JPH0132475B2

JPH0132475B2 -

Info

Publication number: JPH0132475B2
Application number: JP55068223A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Chihara
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1980-05-22
Filing date: 1980-05-22
Publication date: 1989-06-30
Also published as: JPS56168185A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は電子時計に係わり、特に、比較的電圧
が高く、しかも内部抵抗が大きい、リチウム電池
等を使用した電子時計に関する。

本発明の目的は、アラーム、ブザー等の重負荷
時における電池電圧変動に伴なう回路印加電圧の
変動を吸収し、電池電圧が変動しても時計回路に
は安定した一定電圧を供給する電源回路を提供す
ることにより、重負荷時でも安定した性能を有す
電子時計を得ることにある。

本発明の他の目的は、リチウム電池等を使用
し、降圧回路により降圧した電圧を時計用回路に
供給する電子時計において、電池投入時に外部操
作なしで確実に水晶発振回路が発振を開始し、時
計が自起動するシステムを提供することにある。

近年、リチウム電池の性能が向上し、時計用に
も一部使用が開始され、また最近の銀価格の高騰
により、時計用電池としてリチウム電池が注目さ
れている。

リチウム電池は、通常3V〜2.8Vの電圧を有し、
電池容量は腕時計用の電池が3Vで60〜100mAH
である。腕時計用相補型MOS―ICは1.5Vで充分
動作するので、２つのコンデンサの直・並列スイ
ツチング切り換えにより電池電圧の半分の電圧
（約1.5V）を作りだして、この電圧で時計用ICを
駆動することにより、時計の電池寿命を長くさせ
ることは周知である。このような方法と、リチウ
ム電池が有している自己放電率が小さいという特
性により、電池寿命が５年〜７年という腕時計が
実現できるのであるが、実用化に際しての大きな
弊害として、リチウム電池の内部抵抗が高いとい
う問題がある。特に、薄く小さいリチウム電池は
内部抵抗が高く、ランプ、アラーム付きの腕時計
には供し得ないのが実状である。

更に、前述の降圧回路は、降圧用クロツクがな
いと降圧ができず、一方水晶発振器は降圧回路か
らの電源供給がなければ、発振開始ができないた
め、電池投入時に自起動しないという問題を有
す。

本発明はかかる点に鑑み、ランプ、ブザー等の
重負荷時に電源電圧が変動しても、時計回路には
安定した一定電圧を供給する電源回路を提供する
とともに、電池投入時に確実に自起動を開始する
システムを提供するものである。

本発明から成る電子時計の構成を記した、第１
図ブロツクダイヤグラムにおいて、１は水晶発振
器等の時間標準源、２はバイナリー分周回路、３
は秒、分、時等のカウンター回路、４はデコーダ
ー・表示駆動回路、５は液晶パネル等の表示手
段、６は操作スイツチ１４〜１７等の信号SW₁〜
SW₄を受けて、時計回路をコントロールする制御
信号Sa、Sbを出力する制御回路、７はランプ、
アラーム、ブザー等の重負荷回路、１１は電源電
池である。ここで電源電池１１をリチウム電池、
その電圧を3Vと仮定し、V_DD＝0V、V_SS2＝−3V、
V_SS1＝約−1.5Vとして、V_DD、V_SS2、V_SS1電源ラ
インを点線で表わしている。第１図実線ラインは
信号ラインである。１０は降圧用コンデンサ１
２，１３を直・並列スイツチング切り換えをして
電池電圧を1/2に降圧する降圧回路、８は電源電
池１１の電圧が変動しても、一定電圧を出力する
定電圧回路であり、この電圧は降圧回路の出力電
圧、すなわち電池電圧の1/2、1.5Vに近い値とな
るように設定されている。９は電源制御回路であ
り、降圧回路１０にコンデンサの切り換えのため
の1024Hzの電源制御信号Seを出力する。そして、
通常時は定電圧回路８の出力ではなく、降圧回路
１０を動作させて降圧回路の降圧電圧をV_SS1電圧
として供給する。一方、ランプON時等の重負荷
回路７の動作時には、電源制御回路９は、降圧回
路１０の動作を停止させ、定電圧回路８の安定化
された出力電圧をV_SS1電圧として供給する。

