JP2537641B2 - アナログ電子時計 - Google Patents
アナログ電子時計Info
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- JP2537641B2 JP2537641B2 JP62236464A JP23646487A JP2537641B2 JP 2537641 B2 JP2537641 B2 JP 2537641B2 JP 62236464 A JP62236464 A JP 62236464A JP 23646487 A JP23646487 A JP 23646487A JP 2537641 B2 JP2537641 B2 JP 2537641B2
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- JP
- Japan
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- coil
- voltage
- switching elements
- secondary power
- power supply
- Prior art date
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は充電可能なアナログ電子時計の充電回路に関
する。
する。
従来の２次電池を主電源とする充電式時計において
は、２次電池の特性劣化防止、破壊防止の利用から、何
らかの過充電防止回路を設けなければならなかった。そ
の主流となる方式は、時計用IC内に２次電池と並列にト
ランジスターを配置する方式で、２次電池電圧がリミッ
ター設定値を越えるとトランジスターをONにして、充電
電流をバイパスさせる方式であった。また、別の方式と
しては、LEDを２次電池と並列に配置し、２次電池電圧
がLEDのON電圧を越えると、充電電流をLEDに流してバイ
パスさせる方式であった。
は、２次電池の特性劣化防止、破壊防止の利用から、何
らかの過充電防止回路を設けなければならなかった。そ
の主流となる方式は、時計用IC内に２次電池と並列にト
ランジスターを配置する方式で、２次電池電圧がリミッ
ター設定値を越えるとトランジスターをONにして、充電
電流をバイパスさせる方式であった。また、別の方式と
しては、LEDを２次電池と並列に配置し、２次電池電圧
がLEDのON電圧を越えると、充電電流をLEDに流してバイ
パスさせる方式であった。
しかし、従来の技術では以下の様な問題点を有してい
る。
る。
まず、時計用IC内にリミッタートランジスタを配置す
る方式であるが、充電電流を完全にバイパスさせるため
には非常に大きなサイズのトランジスタとしなければな
らない。そうすると必然的にICの面積が増大しコストア
ップの要因となりまた小型の時計用回路基板内において
はかなりのスペース的制約を受けることになる。さら
に、サイズの大きなトランジスタはOFF時のリーク電流
も無視できず、回路の消費電流の小さいことが最重要ポ
イントである充電式時計においては、あまり好ましくな
かった。
る方式であるが、充電電流を完全にバイパスさせるため
には非常に大きなサイズのトランジスタとしなければな
らない。そうすると必然的にICの面積が増大しコストア
ップの要因となりまた小型の時計用回路基板内において
はかなりのスペース的制約を受けることになる。さら
に、サイズの大きなトランジスタはOFF時のリーク電流
も無視できず、回路の消費電流の小さいことが最重要ポ
イントである充電式時計においては、あまり好ましくな
かった。
次にIC外付けのLEDを設ける方式であるが、当然、新
規の素子を追加することにより、コストアップ、時計の
大型化を招き、薄型ドレスタイプが主流のアナログ時計
にはむいていなかった。
規の素子を追加することにより、コストアップ、時計の
大型化を招き、薄型ドレスタイプが主流のアナログ時計
にはむいていなかった。
そこで本発明はこのような問題点を解決するもので、
その目的とするところは、現状のアナログ電子時計用の
ICにわずかな論理回路を付加するだけで、ICの面積アッ
プは招かず、外付けのリミッター機構を必要としない
で、小型、低コストの充電用アナログ電子時計を提供す
ることにある。
その目的とするところは、現状のアナログ電子時計用の
ICにわずかな論理回路を付加するだけで、ICの面積アッ
プは招かず、外付けのリミッター機構を必要としない
で、小型、低コストの充電用アナログ電子時計を提供す
ることにある。
本発明のアナログ電子時計は、コイルを有するステッ
プモータと、 充電可能な２次電源と、 前記コイルの両端から前記２次電源のプラス側へ接続
された２個のスイッチング素子、前記コイルの両端から
前記２次電源のマイナス側へ接続された２個のスイッチ
ング素子からなり、前記４個のスイッチング素子をモー
タ駆動信号により選択的に導通させて前記コイルに駆動
電流を供給する駆動回路と、 外部交流磁界によって前記コイルに誘起する交流電圧
を前記２次電源に充電するよう制御する充電制御手段を
有し、 前記スイッチング素子は、MOS型FETであって、 前記充電制御手段は、少なくとも前記駆動電流信号が
供給されない期間に、前記４個のスイッチング素子のう
ち少なくとも３個以上を非導通とするよう制御してなる
アナログ電子時計において、 前記２次電源の電圧を検出する電圧検出手段を備え、 前記充電制御手段は、前記電圧検出手段が所定の電圧
を検出したとき、前記駆動電流が供給される期間を除い
て前記コイルの両端を短絡させるよう前記スイッチング
素子を制御してなることを特徴とする。
プモータと、 充電可能な２次電源と、 前記コイルの両端から前記２次電源のプラス側へ接続
された２個のスイッチング素子、前記コイルの両端から
前記２次電源のマイナス側へ接続された２個のスイッチ
ング素子からなり、前記４個のスイッチング素子をモー
タ駆動信号により選択的に導通させて前記コイルに駆動
電流を供給する駆動回路と、 外部交流磁界によって前記コイルに誘起する交流電圧
を前記２次電源に充電するよう制御する充電制御手段を
