduelle de l'accumulateur
se perdra également par auto-décharge de telle sorte que,
si la période d'obscurité perdure, la tension de
l'accumulateur peut atteindre la valeur zéro.
Si par la suite, l'utilisateur sort l'appareil de
l'obscurité, la cellule fournira de nouveau de l'énergie,
mais seulement à sa tension propre d'au plus 0,5 V. Les
composants vitaux pour le fonctionnement de l'appareil et
en particulier ceux responsables de la commande de
l'élévateur de tension ne pouvant fonctionner à une telle
tension d'alimentation, l'appareil ne pourra plus démarrer
et doit alors sinon être jeté, du moins être confié à un
atelier de révision pour que l'accumulateur puisse être
chargé avec un dispositif de charge extérieur à
l'appareil.
Pour remédier à cet inconvénient, on prévoit dans la
demande de brevet antérieure précitée, de bloquer les
circuits consommateurs d'énergie de l'appareil de manière
que l'accumulateur conserve toujours au minimum entre 10%
et 20% de sa charge. De cette manière, si l'appareil est
sorti de l'obscurité, il démarrera sans difficultés à
l'aide de l'énergie conservée dans l'accumulateur, celui-ci
pouvant ensuite être rechargé par l'intermédiaire de la
cellule photovoltaïque au cours du fonctionnement normal.
Cependant, à supposer que l'appareil reste dans
l'obscurité pendant très longtemps, même les 10% à 20% de
la charge de l'accumulateur seront perdus à la longue par
le phénomène d'auto-décharge. Il arrive alors un moment où
la tension sur l'accumulateur sera en tout état de cause
inférieure à la valeur limite de fonctionnement de
l'appareil de sorte que la solution préconisée dans le
document précité ne peut résoudre tous les cas de figure
en ce qui concerne le démarrage.
L'invention a pour but de fournir un appareil
électrique du type indiqué ci-dessus dont le démarrage est
possible en toute circonstance malgré l'utilisation d'une
source photovoltatïque fournissant une tension inférieure à
la tension de fonctionnement minimale des composants lui
permettant de remplir sa fonction.
L'invention a donc pour objet un appareil électrique
autonome à faible consommation d'énergie muni d'un
dispositif d'alimentation comprenant une source d'énergie
fonctionnant par conversion photovoltaïque, un
accumulateur électrique et un élévateur de tension
connecté entre la source d'énergie et l'accumulateur pour
charger celui-ci, ladite source fournissant une tension
insuffisante pour faire fonctionner au moins certaines
parties de l'appareil vitales pour qu'il remplisse sa
fonction, ledit élévateur de tension étant du type
commandé par un signal impulsionnel de fréquence
prédéterminée fourni par un générateur qui lui est
connecté,
caractérisé en ce que ledit générateur de signal impulsionnel comprend un oscillateur conçu pour fonctionner à une tension égale ou inférieure à la tension fournie par ladite source photovoltaïque.
caractérisé en ce que ledit générateur de signal impulsionnel comprend un oscillateur conçu pour fonctionner à une tension égale ou inférieure à la tension fournie par ladite source photovoltaïque.
Grâce à ces caractéristiques, l'appareil peut
démarrer même si l'accumulateur est complètement déchargé,
car l'oscillateur nécessaire à la commande de l'élévateur
de tension fonctionnera dès l'instant où l'appareil est
placé dans un environnement dans lequel l'éclairement est
suffisamment fort pour que la source d'énergie
photovoltaïque produise sa tension d'alimentation.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention
apparaítront au cours de la description qui va suivre,
donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se
référant au dessin annexé sur lequel:
- la figure unique représente un exemple de schéma d'un appareil électrique autonome à faible consommation d'énergie, plus précisément une pièce d'horlogerie telle qu'une montre ou un réveil.
Suivant l'exemple de réalisation représenté à la
figure unique, l'invention est appliquée à une pièce
d'horlogerie PH. On notera qu'il ne s'agit ici que d'un
exemple d'application de l'invention, l'appareil à basse
consommation d'énergie visé par l'invention pouvant être
tout autre appareil devant fonctionner de façon autonome à
l'aide d'une source d'énergie photovoltaïque chargeant un
accumulateur.