定電圧回路８を常に動作させ、重負荷の有無に
係わらず定電圧出力の安定化した電圧をV_SS1とし
て供給しないのは、降圧回路１０の降圧ロスと比
して、定電圧回路８の降圧ロスの方が大きいこと
による。すなわち、降圧回路１０は、コンデンサ
１２，１３の直・並列スイツチング切り換えによ
り降圧するため、降圧ロスがほとんどないが、定
電圧回路８は後述のようにMOS・FETの電圧降
下を利用して降圧し、安定化電圧を得ているの
で、降圧ロスが比較的大きい。従つて通常時は、
降圧効率の高い降圧回路１０によりV_SS1電源を供
給し、電圧を安定化させる必要のある重負荷時の
み定電圧回路を動作させ、安定化電圧をV_SS1電源
として供給している。

第１図８２はタイマー回路であり、重負荷回路
７から重負荷駆動を示す信号Scをうけ、重負荷
解除後、電池電圧の回復までに若干時間を要する
ので、重負荷駆動時と重負荷解除後タイマー時間
の間だけ引き続き定電圧回路８を動作させる信号
Sdを出力する。同図８４はクロツク停止検出回
路であり、電池投入時に降圧回路クロツク1024Hz
がないため降圧出力が出力されず、従つてV_SS1電
圧がでないため永続的に発振が開始されないこと
を防ぐため、1024Hzクロツクの有無を検出する回
路であり、この回路がクロツク停止を検出して検
出信号Sgを出力すると電源制御回路９の働きに
より、定電圧回路８が強制的に動作してV_SS1電源
が確保される。なお、定電圧回路８は後述のよう
にクロツクが不要で動作する構成になつている。

また、V_SS1電源は時間標準源１、分周回路２の
前段部分及びデコーダー・駆動回路４を含む電子
回路に供給される。

第２図に、第１図ブロツクダイヤグラムによる
ところの、主要電源関係の電圧波形を示す。電源
電池１１にリチウム電池を用いており、開放電圧
が3V、電池内部抵抗は常温で50〜80Ω、−10℃で
150〜200Ω位の性能である。重負荷はランプ電流
である。第２図縦方向の点線より左側が常温時、
同右側が低温時における各部の電圧波形である。

同図Smはランプ信号（第１図１７SW₄）、Sn
はリチウム電池１１の出力電圧、Soは第１図降
圧回路１０の出力電圧、Spは定電圧回路８の出
力電圧、Sqは電源制御回路９の出力電圧である。
Sn〜SqはV_DD基準の電圧波形であり、また降圧回
路出力So、定電圧回路出力Spは説明の便宜上、
重負荷の有無に係わらず連続動作をさせた場合の
出力電圧を記述している。

同図Snから明らかなように、ランプラツシユ
電流時に電池電圧が常温で2V位に、低温時には
1.3V位まで電圧が落ち込む。しかもこれはラン
プラツシユ電流を削減させるために、ランプにシ
リーズに150Ω位挿入した場合の電圧であり、対
策をとらないとこのラツシユ時の電圧は、1Vを
割り込む。

一方、コンデンサ降圧回路をランプ点灯時にも
動作させれば、降圧出力は電池電圧の1/2になる
ため、同図Soから明らかなように、低温時には
降圧出力が0.6V位まで落ち込むことになり、こ
の電圧ではV_SS1系回路は動作しない。この電圧落
ち込みをカバーするため、通常時に降圧回路出力
をV_SS1電源とし、重負荷時には電池電圧を直接
V_SS1電源とする方法もあるが、この方式では、
Snから明らかなように、温度により大幅に電池
電圧が変動するため、重負荷時にはそれにつれて
V_SS1電源も変動することになり、誤動作の要因と
なる。誤動作の恐れとして、急激な電圧変動に伴
なうカウンター回路のカウントミス、リセツト等
があり、また比較的温度が高い条件下での重負荷
では電池電圧がさほど落ち込まず3Vに近い電圧
がV_SS1電源に供給されるため、水晶発振回路が高
調波発振を起す危険性がある。

それに比して、定電圧回路出力は、第２図Sp
の電源波形から明らかなように、電池電圧が定電
圧回路の出力設定電圧より落ち込まない限り一定
電圧であり、電池電圧が設定電圧より下がると、
電池電圧がそのまま定電圧回路の出力として出力
される。