有し、 前記スイッチング素子は、MOS型FETであって、 前記充電制御手段は、少なくとも前記駆動電流信号が
供給されない期間に、前記４個のスイッチング素子のう
ち少なくとも３個以上を非導通とするよう制御してなる
アナログ電子時計において、 前記２次電源の電圧を検出する電圧検出手段を備え、 前記充電制御手段は、前記電圧検出手段が所定の電圧
を検出したとき、前記駆動電流が供給される期間を除い
て前記コイルの両端を短絡させるよう前記スイッチング
素子を制御してなることを特徴とする。
また、コイルを有するステップモータと、 充電可能な２次電源と、 前記コイルの両端から前記２次電源のプラス側へ接続
された２個のスイッチング素子、前記コイルの両端から
前記２次電源のマイナス側へ接続された２個のスイッチ
ング素子及び、前記スイッチング素子に並列に形成され
る静電気入力バイパスダイオードとからなり、前記４個
のスイッチング素子をモータ駆動信号により選択的に導
通させて前記コイルに駆動電流を供給する駆動回路と、 外部交流磁界によって前記コイルに誘起する交流電圧
を前記２次電源に充電するよう制御する充電制御手段を
有し、 前記充電制御手段は、少なくとも前記駆動電流信号が
供給されない期間に、前記４個のスイッチング素子のう
ち少なくとも３個以上を非導通とするよう制御すしてな
るアナログ電子時計において、 前記２次電源の電圧を検出する電圧検出手段を備え、 前記充電制御手段は、前記電圧検出手段が所定の電圧
を検出したとき、前記駆動電流が供給される期間を除い
て前記コイルの両端を短絡させるよう前記スイッチング
素子を制御してなることを特徴とする。
された２個のスイッチング素子、前記コイルの両端から
前記２次電源のマイナス側へ接続された２個のスイッチ
ング素子及び、前記スイッチング素子に並列に形成され
る静電気入力バイパスダイオードとからなり、前記４個
のスイッチング素子をモータ駆動信号により選択的に導
通させて前記コイルに駆動電流を供給する駆動回路と、 外部交流磁界によって前記コイルに誘起する交流電圧
を前記２次電源に充電するよう制御する充電制御手段を
有し、 前記充電制御手段は、少なくとも前記駆動電流信号が
供給されない期間に、前記４個のスイッチング素子のう
ち少なくとも３個以上を非導通とするよう制御すしてな
るアナログ電子時計において、 前記２次電源の電圧を検出する電圧検出手段を備え、 前記充電制御手段は、前記電圧検出手段が所定の電圧
を検出したとき、前記駆動電流が供給される期間を除い
て前記コイルの両端を短絡させるよう前記スイッチング
素子を制御してなることを特徴とする。
本発明の上記の構成によれば、２次電源電圧があらか
じめ設定した値以下の時は、外部交流磁界によりステッ
プモータコイルに誘起した交流電圧を、PN接合により整
流して２次電源に充電することが可能となるが、２次電
源電圧が設定値を越えた時は、ステップモータコイルに
交流電圧が誘起してもコイル両端が短絡していることに
より、２次電源への充電を止めることが可能となる。
じめ設定した値以下の時は、外部交流磁界によりステッ
プモータコイルに誘起した交流電圧を、PN接合により整
流して２次電源に充電することが可能となるが、２次電
源電圧が設定値を越えた時は、ステップモータコイルに
交流電圧が誘起してもコイル両端が短絡していることに
より、２次電源への充電を止めることが可能となる。
以後実施例に基づき本発明を詳細に説明する。第１図
は本発明の実施例を示す回路図であり、１は発振回路
で、通常は時計用小型水晶振動子を原振として32768Hz
の標準信号を発生している。２の分周回路は前記標準信
号を順次分周して、回路動作に必要な周波数の信号を発
生している。３はモータ駆動波形合成回路で、モータ駆
動に必要な各種タイミングパルス波形を発生している。
４は回転検出回路で、通常モータ駆動パルス（以後P1と
呼ぶ。）を出力した際、モータの回転、非回転を検出し
て、非回転であった場合はモータ駆動波形合成回路３に
フィードバックをかけて、補正モータパルス（以後P2と
呼ぶ。）を出力するためにある。また５は磁界検出回路
で、時計に外部磁界がかかった時にモータ運針の信頼性
を上げるために、P1をキャンセルしてP2を出力するため
にある。以上３、４、５の回路は、特開昭54−75520
号、特開昭54−77162号、特開昭55−87977号等によって
周知となっているアナログ電子時計の低消費電力駆動回
路である。次に、６はモータ駆動回路で、モータードラ
イバーとなるPchMOS型FET12、13、NchMOS型FET14、15よ
り構成されている。（以後、単にFETと呼ぶ。）ここ
で、本発明においては各FET12〜15の寄生ダイオード16
〜19が整流用素子として重要な働きをすることになる。
第２図ではPchMOS型FETの断面図を示しているが、その
構造上、ソース→サブストレートにPN接合D1が形成さ
れ、ドレイン→サブストレートにPN接合D2が形成され
る。ここでFETをモータドライバーに用いる時は、ソー
スとサブストレートは同電位として使用するためPN接合
D1は無効となり、PN接合D2のみがダイオードとして機能
することになる。このD2を寄生ダイオードと呼び、ドレ
インがアノードとして、サブストレースト＝ソースがカ
ソードとして機能する。また、NchMOS型FETはPchの逆と
なり寄生ダイオードはサブストレート＝ソースがアノー
ド、ドレインがカソードとして機能する。本発明は、こ
の寄生ダイオードを整流用素子としているため、外付け
整流用素子を必要としないのが大きな特徴である。第１
図の７は、ステップモータ用コイル（以後モータコイル
と呼ぶ。）で、運針時はFET12〜15のON/OFF制御により
モータが駆動され、充電時は時計外部充電器11によって
発生した交流磁界がモータコイル７を鎖交して電磁誘導
によって交流電圧がモータコイル７に誘起し、寄生ダイ
オード16〜19を整流回路として２次電池８に充電され
る。この２次電池８に蓄えたエネルギーで時計を駆動す
ることになる。また、充電時の電流経路を詳細に説明す
ると第３図の様になり、モータコイル７に発生した交流
電圧が第３図上においてモータコイル７の右側の電位が
高い時は、矢印34（点線）の経路で電流が流れ、モータ