La pièce d'horlogerie PH comprend de façon classique
un circuit garde-temps 1 désigné globalement par un
rectangle en traits mixtes sur la figure. De façon
classique, ce circuit comprend un oscillateur à quartz 2,
à 32768 Hz de préférence, un diviseur 3 représenté ici par
deux étages de division 3a et 3b pour diviser la fréquence
de l'oscillateur 2 jusqu'à l'obtention d'un signal
impulsionnel, de 1 Hz par exemple. Ce signal impulsionnel
est appliqué à un circuit de commande 4 d'un moteur pas-à-pas
5 destiné à entraíner un jeu d'aiguilles 6.
La pièce d'horlogerie PH est alimentée par
l'intermédiaire d'un accumulateur 7 formé par exemple d'un
accumulateur à ions lithium ou d'un gros condensateur et
plus particulièrement par un composant que les horlogers
appellent un "supercondensateur" ou "supercap". La tension
présente aux bornes de cet accumulateur 7 est désignée par
Vaccu.
L'accumulateur 7 fait partie d'un dispositif
d'alimentation désigné globalement par la référence 8. Ce
dispositif d'alimentation 8 comporte également une cellule
photovoltaïque 9 formée par exemple d'un seul élément et
fournissant une tension Vcp située entre 0,3 V et 0,5 V, de
préférence à 0,4 V. Il peut s'agir de toute cellule
photovoltaïque, à semi-conducteur ou de type
photochimique.
Entre la cellule photovoltaïque 9 et l'accumulateur 7
est monté un élévateur de tension comportant en série une
self 10 et une diode de Schottky 11. Avantageusement, on
peut utiliser pour la self 10 la bobine du moteur pas-à-pas
5.
Le noeud 12 entre la self 10 et la diode de Schottky
11 est connecté au trajet source-drain d'un premier
transistor de commutation TR1 qui met alternativement ce
noeud de connexion à la tension de l'accumulateur 7 et à
la masse à une fréquence qui est celle d'un signal de
commande impulsionnel appliqué sur la grille de ce
transistor TR1. Il résulte de cette opération que du fait
de la présence de la self 10, le noeud 12 est porté à une
tension bien supérieure à la tension Vcp fournie par la
cellule 9, suffisante pour charger l'accumulateur 7.
La grille du transistor TR1 est connectée par
l'intermédiaire d'un inverseur 13 au noeud entre une
résistance R1 et le trajet source-drain d'un transistor
TR2 de mise en forme de signal, le montage en série de ces
deux composants étant connecté entre la borne positive de
l'accumulateur 7 et la masse. La grille du transistor TR2
est connectée à la sortie de l'étage diviseur 3a du
circuit garde-temps 1, cet étage fournissant un signal
d'une fréquence de 8192 Hz dans l'exemple décrit ici.
Ainsi, lorsque l'accumulateur 7 est chargé et fournit
une tension suffisante pour alimenter les composants
vitaux du circuit garde-temps 1, et notamment
l'oscillateur 2 et l'étage de division 3a, le transistor
de commutation TR1 est alternativement conducteur et non-conducteur
au rythme du signal de sortie de l'étage de
division 3a. Si simultanément, la pièce d'horlogerie PH
est exposée à la lumière, cette alternance de l'état de
conduction du transistor TR1 provoque la multiplication de
la tension Vcp fournie par la cellule photovoltaïque, de
sorte que la charge de l'accumulateur 7 est constamment
renouvelée.
Selon l'invention, le dispositif de charge 8 comprend
en outre un second transistor de commutation TR3 dont le
trajet source-drain est monté en parallèle à celui du
transistor TR1. La grille de ce transistor TR3 est reliée
par l' intermédiaire d'un inverseur 14 au noeud situé entre
une résistance R2 et un second transistor TR4 de mise en
forme de signal, le montage en série de ces deux
composants étant connecté entre la borne positive de la
cellule 9 (Vcp) et la masse.
La grille du transistor TR4 de mise en forme de
signal est raccordée à la sortie d'un oscillateur
auxiliaire 15 fournissant à sa sortie 18 un signal dont la
fréquence est de préférence proche ou égale à celle à
laquelle apparaít le signal de commande à la sortie de
l'étage de division 3a. L'oscillateur 15 est conçu de
telle façon qu'il puisse fonctionner avec une tension
d'alimentation très faible c'est-à-dire d'une valeur égale
ou éventuellement inférieure à la tension fournie par la
cellule photovoltaïque 9. Un tel oscillateur peut être
conçu de toute manière appropriée, mais de préférence sa
conception est celle décrite dans la demande de brevet
européeen No 97100261.3. On notera pour les besoins de la
présente description que l'oscillateur 15 peut être
réalisé à l'aide de trois inverseurs 16a, 16b et 16c
montés en anneau et réalisé au moyen de transistors MOS
fonctionnant dans le domaine de faible inversion et en
polarisant convenablement les caissons au moyen desquels
les transistors MOS sont disposés dans le substrat.