従つて前述のように、通常時は降圧回路１０の
出力をV_SS1電源に、重負荷時は定電圧回路８の出
力をV_SS1電源とするように電源制御回路９を構成
すれば、第２図Sqに示す電圧がV_SS1電源として
供給される。該Sqにおいて、実線は降圧回路１
０の出力が供給され、一点鎖線は定電圧回路８の
出力が供給されていることを示す。Srは定電圧
回路８が動作している時間を示し、Ssは重負荷
解除後の一定時間を計測する。タイマー回路８２
の動作している時間を表わす。このタイマー動作
により、重負荷解除後、電池電圧が完全に回復し
た後、定電圧出力から降圧出力にV_SS1電源供給が
移行する。なお、V_SS1電圧Sqにおいて、一瞬電
圧が落ち込んでいる個所があるが、これは電池電
圧が定電圧設定電圧より落ち込んだためであり、
前述のようにランプにシリーズに抵抗を挿入す
る、あるいは適切なランプを選択する等の対策に
より、実用上問題ないレベルの1.3V位に抑える
ことができる。

以上のように、電源制御回路９の制御によつて
通常時にはコンデンサ降圧回路１０が作動して、
100％に近い降圧変換効率でV_SS1電源が供給でき、
電池電圧が大幅に変動する重負荷時、及び重負荷
解除時には、定電圧回路８、タイマー回路８２が
作動して安定した電圧をV_SS1電源として供給でき
るのである。

本発明から成る電子時計の実施例として、電源
回路関係の回路図を第３図に、その主要タイミン
グチヤート図を第４図に表わす。

第３図において、点線内のブロツク８は第１図
の定電圧回路８に相当し、以下同じく、ブロツク
９は電源制御回路９に、ブロツク10は降圧回路１
０に、ブロツク７は重負荷回路７に、ブロツク82
はタイマー回路８２に、ブロツク84はクロツク停
止検出回路８４にそれぞれ相当している。

また、ブロツク77は第１図の時間標準源１、分
周回路２の一部、デコーダー・駆動回路４等の電
子回路に相当する。

更に、ブロツク83は電源制御回路９の一部であ
り、遅延回路を形成している。

第３図において、１８〜２８はＰ・MOS・
FFTであり、２５だけがデプレツシヨンタイプ、
他は全てエンハンスメントタイプである。２９〜
３７はエンハンスメントタイプＮ・NOS・FET、
４１〜４８はスイツチングゲートであり、ゲート
電位Highで導通、同Lowで非導通である。上記
以外のゲート、Flip・Flop（Ｆ・Ｆ）類は全て相
補型MOS・FETで構成されている。３８，３９
はIC内蔵コンデンサであり、４０及び８５〜８
７は同じくIC内蔵の抵抗である。５１〜６１は
マスタースレーブFF、６２，６４はスレーブタ
イプハーフFF、６３はマスタータイプ・ハーフ
FFであり、いずれもマスターがCLOCK＝High
で書き込み状態、スレーブがCLOCK＝Lowで書
き込み状態となる。第３図においてIC外部の外
付け素子として、１７がランプ点灯スイツチ
（SW₄）、７８がランプ、７９がアラーム駆動用
NPNトランジスター、８０が同インダクタンス、
８１が圧電素子、１２，１３が降圧用コンデンサ
（約0.1μF）である。

第３図において、1024HzＤ信号は、1024Hz信号
を1/32768秒あるいは1/16384秒等の時間だけ遅延
させた信号であり、1024Hzと1024HzＤ信号を用い
てANDゲート６５（A₁）と同じく６６（A₂）に
より、第４図に示すような降圧回路用二相クロツ
クを作る。ANDゲート６７（A₃）、６８（A₄）
は、タイマー回路出力F₁₂がHigh（すなわち、
重負荷時、及び重負荷解除後タイマー回路動作
中）になると、A₃，A₄ゲート出力とも第４図
A₃，A₄に示すようにLowになるように構成され
ている。