コイル７の左側の電位が高い時は、矢印35（一点鎖線）
の経路で電流が流れ、いずれの電位が高い時でも常に２
次電池８には充電方向に電流が流れることになり、全波
整流となる。ここで、前記の全波整流を実現するために
は、各FET12〜15を全てOFFに制御することが必要で、仮
に１個のFETがONとなっていた場合は半波整流となり、
その時の電流経路を第４図に説明する。第４図において
はFET13のみがONに制御されているため、寄生ダイオー
ド17の両端がショートとなり、ダイオードブリッジとは
ならない。したがって、モータコイル７の右側の電位が
高い時は、矢印36（点線）の経路で電流が流れて２次電
池８に充電するが、モータコイル７の左側の電位が高い
時は、矢印37（一点鎖線）の経路、すなわち寄生ダイオ
ード16→FET13→モータコイル７と閉ループが構成さ
れ、２次電池８には充電されずに半波整流となり、充電
効率が半減してしまう。また、後述のリミッター制御の
際に説明するが、FET12、13が共にON、またはFET14、15
が共にONの時は、２次電池８には全く充電されない。し
たがって、最も充電効率の良い整流回路を構成するため
には、各FET12〜15は全てOFFにすることが必要になるわ
けである。
は本発明の実施例を示す回路図であり、１は発振回路
で、通常は時計用小型水晶振動子を原振として32768Hz
の標準信号を発生している。２の分周回路は前記標準信
号を順次分周して、回路動作に必要な周波数の信号を発
生している。３はモータ駆動波形合成回路で、モータ駆
動に必要な各種タイミングパルス波形を発生している。
４は回転検出回路で、通常モータ駆動パルス（以後P1と
呼ぶ。）を出力した際、モータの回転、非回転を検出し
て、非回転であった場合はモータ駆動波形合成回路３に
フィードバックをかけて、補正モータパルス（以後P2と
呼ぶ。）を出力するためにある。また５は磁界検出回路
で、時計に外部磁界がかかった時にモータ運針の信頼性
を上げるために、P1をキャンセルしてP2を出力するため
にある。以上３、４、５の回路は、特開昭54−75520
号、特開昭54−77162号、特開昭55−87977号等によって
周知となっているアナログ電子時計の低消費電力駆動回
路である。次に、６はモータ駆動回路で、モータードラ
イバーとなるPchMOS型FET12、13、NchMOS型FET14、15よ
り構成されている。（以後、単にFETと呼ぶ。）ここ
で、本発明においては各FET12〜15の寄生ダイオード16
〜19が整流用素子として重要な働きをすることになる。
第２図ではPchMOS型FETの断面図を示しているが、その
構造上、ソース→サブストレートにPN接合D1が形成さ
れ、ドレイン→サブストレートにPN接合D2が形成され
る。ここでFETをモータドライバーに用いる時は、ソー
スとサブストレートは同電位として使用するためPN接合
D1は無効となり、PN接合D2のみがダイオードとして機能
することになる。このD2を寄生ダイオードと呼び、ドレ
インがアノードとして、サブストレースト＝ソースがカ
ソードとして機能する。また、NchMOS型FETはPchの逆と
なり寄生ダイオードはサブストレート＝ソースがアノー
ド、ドレインがカソードとして機能する。本発明は、こ
の寄生ダイオードを整流用素子としているため、外付け
整流用素子を必要としないのが大きな特徴である。第１
図の７は、ステップモータ用コイル（以後モータコイル
と呼ぶ。）で、運針時はFET12〜15のON/OFF制御により
モータが駆動され、充電時は時計外部充電器11によって
発生した交流磁界がモータコイル７を鎖交して電磁誘導
によって交流電圧がモータコイル７に誘起し、寄生ダイ
オード16〜19を整流回路として２次電池８に充電され
る。この２次電池８に蓄えたエネルギーで時計を駆動す
ることになる。また、充電時の電流経路を詳細に説明す
ると第３図の様になり、モータコイル７に発生した交流
電圧が第３図上においてモータコイル７の右側の電位が
高い時は、矢印34（点線）の経路で電流が流れ、モータ
コイル７の左側の電位が高い時は、矢印35（一点鎖線）
の経路で電流が流れ、いずれの電位が高い時でも常に２
次電池８には充電方向に電流が流れることになり、全波
整流となる。ここで、前記の全波整流を実現するために
は、各FET12〜15を全てOFFに制御することが必要で、仮
に１個のFETがONとなっていた場合は半波整流となり、
その時の電流経路を第４図に説明する。第４図において
はFET13のみがONに制御されているため、寄生ダイオー
ド17の両端がショートとなり、ダイオードブリッジとは
ならない。したがって、モータコイル７の右側の電位が
高い時は、矢印36（点線）の経路で電流が流れて２次電
池８に充電するが、モータコイル７の左側の電位が高い
時は、矢印37（一点鎖線）の経路、すなわち寄生ダイオ
ード16→FET13→モータコイル７と閉ループが構成さ
れ、２次電池８には充電されずに半波整流となり、充電
効率が半減してしまう。また、後述のリミッター制御の
際に説明するが、FET12、13が共にON、またはFET14、15
が共にONの時は、２次電池８には全く充電されない。し
たがって、最も充電効率の良い整流回路を構成するため
には、各FET12〜15は全てOFFにすることが必要になるわ
けである。
ここで、FET12〜15をOFF制御のままでいると、当然ス
テップモータ駆動が不可能となるため、本実施例ではス
テップモータ駆動をすると同時に、充電可能とするた
め、第５図に示す様なタイムチャートで、ステップモー
タ駆動タイミングと充電タイミングを制御している。本
実施例においては、運針周期を1Hzとしているため、全
てのタイミングは分周回路２の出力である“1Hz"信号に
同期している。この“1Hz"信号の立ち下がりから117.2m
secがステップモータ駆動タイミングとなり、次の“1H
z"信号の立ち下がりまでの882.8msecを充電タイミング
として、以後、ステップモータ駆動タイミング→充電タ
イミング→……と順次繰り返していくことになる。した
がって実際に充電に寄与している時間は１秒のうち882.