On conçoit en examinant le montage décrit ci-dessus,
que l'élévation de la tension fournie par la cellule
photovoltaïque 9 peut être réalisée par un changement de
l'état de conduction, soit du transistor TR1, soit du
transistor TR3, car ils sont tous deux capables de porter
le noeud 12 alternativement au potentiel de la masse et à
une tension composée de la somme de la tension VACCU et la
tension sur la diode 11.
Selon un aspect particulièrement important de la
présente invention, il est prévu des moyens pour permettre
une activation sélective des transistors de commutation
TR1 et TR3 en fonction d'un signal représentatif de
l'activité de l'appareil consommateur d'énergie qui est
ici le circuit garde-temps 1 de la pièce d'horlogerie PH.
Dans l'exemple décrit, le signal d'activité est prélevé à
la sortie de l'étage de division 3a et témoigne du
fonctionnement de l'oscillateur à quartz 2. Toutefois, on
comprendra que le signal d'activité pourra être prélevé
ailleurs dans le circuit garde-temps, par exemple à la
sortie du circuit de commande 4, éventuellement après
avoir été adapté convenablement pour permettre la commande
des transistors de commutation TR1 et TR3.
Dans l'exemple décrit, l'oscillateur 2 et l'étage de
division 3a ne manifestent une activité qu'à la condition
que leur tension d'alimentation soit suffisante pour faire
fonctionner les composants dont ils sont constitués.
Typiquement, cette tension peut être égale ou supérieure à
1 V, bien que cette valeur ne doive pas être considérée
comme limitative de l'invention.
Pour adapter le signal d'activité, la sortie de
l'étage de division 3a est connectée à l'entrée d'un
élévateur de tension 17 qui peut être formé par un circuit
connu sous le nom de son concepteur Dickson.
La sortie de l'élévateur de tension 17 est connectée
à la masse par l'intermédiaire d'une résistance R3, à la
grille d'un premier transistor de sélection TR5 et à la
grille d'un second transistor de sélection TR6 qui
présente un type de conductivité opposé à celui du
transistor TR5. Dans l'exemple décrit, le transistor TR5
est de type N et le transistor TR6 est de type P.
Le trajet drain-source du transistor TR5 est connecté
entre la masse et un noeud 18 qui est relié à la sortie de
l'oscillateur 15 et à la grille du transistor TR4.
Le trajet drain-source du transistor TR6 est relié
entre la grille du transistor TR2 et la borne positive de
l'accumulateur 7.
Le fonctionnement de la pièce d'horlogerie ainsi
conçu est le suivant.
On suppose que la pièce d'horlogerie a été laissée
dans l'obscurité pendant un temps d'une longueur telle que
l'accumulateur 7 est complètement déchargé, la tension
Vaccu étant voisine, voire égale, à zéro. On suppose
également que, dans ces conditions, l'utilisateur veuille
réutiliser la pièce d'horlogerie et de ce fait la ressorte
de l'obscurité. Le circuit garde-temps 1 n'étant pas
alimenté, il ne fournit aucun signal d'activité, car
l'oscillateur 2 et l'étage de division 3a sont incapables
de fonctionner. L'élévateur de tension 17 ne fournit pas
de tension à sa sortie de sorte que le transistor TR6 est
conducteur empêchant la commande du transistor TR1, et que
le transistor TR5 est non conducteur.
La cellule 9 étant éclairée, elle fournit de
l'énergie à une tension d'une valeur entre 0,3 et 0,5 V. A
cette tension, l'oscillateur 15 est capable de fonctionner
et il y est autorisé grâce au blocage du transistor TR5.
De ce fait, les transistors TR4 et TR3 sont commutés à la
fréquence de l'oscillateur 15.
Plus précisément, lorsque le transistor TR3 est
conducteur, la self 10 accumule de l'énergie qui est
libérée brusquement avec une pointe de tension lorsque le
transistor TR3 est bloqué. Les pointes de tension
permettent de charger l'accumulateur 7 à une tension
supérieure à celle fournie par la cellule 9. Le transistor
TR4 accompagné de l'inverseur 14 sert de tampon entre la
sortie de l'oscillateur 15 et le transistor TR3 qui est
relativement gros et présente donc une capacité d'entrée
importante. Ainsi, l'accumulateur peut se charger.