降圧回路１０の動作を説明すると、A₄がHigh
（第４図A₄斜線部）の時はＮ・MOS・FET３５，
３６が導通状態となり、コンデンサ１２（CA）
とコンデンサ１３（CB）が直列の状態でV_DD―
V_SS2電源間に接続される。CAとCBは容量が等し
いからV_SS1には電池電圧が1/2に分圧された電圧
が印加されることになる。一方A₃がLow（第４図
A₃斜線部）の時は、Ｐ・MOS・FET２６，２７
が導通状態となり、CBはCAと並列にV_DD―V_SS1
間に接続され、V_SS1系に充電された電荷を供給す
る。

第４図において、A₃斜線部（CA、CBが並列）
とA₄斜線部（CA、CBが直列）が重負荷がない
通常状態では1024Hz周期で交互に繰り返され降圧
することが分る。なお、A₃，A₄斜線部の位相が
ずれており、二相クロツクで降圧している理由
は、切り換え時に、トランジスター２６と３５、
もしくは２７と３６，３５と２７，２６と３６の
組み合わせのトランジスターが導通して、電源間
シヨート、もしくはCBの充電電荷の損失を防ぐ
ためである。この改良をせず一相クロツクで降圧
回路を駆動すると、降圧トランジスターのサイズ
にもよるが、0.1〜0.2μAの降圧ロス電流が生じる
ことが、実験で確認されている。

一方、ランプ等の重負荷ON時は第４図A₃斜線
部から明らかなように、降圧動作は停止し、CA
とCBが並列にV_DD―V_SS1間に接続されるようにな
つており、V_SS1系の電源バツクアツプコンデンサ
として機能するようになつている。

また、重負荷ON時で瞬時にCAとCBがV_SS1に
並列接続されるようになつており、遅延回路８３
の働きにより、重負荷ON後定電圧回路が安定す
るまでの約1msの間は、CAとCBの充電電荷で
V_SS1電源を供給する。これが重負荷ONで瞬時に
CAとCBが並列接続されず、V_DDとV_SS2間にCAと
CBが直列に接続されていると、第２図Soのよう
な電圧降下した電圧がV_SS1電源に供給され誤動作
の要因となる。

更に本実施例では重負荷タイマーOFF後、定
電圧出力から降圧回路動作に移行の際、必ずCA
とCBがシリーズ接続の状態から始まるようにな
つており、電圧変動が最小となるよう工夫を施し
てある。

ブロツク83は前述の機能を有す遅延回路であ
り、第４図F₁₃、F₁₄のようにF₁₂に対し遅
延しA₅の信号となる。F₁₂＝Highにより定電圧
回路がONし、A₅＝HighによりV_SS1電源が定電圧
回路側から供給されるのであり、第４図からその
遅延関係が明らかである。

ブロツク82はタイマー回路であり、F₁₀からの
１Hz信号をクロツクとして、通常時はF₁₂出力
はLowであり、ランプもしくはアラームON時、
及び同OFF後約1.5秒間と、クロツク停止検出回
路８４がクロツク停止と判定している間、及び同
解除後約1.5秒間はF₁₂出力はHighとなり、定
電圧回路８を動作させる。

ブロツク84はクロツク停止検出回路であり、第
５図タイミングチヤート図のように動作する。

同回路は1024Hzのクロツク信号を入力し、イン
バーター７４，７５、抵抗４０を介して容量３９
を充放電して出力Shを得る。このShはインバー
ター７６により波形整波され、1024Hzの遅延出力
Siとなる。EX―ORゲート７３は1024HzとSiを入
力してSjを出力する。容量３８、MOS・FET２
８，３７は充放電回路を形成しており、出力Sjを
MOS・FET２８が受けて容量３８を放電する。
従つて、クロツク信号の停止状態のときにSkは
充電されてLowとなる。結果としてクロツク停
止検出回路の出力Slは通常時Low、クロツク停止
時Highとなる。

第３図ブロツク８は定電圧回路であり、
MOS・FFT１８，１９，２９，３０で基準電圧
源が構成され、MOS・FFT２０，３１でMOS・
FFT２１，２４を定電流動作させるためのバイ
アス回路を形成している。MOS・FFT２１〜２
３，３２，３３で差動増幅回路が形成されてお
り、MOS・FFT２４，３４で増幅回路を形成し
ている。MOS・FFT２５は電圧コントロール用
のTRであり、セルフ帰還がかかるようにデプレ
ツシヨンモードＰ・MOS・FFTをソースフオロ
ーで使用している。抵抗８５〜８７は出力電圧値
設定用分圧抵抗である。