8msecとなり、約10％充電効率が落ちる訳だが、この様
な制御をすることにより、運針時でも同時に充電可能と
なり、時計の基本機能である時刻計数を維持することが
可能となる。ここで、この時の回路動作を以下に説明す
る。第１図の充電制御回路９がステップモータ駆動タイ
ミングと充電タイミングを切りかえており、充電制御回
路９内の“SEL"信号（“SEL"信号を作成しているANDゲ
ート33、ORゲート32のタイムチャートを第６図に示す。
分周回路２の出力である“64Hz"、“32Hz"、“16Hz"、
“8Hz"の各信号がANDゲート33の入力となり、その出力
“AND33"と“4Hz"、“2Hz"、“1Hz"がORゲート32の入力
となって、ORゲート32の出力が“SEL"信号となる。）は
1Hzの立ち下がりより117.2msecの間０となり、この時は
FET12のゲート信号GP1を出力しているAND−ORセレクタ
ー25、26、23は、AND25をセレクトしてGP01をGP1に出力
する。また、FET14のゲート信号をGN1を出力しているAN
Dゲート27もGN01を出力する。同様にFET13のゲート信号
GP2はGP02が、FET15のゲート信号GN2はGN02が出力され
る。ここで、GP01、GN01、GP02、GN02はモータ駆動波形
合成回路３の出力で、SP0、SP1、P1、SP2、P2の一連の
モータ駆動パルスを形成している。（SP0、SP1は磁界検
出パルス、P1は第１モータパルス、SP2は回転検出パル
ス、P2は第２補正モータパルスのことを示し、詳細は特
開昭60−260883号を参照されたし。）したがって“SEL"
信号が０の区間はそのままステップモータ駆動が成され
ることになる。次に“SEL"信号が１の時すなわち充電タ
イミングの説明をする。この時、電圧検出回路10（後述
のリミッター制御の際に説明。）の“LIM"信号は１とな
っており、“SEL"信号が１であれば、GP1を出力してい
るAND−ORセレクター25、26、23は26がセレクトされ
て、GP1＝“LIM"＝１となる。同時にGP2＝“LIM"＝１と
なり、またGN1を出力しているANDゲート27は、“SEL"信
号が１であれば０を出力して、GN1＝０となる。同様にG
N2＝０となる。したがって各FET12〜15はモータ駆動波
形合成回路３の出力とは関係なく全てOFFに制御され
て、充電が可能となる。
テップモータ駆動が不可能となるため、本実施例ではス
テップモータ駆動をすると同時に、充電可能とするた
め、第５図に示す様なタイムチャートで、ステップモー
タ駆動タイミングと充電タイミングを制御している。本
実施例においては、運針周期を1Hzとしているため、全
てのタイミングは分周回路２の出力である“1Hz"信号に
同期している。この“1Hz"信号の立ち下がりから117.2m
secがステップモータ駆動タイミングとなり、次の“1H
z"信号の立ち下がりまでの882.8msecを充電タイミング
として、以後、ステップモータ駆動タイミング→充電タ
イミング→……と順次繰り返していくことになる。した
がって実際に充電に寄与している時間は１秒のうち882.
8msecとなり、約10％充電効率が落ちる訳だが、この様
な制御をすることにより、運針時でも同時に充電可能と
なり、時計の基本機能である時刻計数を維持することが
可能となる。ここで、この時の回路動作を以下に説明す
る。第１図の充電制御回路９がステップモータ駆動タイ
ミングと充電タイミングを切りかえており、充電制御回
路９内の“SEL"信号（“SEL"信号を作成しているANDゲ
ート33、ORゲート32のタイムチャートを第６図に示す。
分周回路２の出力である“64Hz"、“32Hz"、“16Hz"、
“8Hz"の各信号がANDゲート33の入力となり、その出力
“AND33"と“4Hz"、“2Hz"、“1Hz"がORゲート32の入力
となって、ORゲート32の出力が“SEL"信号となる。）は
1Hzの立ち下がりより117.2msecの間０となり、この時は
FET12のゲート信号GP1を出力しているAND−ORセレクタ
ー25、26、23は、AND25をセレクトしてGP01をGP1に出力
する。また、FET14のゲート信号をGN1を出力しているAN
Dゲート27もGN01を出力する。同様にFET13のゲート信号
GP2はGP02が、FET15のゲート信号GN2はGN02が出力され
る。ここで、GP01、GN01、GP02、GN02はモータ駆動波形
合成回路３の出力で、SP0、SP1、P1、SP2、P2の一連の
モータ駆動パルスを形成している。（SP0、SP1は磁界検
出パルス、P1は第１モータパルス、SP2は回転検出パル
ス、P2は第２補正モータパルスのことを示し、詳細は特
開昭60−260883号を参照されたし。）したがって“SEL"
信号が０の区間はそのままステップモータ駆動が成され
ることになる。次に“SEL"信号が１の時すなわち充電タ
イミングの説明をする。この時、電圧検出回路10（後述
のリミッター制御の際に説明。）の“LIM"信号は１とな
っており、“SEL"信号が１であれば、GP1を出力してい
るAND−ORセレクター25、26、23は26がセレクトされ
て、GP1＝“LIM"＝１となる。同時にGP2＝“LIM"＝１と
なり、またGN1を出力しているANDゲート27は、“SEL"信
号が１であれば０を出力して、GN1＝０となる。同様にG
N2＝０となる。したがって各FET12〜15はモータ駆動波
形合成回路３の出力とは関係なく全てOFFに制御され
て、充電が可能となる。
ここで、P2出力時から充電タイミングになるまでの間
をTi＝25.4msecとっているが、これは、安定したステッ
プモータ駆動のために必要な時間となり、その理由を以
下に説明する。現状でのステップモータ駆動方式は特公
昭57−40759号で提案された様に、モータパルス出力後
は、モートドライバFETのPch側２つ、またはNch側２つ
をON状態に制御して、モータコイルに逆誘起電流を流し
ローターにブレーキをかけることによって、安定したス
テップモータ駆動を計っている。第７図はモータコイル
に流れる電流を示していて、モータコイルに逆誘起電流
が流れないとすると、点線で示した様な電流波形となる
が、実際は逆誘起電流によって実線に示した電流波形と
なる。ローターが停止している時は逆誘起電流が流れな
いことにより、第７図において電流値が０になった時
が、ローター回転の停止した時となる。しかし、充電タ