Dès que l'accumulateur 7 est suffisamment chargé pour
fournir une tension d'alimentation convenant à
l'oscillateur 2 et à l'étage de division 3a, un signal
d'activité apparaít à la sortie de cet étage. Le circuit
garde-temps démarre et l'élévateur de tension 17 fournit
une tension de sortie.
Ce dernier rend conducteur le transistor TR5, courtcircuitant
l'oscillateur 15 qui cesse alors de
fonctionner. En revanche, le transistor TR6 est rendu non
conducteur ce qui libère la commande du transistor TR1,
par l'intermédiaire du transistor TR2 et l'inverseur 13.
Ainsi, le transistor TR1 se substitue au transistor TR3 et
la charge de l'accumulateur 7 peut se poursuivre pendant
que le circuit garde-temps fonctionne normalement. Ainsi,
on comprend que les transistors TR5 et TR6 fonctionnent
comme des moyens de commande de substitution.
L'élévateur de tension 17 est souhaitable pour
obtenir une commutation franche des transistors TR5 et TR6
dès que l'oscillateur 2 délivre un signal d'activité à
l'étage de division 3a.
On notera que l'oscillateur 2 commence à fonctionner
dès qu'il détecte sur ces bornes d'alimentation une
tension suffisante ce qui fait naítre le signal
d'activité. Ceci signifie que la commutation entre les
deux oscillateurs 15 et 2 a lieu indépendamment des
dispersions de construction pouvant exister entre les
circuits des différentes pièces d'horlogerie. La valeur de
la tension Vaccu minimale pour le fonctionnement de
l'oscillateur 2 peut ainsi être déterminée par chaque
circuit individuellement selon les valeurs de ses propres
composants.
Selon une variante qui n'a pas été représentée au
dessin, il est possible d'utiliser l'oscillateur 2 et
l'étage de division 3a uniquement pour piloter le circuit
garde-temps 1, l'oscillateur 15 étant chargé de piloter en
permanence l'élévateur de tension. Dans cette variante, on
pourra alors se dispenser des transistors TR1, TR2, TR5 et
TR6, de l'inverseur 13, des résistances R1 et R3 et de
l'élévateur de tension 17.
Claims (12)
- Appareil électrique autonome à faible consommation d'énergie muni d'un dispositif d'alimentation (8) comprenant une source d'énergie (9) fonctionnant par conversion photovoltaïque, un accumulateur électrique (7) et un élévateur de tension (10, 11, TR1, TR3) connecté entre la source d'énergie (9) et l'accumulateur (7) pour charger celui-ci, ladite source fournissant une tension insuffisante pour faire fonctionner au moins certaines parties de l'appareil vitales pour qu'il remplisse sa fonction, ledit élévateur de tension étant du type commandé par un signal impulsionnel de fréquence prédéterminée fourni par un premier générateur qui lui est connecté,
caractérisé en ce que ledit premier générateur de signal impulsionnel comprend un oscillateur (15) conçu pour fonctionner à une tension égale ou inférieure à la tension (Vcp) fournie par ladite source photovoltaïque (9). - Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit oscillateur (15) est un oscillateur en anneau.
- Appareil suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ledit élévateur de tension comprend une self (10) branchée entre ladite source photovoltaïque (9) et le montage en série d'une diode (11) et dudit accumulateur (7) et en ce que la sortie (18) dudit oscillateur (15) est connectée à des premiers moyens de commutation (TR3, TR4) capables de porter le noeud (12) entre ladite diode (11) et ladite self (10) alternativement à un potentiel égal à la somme de la tension (Vaccu) de cet accumulateur (7) et la tension sur la diode (11) et à celle de la masse.
- Appareil suivant la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits premiers moyens de commutation comprennent un transistor (TR3) de commutation dont le trajet source-drain est relié entre la masse et ledit noeud (12) et dont la grille est reliée à la sortie dudit oscillateur (15) par l'intermédiaire d'un transistor (TR4) de mise en forme du signal fourni par ledit oscillateur (15).
- Appareil suivant la revendication 4, caractérisé en ce qu'un inverseur (14) est relié entre ledit transistor de commutation (TR3) et ledit transistor de mise en forme (TR4).