基準電圧源は、Ｎ・MOS・FET２９のGate部
Poly―SiにＰの不純物をドープすることにより、
Ｎの不純物がドープされているＮ・MOS・FET
３０との間にGate電極の仕事関数の差に起因す
る、それぞれのトランジスターのスレツシヨルド
電圧V_THの差を利用して作られ、FET１９のドレ
インとV_DDの間にはFET２９のV_THと同３０のV_TH
の差の電圧、約1Vが現れる。

ここで、基準電圧…V_ST、抵抗８５〜８７によ
る抵抗分圧比Ａ、定電圧回路出力電圧…V_SS1とす
ると、 V_ST＝Ａ×V_SS1 となつて均衡がとれるように帰還がかかり、コン
トロールFET２５のゲートバイアスが自動設定
される。V_STを1V、V_SS1を降圧回路出力電圧と等
しい1.5Vとすると、Ａ＝1/1.5となる。

なお、本実施例ではクロツク停止検出回路８４
がクロツク停止と判定している間は、スイツチン
グゲート４７が導通して抵抗分圧比Ａが下つて、
１／１．７になり、V_SS1が通常電圧より若干高めの
1.7V位になつて水晶発振回路の自起動性が良く
なるように工夫してある。

更には、重負荷時には電池電圧が低下するため
に液晶表示素子の駆動実効電圧が下つて液晶が見
えにくくなるため、重負荷時の定電圧回路出力を
意図的に1.7V等の高めに設定して液晶駆動実効
電圧を上げて見え易くすることができる。ただし
コントラストには変化がなく、直流成分も若干残
るが、実用上問題ない範囲である。

以上詳述した如く、本発明によれば、電池投入
時に確実に水晶発振回路が自動開始することがで
き、しかもランプ、アラーム等の重負荷時に電池
電圧が大幅に変動しても時計用回路には安定した
電圧を供給でき、通常時には高い降圧効率が得ら
れるため、電池寿命が長く、誤動作の起らない使
い易い時計システムが実現できるのである。

なお実施例ではリチウム電池を用いて説明した
が、本発明はリチウム電池を使用した電子時計に
限定されるものではなく、比較的高い電圧を有す
他の電池を用いた降圧回路を有す電子時計にも本
発明が適用可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明から成る電子時計の構成を示し
たブロツクダイヤグラム図。第２図は、第１図ブ
ロツクダイヤグラムのうち主要電源関係の電圧波
形を表わした図。第３図は本発明による実施例
の、電源回路関係の回路図。第４図は第３図回路
図の主要各部のタイミングチヤート図。第５図
は、クロツク停止検出回路８４の主要各部タイミ
ングチヤート図。１……水晶発振器、２……分周回路、３……カ
ウンター、４……デコーダー・駆動回路、５……
表示素子、６……制御回路、７……重負荷回路、
８……定電圧回路、９……電源制御回路、１０…
…降圧回路、８２……タイマー回路、８４……ク
ロツク停止検出回路。

Claims

【特許請求の範囲】

１電源電池と、クロツク信号を出力する発振回
路を含む電子回路と、前記電源電池から電圧供給
を受け前記クロツク信号に応じて２つのコンデン
サを直・並列に切換えて前記電源電池の電圧より
低い降圧電圧を形成する降圧回路と、前記電源電
池から電圧供給を受け駆動時には大電流を要する
ブザー又はランプ等の重負荷回路とを備える電子
時計において、前記電源電池から電圧供給を受け
る差動増幅器から成り前記電源電池の電圧よりも
低く且つ安定な定電圧を形成する定電圧回路と、
前記クロツク信号の停止状態を検出して検出信号
を出力するクロツク停止検出回路と、前記電子回
路への供給電圧を通常時は前記降圧電圧とし、前
記重負荷回路の駆動時及び前記クロツク信号の停
止状態時には前記重負荷回路の駆動制御信号及び
前記検出信号に基づいて前記定電圧とするように
供給電圧を切換える電源制御回路とを備えること
を特徴とする電子時計。