イミングにおいては、全FET12〜15をOFF状態とするた
め、モータ駆動パルス直後から充電タイミングにいれて
しまうと、逆誘起電流によるブレーキ作用が期待でき
ず、安定したステップモータ駆動ができなくなる。その
結果、通常の２極ステップモータでは180゜回転しなけ
ればいけないところを、正規の磁気安定点で停止せず、
もどりミスリ、２回転等を引き起こしてしまう。なお、
第８図には、正常回転（180゜）、もどりミスリ、２回
転の様子を図示してある。そこで本実施例においては、
モータパルス出力後はPchFET12、13をON状態にしてお
き、完全にローターが停止してから、全FET12〜15をOFF
にして充電タイミングにいれるようにしてある。そうす
ることによって安定したステップモータ駆動をしながら
同時に充電も可能となる。なお本実施例においては余裕
をとってTi＝25.4msecとしているが、通常の腕時計用ス
テップモータにおいては、ロータの慣性、駆動パルス幅
によっても異なるがTi＝20msec程度とすれば、ローター
が停止しきって充電タイミングにいれることができる。
また、本実施例において、Ti＝25.4msecとするために、
“SEL"信号の０の区間を117.2msecとしている。すなわ
ち、一連のモータ駆動パルスは“1Hz"信号の立ち下がり
時より出力されていて、P2出力時は“1Hz"信号の立ち下
がりより91.8msec後となっている。また、“SEL"信号も
“1Hz"信号に同期して０となるため、Ti＝117.2−91.8
＝25.4（msec）となる。したがって、第１図におけるAN
Dゲート33、ORゲート32のロジックを変更することによ
り、“SEL"信号の０区間幅が変わり、任意のステップモ
ータに合った最適タイミングを簡単に作り出すことがで
きる。さらに、本実施例ではTiをP2出力時より計算して
いるが、これは充電時はSP0又はSP1により磁界が検出さ
れてP2パルス駆動となるためで、磁界検出の無いP1パル
ス駆動のみの時計では、P1出力時より計算すれば良いこ
とになる。また、さらに安定したステップモータ駆動を
計るために、本実施例においては、時計外部充電器11の
発する交流磁界の周波数を1KHzに設定してある。この周
波数があまり低いと、ローターが交流磁界にひかれて共
振回転、運針ミスリ、運針ビビリ等を起こしてしまう。
本実施例のローターは径が1.2mmで、この径におけるロ
ーター慣性モーメントでは、周波数が600Hz以上であれ
ば、ローターが交流磁界に追随しきれずに、ステップモ
ータ駆動に影響の出ないことが、実験的に確認されてい
る。
をTi＝25.4msecとっているが、これは、安定したステッ
プモータ駆動のために必要な時間となり、その理由を以
下に説明する。現状でのステップモータ駆動方式は特公
昭57−40759号で提案された様に、モータパルス出力後
は、モートドライバFETのPch側２つ、またはNch側２つ
をON状態に制御して、モータコイルに逆誘起電流を流し
ローターにブレーキをかけることによって、安定したス
テップモータ駆動を計っている。第７図はモータコイル
に流れる電流を示していて、モータコイルに逆誘起電流
が流れないとすると、点線で示した様な電流波形となる
が、実際は逆誘起電流によって実線に示した電流波形と
なる。ローターが停止している時は逆誘起電流が流れな
いことにより、第７図において電流値が０になった時
が、ローター回転の停止した時となる。しかし、充電タ
イミングにおいては、全FET12〜15をOFF状態とするた
め、モータ駆動パルス直後から充電タイミングにいれて
しまうと、逆誘起電流によるブレーキ作用が期待でき
ず、安定したステップモータ駆動ができなくなる。その
結果、通常の２極ステップモータでは180゜回転しなけ
ればいけないところを、正規の磁気安定点で停止せず、
もどりミスリ、２回転等を引き起こしてしまう。なお、
第８図には、正常回転（180゜）、もどりミスリ、２回
転の様子を図示してある。そこで本実施例においては、
モータパルス出力後はPchFET12、13をON状態にしてお
き、完全にローターが停止してから、全FET12〜15をOFF
にして充電タイミングにいれるようにしてある。そうす
ることによって安定したステップモータ駆動をしながら
同時に充電も可能となる。なお本実施例においては余裕
をとってTi＝25.4msecとしているが、通常の腕時計用ス
テップモータにおいては、ロータの慣性、駆動パルス幅
によっても異なるがTi＝20msec程度とすれば、ローター
が停止しきって充電タイミングにいれることができる。
また、本実施例において、Ti＝25.4msecとするために、
“SEL"信号の０の区間を117.2msecとしている。すなわ
ち、一連のモータ駆動パルスは“1Hz"信号の立ち下がり
時より出力されていて、P2出力時は“1Hz"信号の立ち下
がりより91.8msec後となっている。また、“SEL"信号も
“1Hz"信号に同期して０となるため、Ti＝117.2−91.8
＝25.4（msec）となる。したがって、第１図におけるAN
Dゲート33、ORゲート32のロジックを変更することによ
り、“SEL"信号の０区間幅が変わり、任意のステップモ
ータに合った最適タイミングを簡単に作り出すことがで
きる。さらに、本実施例ではTiをP2出力時より計算して
いるが、これは充電時はSP0又はSP1により磁界が検出さ
れてP2パルス駆動となるためで、磁界検出の無いP1パル
ス駆動のみの時計では、P1出力時より計算すれば良いこ
とになる。また、さらに安定したステップモータ駆動を
計るために、本実施例においては、時計外部充電器11の
発する交流磁界の周波数を1KHzに設定してある。この周
波数があまり低いと、ローターが交流磁界にひかれて共
振回転、運針ミスリ、運針ビビリ等を起こしてしまう。
本実施例のローターは径が1.2mmで、この径におけるロ
ーター慣性モーメントでは、周波数が600Hz以上であれ
ば、ローターが交流磁界に追随しきれずに、ステップモ
ータ駆動に影響の出ないことが、実験的に確認されてい
る。
次に、充電時のリミッター制御の説明をする。現状の
２次電池は、過充電により耐圧を越えると特性の劣化も
しくは破壊を引き起こしてしまうため、過充電防止回路
を設けなければならない。そこで、常時第１図の２次電
池８の充電電圧をモニターして耐圧を越えないようにす
る必要があり、電圧検出回路10は２次電池電圧を検出す
るためにある。その構成としては、21が２次電池電圧の