- Appareil suivant l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que l'une desdites parties vitales dudit appareil est formée par des seconds moyens générateurs (2, 3a) d'un signal impulsionnel et en ce qu'il comprend en outre :des seconds moyens de commutation (TR1, TR2) capables de porter le noeud (12) entre ledit montage en série (7, 11) et ladite self (10) alternativement audit potentiel et au potentiel de la masse;des moyens (2, 3, 17) générateurs d'un signal d'activité représentatif de l'exécution de ladite fonction par l'appareil; etdes moyens de commande de substitution (TR5, TR6) pour, lorsque lesdits moyens générateurs engendrent ledit signal d'activité, brancher sur ledit élévateur de tension (10) lesdits seconds moyens générateurs (2, 3a) d'un signal impulsionnel à la place dudit oscillateur (15).
- Appareil suivant la revendication 6, caractérisé en ce que lesdits seconds moyens générateurs d'un signal impulsionnel (2, 3a) forment lesdits moyens générateurs du signal d'activité.
- Appareil suivant l'une quelconque des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que lesdits moyens de commande de substitution comprennent un premier transistor de commande (TR5) capable de court-circuiter la sortie dudit oscillateur (15) et un second transistor de commande (TR6) capable d'activer lesdits seconds moyens de commutation, en réponse à l'apparition dudit signal d'activité.
- Appareil suivant la revendication 8, caractérisé en ce que lesdits seconds moyens de commutation comprennent un transistor (TR1) dont le trajet sourcedrain est relié entre la masse et ledit noeud (12) et dont la grille est connectée pour recevoir ledit signal d'activité par l'intermédiaire d'un second transistor (TR2) de mis en forme de ce signal.
- Appareil suivant la revendication 9, caractérisé en ce qu'un inverseur (13) est relié entre le transistor de commutation (TR1) desdits seconds moyens de commutation et ledit second transistor de mise en forme (TR2).
- Appareil suivant l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que lesdits premier et second transistors de commande (TR5, TR6) sont connectés auxdits moyens générateurs du signal d'activité par l'intermédiaire de moyens élévateurs de tension (17)..
- Appareil suivant l'une quelconque des revendications 6 à 11, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit garde-temps (1) et en ce que lesdits seconds moyens générateurs de signal impulsionnels sont formés par un oscillateur à quartz (2), et éventuellement une partie (3a) du diviseur (3) de ce circuit garde-temps.
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|---|---|---|---|
| CH33/97 | 1997-01-09 | ||
| EP97100238 | 1997-01-09 | ||
| CH00033/97A CH691010A5 (fr) | 1997-01-09 | 1997-01-09 | Appareil électrique fonctionnant à l'aide d'une source photovoltaïque, notamment pièce d'horlogerie. |
| CH3397 | 1997-01-09 | ||
| EP97100238 | 1997-01-09 |
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|---|---|
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ID=25683312
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|---|---|---|---|
| EP19980100113 Expired - Lifetime EP0853265B1 (fr) | 1997-01-09 | 1998-01-07 | Appareil électrique fonctionnant à l'aide d'une source photovoltaique notamment pièce d'horlogerie |
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| Country | Link |
|---|---|
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0908799A2 (fr) * | 1997-10-07 | 1999-04-14 | Seiko Instruments Inc. | Montre électronique avec élément générateur d'énergie électrique |
Citations (4)
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| GB2142490A (en) * | 1980-10-01 | 1985-01-16 | Hitachi Ltd | Low power consumption electronic circuit |
| GB2158274A (en) * | 1984-03-29 | 1985-11-06 | Suwa Seikosha Kk | Electronic timepiece |
| EP0293045A1 (fr) * | 1987-05-29 | 1988-11-30 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Circuit intégré CMOS comportant un générateur de polarisation de substrat |
| JPH08107669A (ja) * | 1994-10-05 | 1996-04-23 | Sharp Corp | 昇圧型チョッパレギュレータ |
-
1998
- 1998-01-07 EP EP19980100113 patent/EP0853265B1/fr not_active Expired - Lifetime
- 1998-01-07 DE DE1998605011 patent/DE69805011T2/de not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (4)
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 096, no. 008 30 August 1996 (1996-08-30) * |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0908799A2 (fr) * | 1997-10-07 | 1999-04-14 | Seiko Instruments Inc. | Montre électronique avec élément générateur d'énergie électrique |
| EP0908799A3 (fr) * | 1997-10-07 | 2001-08-16 | Seiko Instruments Inc. | Montre électronique avec élément générateur d'énergie électrique |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE69805011T2 (de) | 2002-12-12 |
| DE69805011D1 (de) | 2002-05-29 |
| EP0853265B1 (fr) | 2002-04-24 |
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