降圧用抵抗で、２次電池電圧（VDD−VSS）をコンパレー
タ20の作動領域まで引き下げている。また、22は基準電
圧発生回路であり、その出力電圧はリミッター設定値を
降圧した値であり、その降圧比率は降圧用抵抗21の降圧
比率と同じにとってある。そうすることにより、２次電
池電圧がリミッター設定値を越えた際にコンパレータ20
が正確に検知することが可能となり、その時のコンパレ
ータ20の出力“LIM"信号は０となる。ここでリミッター
設定値は、２次電池８の耐圧を越えない値に設定するこ
とが必要となる。リミッター作動信号である“LIM"信号
が０になった時の回路動作としては、“SEL"信号が１す
なわち充電タイミングにおいては、前述したようにGP1
＝GP2＝“LIM"、GN1＝GN2＝０となる。ここで、“LIM"
＝０であると、PchFET12、13はONとなり、NchFET14、15
はOFFとなる。第９図にはリミッター作動時の電流経路
を示しており、第９図上においてモータコイル７の右側
の電位が高い時は矢印38（点線）の経路で電流が流れ、
左側の電位が高い時は矢印39（一点鎖線）の経路で電流
が流れる。以上の動作により２次電池８に電流が流れこ
まず、過電流に対する保護が可能となる。なお、本実施
例ではリミッター作動時にPchFET12、13をONとしたが、
逆にNchFET14、15をONとしても作用は同じである。ま
た、本実施例において、電圧検出回路10は常時２次電池
８の電圧をモニターしているが、内部抵抗の大きい２次
電池を用いる時は、サンプリング的に電圧を検出して、
そのサンプリング時はリミッターを作動させておく必要
がある。すなわち、充電時は２次電池電圧は見かけの電
圧として充電電流内部抵抗の分が高くなり、誤検出の危
険性が高くなる。したがって、その場合は、第10図に示
す電圧検出回路とする必要が生じる。その動作を説明す
ると、“Samp"信号はアクティブ区間が2msecの信号でそ
の間は０となり、10秒に１回の周期をもってアクティブ
となる。（以後、“Samp"＝０の区間をサンプリング時
と呼ぶ。）サンプリグ時にはコンパレータ20、降圧用抵
抗21、基準電圧発生回路22の電源がトランジスタ40がON
することによって供給され、２次電池電圧（VDD−VSS）
を検出することが可能となる。また、サンプリング時
は、ANDゲート42によって、強制的に“LIM"信号を０と
して、前述のごとくリミッターを作動させて、充電電流
が２次電池に流れ込まないようにして電圧誤検出を防止
している。また、ラッチ41はサンプリング時のコンパレ
ータ20の出力をラッチするためにあり、10秒後のサンプ
リングまで状態を保持している。ラッチ41のクロックで
ある“Latch"信号は“Samp"信号に同期した信号であ
り、1msecの間０となり、立り上がり時にラッチ41にコ
ンパレータ20の出力が取り込まれる。第10図のごとく電
圧検出回路を構成すると、２次電池電圧の誤検出を防止
する他に、低消費電力化の効果もある。すなわち、サン
プリング時以外はコンパレータ20、降圧用抵抗21、基準
電圧発生回路22には電源を供給しないため、そこで消費
する電流がなくなるためである。したがって、内部抵抗
がそれほど大きくない２次電池を用いた場合でも、電圧
検出回路を第10図の構成とすることにより低消費電力化
が計れる。なお、ここであげたサンプリング周期、サン
プリング幅はあくまで１例であり、システムに合わせて
変更することは可能である。
２次電池は、過充電により耐圧を越えると特性の劣化も
しくは破壊を引き起こしてしまうため、過充電防止回路
を設けなければならない。そこで、常時第１図の２次電
池８の充電電圧をモニターして耐圧を越えないようにす
る必要があり、電圧検出回路10は２次電池電圧を検出す
るためにある。その構成としては、21が２次電池電圧の
降圧用抵抗で、２次電池電圧（VDD−VSS）をコンパレー
タ20の作動領域まで引き下げている。また、22は基準電
圧発生回路であり、その出力電圧はリミッター設定値を
降圧した値であり、その降圧比率は降圧用抵抗21の降圧
比率と同じにとってある。そうすることにより、２次電
池電圧がリミッター設定値を越えた際にコンパレータ20
が正確に検知することが可能となり、その時のコンパレ
ータ20の出力“LIM"信号は０となる。ここでリミッター
設定値は、２次電池８の耐圧を越えない値に設定するこ
とが必要となる。リミッター作動信号である“LIM"信号
が０になった時の回路動作としては、“SEL"信号が１す
なわち充電タイミングにおいては、前述したようにGP1
＝GP2＝“LIM"、GN1＝GN2＝０となる。ここで、“LIM"
＝０であると、PchFET12、13はONとなり、NchFET14、15
はOFFとなる。第９図にはリミッター作動時の電流経路
を示しており、第９図上においてモータコイル７の右側
の電位が高い時は矢印38（点線）の経路で電流が流れ、
左側の電位が高い時は矢印39（一点鎖線）の経路で電流
が流れる。以上の動作により２次電池８に電流が流れこ
まず、過電流に対する保護が可能となる。なお、本実施
例ではリミッター作動時にPchFET12、13をONとしたが、
逆にNchFET14、15をONとしても作用は同じである。ま
た、本実施例において、電圧検出回路10は常時２次電池
８の電圧をモニターしているが、内部抵抗の大きい２次
電池を用いる時は、サンプリング的に電圧を検出して、
そのサンプリング時はリミッターを作動させておく必要
がある。すなわち、充電時は２次電池電圧は見かけの電
圧として充電電流内部抵抗の分が高くなり、誤検出の危
険性が高くなる。したがって、その場合は、第10図に示
す電圧検出回路とする必要が生じる。その動作を説明す
ると、“Samp"信号はアクティブ区間が2msecの信号でそ
の間は０となり、10秒に１回の周期をもってアクティブ
となる。（以後、“Samp"＝０の区間をサンプリング時
と呼ぶ。）サンプリグ時にはコンパレータ20、降圧用抵
抗21、基準電圧発生回路22の電源がトランジスタ40がON
することによって供給され、２次電池電圧（VDD−VSS）
を検出することが可能となる。また、サンプリング時
は、ANDゲート42によって、強制的に“LIM"信号を０と
して、前述のごとくリミッターを作動させて、充電電流
が２次電池に流れ込まないようにして電圧誤検出を防止
している。また、ラッチ41はサンプリング時のコンパレ
ータ20の出力をラッチするためにあり、10秒後のサンプ
リングまで状態を保持している。ラッチ41のクロックで
ある“Latch"信号は“Samp"信号に同期した信号であ
り、1msecの間０となり、立り上がり時にラッチ41にコ
ンパレータ20の出力が取り込まれる。第10図のごとく電
圧検出回路を構成すると、２次電池電圧の誤検出を防止
する他に、低消費電力化の効果もある。すなわち、サン
プリング時以外はコンパレータ20、降圧用抵抗21、基準
電圧発生回路22には電源を供給しないため、そこで消費
する電流がなくなるためである。したがって、内部抵抗
がそれほど大きくない２次電池を用いた場合でも、電圧
検出回路を第10図の構成とすることにより低消費電力化
が計れる。なお、ここであげたサンプリング周期、サン
プリング幅はあくまで１例であり、システムに合わせて
変更することは可能である。
以上の様に、本実施例によれば単にモータドライバFE
Tを閉ループにするのみでリミッター回路を構成できる
ため、特に外付けのリミッター素子を必要とせず、低コ
スト、かつ小型の充電時計を提供することが可能とな
る。
Tを閉ループにするのみでリミッター回路を構成できる
ため、特に外付けのリミッター素子を必要とせず、低コ
スト、かつ小型の充電時計を提供することが可能とな
る。
ところで、今まではモータドライバFETの寄生ダイオ
ードを整流素子として実施例を述べてきたが、本発明の
応用範囲はこれのみにとどまらず、例えば第11図の様な
構成も可能である。43〜46は何らかのスイッチング素子
であり、その構造上寄生ダイオードが形成されない場
合、もしくは寄生ダイオードが形成されても電流能力が
無い場合、ダイオードを47〜50のごとく付加すれば、寄
生ダイオード方式と全く同じ作用が得られる。また、ダ
イオード47〜50の回路的構成は、通常の静電気入力バイ
パスダイオードと全く同じであり、この静電気入力バイ
パスダイオードを整流素子に利用することも可能とな
る。そうすることにより特に整流用ダイオードを付加す
る必要が無くなり、時計用ICの面積を広げることもなく
なる。
ードを整流素子として実施例を述べてきたが、本発明の
応用範囲はこれのみにとどまらず、例えば第11図の様な
構成も可能である。43〜46は何らかのスイッチング素子
であり、その構造上寄生ダイオードが形成されない場
合、もしくは寄生ダイオードが形成されても電流能力が
無い場合、ダイオードを47〜50のごとく付加すれば、寄
生ダイオード方式と全く同じ作用が得られる。また、ダ
イオード47〜50の回路的構成は、通常の静電気入力バイ
パスダイオードと全く同じであり、この静電気入力バイ
パスダイオードを整流素子に利用することも可能とな
る。そうすることにより特に整流用ダイオードを付加す
る必要が無くなり、時計用ICの面積を広げることもなく
なる。
以上述べたように、本発明は、モータ駆動回路にMOS
型FETもしくは、静電気入力バイパスダイオードを備え
たスイッチング素子を用い、外部交流磁界によってモー
タ駆動用のコイルに生じた交流電圧を、MOS型FETに形成
される寄生ダイオードもしくは、静電気入力用バイパス
ダイオードを整流手段として整流し、２次電源に充電す
るアナログ時計において、２次電源の電圧を検出する電
圧検出手段を備え、 充電制御手段は、前記電圧検出手段が所定の電圧を検
出したとき、駆動電流が供給される期間を除いてコイル
の両端を短絡させるようスイッチング素子を制御するこ
とにより、専用のリミッタ手段を設けることにより回路
規模の増大を防止しつつ過充電を防止することができる
ものである。
型FETもしくは、静電気入力バイパスダイオードを備え
たスイッチング素子を用い、外部交流磁界によってモー
タ駆動用のコイルに生じた交流電圧を、MOS型FETに形成
される寄生ダイオードもしくは、静電気入力用バイパス
ダイオードを整流手段として整流し、２次電源に充電す
るアナログ時計において、２次電源の電圧を検出する電
圧検出手段を備え、 充電制御手段は、前記電圧検出手段が所定の電圧を検
出したとき、駆動電流が供給される期間を除いてコイル
の両端を短絡させるようスイッチング素子を制御するこ
とにより、専用のリミッタ手段を設けることにより回路
規模の増大を防止しつつ過充電を防止することができる
ものである。
したがって、本発明によれば、小型で安価な充電時計を
提供できるものである。
提供できるものである。
第１図は本発明の一実施例を示す回路図。 第２図（ａ）（ｂ）は寄生ダイオードの構成を示すPchM
OS型FET断面図。 第３図は充電時の電流経路（全波整流）を示す図。 第４図は充電時の電流経路（半波整流）を示す図。 第５図は充電タイミングとモータ駆動タイミングを示す
タイムチャート図。 第６図は“SEL"信号を作成している論理回路の動作を示
すタイムチャート図。 第７図はモータコイルに流れる電流を示す図。 第８図はモーターの回転を示す図。 第９図はリミッター作動時の電流経路を示す図。 第10図（ａ）（ｂ）はサンプリング式電圧検出回路の回
路図。 第11図は静電気入力バイパスダイオードを整流素子とし
た場合の充電回路図。 １……発振回路 ２……分周回路 ３……モータ駆動波形合成回路 ４……回転検出回路 ５……磁界検出回路 ６……モータ駆動回路 ７……ステップモータコイル ８……２次電池 ９……充電制御回路 10……電圧検出回路 11……時計外部充電器 12、13……PchMOS型FET 14、15……NchMOS型FET 16〜19……寄生ダイオード 43〜46……スイッチング素子 47〜50……静電気入力バイパスダイオード
OS型FET断面図。 第３図は充電時の電流経路（全波整流）を示す図。 第４図は充電時の電流経路（半波整流）を示す図。 第５図は充電タイミングとモータ駆動タイミングを示す
タイムチャート図。 第６図は“SEL"信号を作成している論理回路の動作を示
すタイムチャート図。 第７図はモータコイルに流れる電流を示す図。 第８図はモーターの回転を示す図。 第９図はリミッター作動時の電流経路を示す図。 第10図（ａ）（ｂ）はサンプリング式電圧検出回路の回
路図。 第11図は静電気入力バイパスダイオードを整流素子とし
た場合の充電回路図。 １……発振回路 ２……分周回路 ３……モータ駆動波形合成回路 ４……回転検出回路 ５……磁界検出回路 ６……モータ駆動回路 ７……ステップモータコイル ８……２次電池 ９……充電制御回路 10……電圧検出回路 11……時計外部充電器 12、13……PchMOS型FET 14、15……NchMOS型FET 16〜19……寄生ダイオード 43〜46……スイッチング素子 47〜50……静電気入力バイパスダイオード
Claims (2)
- 【請求項１】コイルを有するステップモータと、 充電可能な２次電源と、 前記コイルの両端から前記２次電源のプラス側へ接続さ
れた２個のスイッチング素子、前記コイルの両端から前
記２次電源のマイナス側へ接続された２個のスイッチン
グ素子からなり、前記４個のスイッチング素子をモータ
駆動信号により選択的に導通させて前記コイルに駆動電
流を供給する駆動回路と、 外部交流磁界によって前記コイルに誘起する交流電圧を
前記２次電源に充電するよう制御する充電制御手段を有
し、 前記スイッチング素子は、MOS型FETであって、 前記充電制御手段は、少なくとも前記駆動電流信号が供
給されない期間に、前記４個のスイッチング素子のうち
少なくとも３個以上を非導通とするよう制御してなるア
ナログ電子時計において、 前記２次電源の電圧を検出する電圧検出手段を備え、 前記充電制御手段は、前記電圧検出手段が所定の電圧を
検出したとき、前記駆動電流が供給される期間を除いて
前記コイルの両端を短絡させるよう前記スイッチング素
子を制御してなることを特徴とするアナログ電子時計。 - 【請求項２】コイルを有するステップモータと、 充電可能な２次電源と、 前記コイルの両端から前記２次電源のプラス側へ接続さ
れた２個のスイッチング素子、前記コイルの両端から前
記２次電源のマイナス側へ接続された２個のスイッチン
グ素子及び、前記スイッチング素子に並列に形成される
静電気入力バイパスダイオードとからなり、前記４個の
スイッチング素子をモータ駆動信号により選択的に導通
させて前記コイルに駆動電流を供給する駆動回路と、 外部交流磁界によって前記コイルに誘起する交流電圧を
前記２次電源に充電するよう制御する充電制御手段を有
し、 前記充電制御手段は、少なくとも前記駆動電流信号が供
給されない期間に、前記４個のスイッチング素子のうち
少なくとも３個以上を非導通とするよう制御すしてなる
アナログ電子時計において、 前記２次電源の電圧を検出する電圧検出手段を備え、 前記充電制御手段は、前記電圧検出手段が所定の電圧を
検出したとき、前記駆動電流が供給される期間を除いて
前記コイルの両端を短絡させるよう前記スイッチング素
子を制御してなることを特徴とするアナログ電子時計。
Priority Applications (9)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62236464A JP2537641B2 (ja) | 1987-09-21 | 1987-09-21 | アナログ電子時計 |
| DE3850831T DE3850831T2 (de) | 1987-09-21 | 1988-09-16 | Elektronische Analog-Uhr. |
| DE3855081T DE3855081T2 (de) | 1987-09-21 | 1988-09-16 | Analoger elektronischer Zeitgeber |
| EP88308591A EP0309164B1 (en) | 1987-09-21 | 1988-09-16 | Analog electronic timepiece |
| EP92111462A EP0510730B1 (en) | 1987-09-21 | 1988-09-16 | Analog electronic timepiece |
| CN88106775A CN1023666C (zh) | 1987-09-21 | 1988-09-20 | 模拟电子表 |
| KR1019880012122A KR930005425B1 (ko) | 1987-09-21 | 1988-09-20 | 아나로그 전자시계 |
| US07/246,718 US4882717A (en) | 1987-09-21 | 1988-09-20 | Charging circuit for an analog electronic timepiece |
| HK102497A HK102497A (en) | 1987-09-21 | 1997-06-26 | Analog electronic timepiece |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62236464A JP2537641B2 (ja) | 1987-09-21 | 1987-09-21 | アナログ電子時計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6478189A JPS6478189A (en) | 1989-03-23 |
| JP2537641B2 true JP2537641B2 (ja) | 1996-09-25 |
Family
ID=17001131
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62236464A Expired - Fee Related JP2537641B2 (ja) | 1987-09-21 | 1987-09-21 | アナログ電子時計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2537641B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3472879B2 (ja) | 1998-05-18 | 2003-12-02 | セイコーエプソン株式会社 | 過充電防止方法、充電回路、電子機器および時計 |
-
1987
- 1987-09-21 JP JP62236464A patent/JP2537641B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3472879B2 (ja) | 1998-05-18 | 2003-12-02 | セイコーエプソン株式会社 | 過充電防止方法、充電回路、電子機器および時計 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6478189A (en) | 1989-03-23 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |