JPH03160394A

JPH03160394A - 電子時計

Info

Publication number: JPH03160394A
Application number: JP30018389A
Authority: JP
Inventors: Shoichi Nagao; 昭一長尾; Motomu Hayakawa; 早川　求
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1989-11-18
Filing date: 1989-11-18
Publication date: 1991-07-10

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

［産業上の利用分野１本発明は、水晶時計等電気エネルギーをエネルギー源と
する電子時計における電源部の構成に関する．特に，充
電式でかつ電源の充放電特性がフラットでなく電圧の変
化する様な電源を有する電子時計の電源部の改良に関す
る．

【従来の技術】

電源電圧の変化する電源を有する電子時計の電源部を改
良した例として、特開昭６０−２０３８８７や、特開昭
６１−１２４８８７があげられている．これらは、大容
量コンデンサを電源とし、電圧が時計を駆動できない様
な低い値の時は、多段昇圧回路により高い電圧に昇圧し
て補助コンデンサに貯え，そのエネルギーで時計を駆動
させようとす゜るものである．又、これを、発電システ
ムと組み合わせることにより、比較的低い電圧から時計
の駆動ができ，時計の起動性に｛ｉわるというメリット
もある．［発明が解決しようとする課題］しかし、前述の従来技術では、昇圧のためのスイッチン
グトランジスタを数多く必要とし、昇圧切替えの制御ロ
ジックも複雑なためＩＣサイズが大きくなったり、昇圧
のコンデンサや補助コンデンサの外付素子が増加するこ
とにより、回路実装コストの増加や、スペースロスが生
じるとい，う問題点を有する．又、昇圧時は、スイッチ
ング素子におけるパワーロスや、高い周波数の昇圧クロ
ツクを用いることによるＩＣロジックにおけるバワーロ
スが考えられ、電力がロスが否めないという問題がある
．そこで本発明は，このような問題を解決するちので，そ
の目的とするところは、多段昇圧回路より簡単な回路構
成で同様の効・果を、より効率よく得るところにあり，
ソーラー時計や特開昭５２−８２４７８のような自動巻
発電時計など、発電式電子時計により適した電源システ
ムを提供するところにある．［課題を解決するための手段］本発明の電子時計は、時刻表示手段、該時刻表示手段を
駆動する時計回路、充電可能な少なくとも２個のｔ源，
時計回路に供給する電位を制御する１ｆ源制御回路を有
する時計において、前記ＷＨ制御回路は前記電源の電圧
レベルを検出する電圧検出回路と，それぞれの電源どう
しの接続構成を切り替えるスイッチ切り替え制御回路を
有し、前記電圧検出回路があらかじめ設定した所定の電
位を検知した時点で、前記スイッチ切り替え制御回路に
より、電源の接続構成を替え、時計回路への供給電位を
制御したことを特徴とする．【実　施　例１本発明を、一実施例により図を用いて説明する．本実施
例は、特開昭５２−８２４７８の回転錘の回転により発
電機で発電し、その電気主ネルギーで時計を駆動する自
動巻発電時計をもとにしたもので，１ｔ源に大容量コン
デンサを２個使用したものである．第１図は，本発明実施例の全体回路説明図．第２図は作
動説明図．第３図はスイッチ切り替え制御回路の回路図
．第４図はスイッチ切り替えのタイミングチャートを示
す．第１図において、Ｉは回転錘の回転により発電する発電
手段、２は過充電防止スイッチ，３は交流発電された電
流を整流する整流回路、４、５は容量のほぼ等しい大容
量コンデンサ、６、７、８はスイッチ、９は電源電圧検
出回路、ｌＯは電源４，５の接続構成を切り替えるスイ
ッチ切り替え制御回路、１１は時計回路．１２は時計回
路１１により駆動される時刻表示手段を示す．大容量コ
ンデンサ４と５は、スイッチ切り替え制御回路１０によ
り、２種類の接続構成に切り替えられる．その一つは、
スイッチ６と８がＯＦＦでスイッチ７がＯＮの場合で，
大容量コンデンサ４と５は直列に接続される６６う一つ
は、スイッチ６と８がＯＮで、スイッチ７がＯＦＦの場
合で、大容量コンデンサ４と５は並列に接続される．こ
れは、電源電圧検出回路９が、大容量コンデンサの電圧
を測定し，あらかじめ設定した所定の電圧になったこと
を検知したことにより切り替えられる．次に第２図の作動説明図に沿って、作動の説明をする．
第２図は、充電時と放電時の電源電圧の推移と時計作動
範囲を示したものであり、縦軸が電圧，横軸が充電もし
くは放電時間を示したちのである．一般的に時計作動限
度電圧は１ｖ弱であり、ここではＯ、９■とする．従っ
て電源電圧が０６９ｖ以上の範囲で時計が動くというこ
とになる．まず、比較のために高容量コンデンサを１個
のみ使用した一般のシステムで説明する．この場合，コ
ンデンサの総容量を同じにするために、容量は本実施例
で使用している大容量コンデンサ１個の２倍とじｌ圧力
ーブを２０で示す．この場合、時間ＴＩが時計が動き出
すまでに必要な時間であり、区間ａが時計作動範囲とな
る．コンデンサ電圧はある値になると、周知の過充電防
止回路により犠充電を防いでいる．次に本実施例の電圧
カーブ２１に沿って説明する．Ｏｖからｔ２までの区間
は大容量コンデンサ４と５が直列に接続されている区間
である．ｉＦ圧カーブ２０の時の大容量コンデンサの容
量をＣとすると、電圧カーブ２ｌの時の容量はそれぞれ
Ｃ／２となる．それを直列に接続すると、総容量はＣ／
４と少なくなる．？って、充電期間中は電圧カーブ２０
より急激な電圧上昇を示す。この上昇具合は、定電流充
電の場合なら理論上４倍の上昇率となるが、本実施例の
様な発ｉｔｔｍでは電圧の上昇に伴い発電電流が減少す
る電圧特性を持っており、４倍以下の上昇率となる。一
般に大容量コンデンサ電圧×発電電流＝一定が成り立つ
と、２倍の上昇率となり，以後この前提で説明する。電
圧が上昇し、あらかじめ設定したＶｒ−ｒｌに達したこ
とを第１図電源電圧検出回路９で検知した時点で、スイ
ッチ切り替え制御回路１０によりスイッチ６、７、８を
操作し、大容量コンデンサ４と５を並列に接続する７こ
こでは、■，■１を２．２Ｖと設定する．並列になると
総容量はＣとなり、電圧はｌ／２になり、電圧カーブ２
０と重なり，これ以降は，電圧が■，．２に達するｔ５
点まで、同様となる。ｔ５点に達すると６１１記と同様
に電圧を検出し、大容量コンデンサの接続を並列から直
接に切り替える．直列接続時の１１ｙ．′ｒ４．は，充
電時と同様に並列時の２倍の下降率で電圧は下降してい
く、従って、本実施例電圧カーブ２１の場合は、時計が
動き出すまでの時間はＴ２となり，区間ｂが時計作動範
囲となる、つまり、早く動き出し、より長い時間動き続
けるということである．次に，第１図スイッチ切り替え
制御回路１０の動作を第２図作動説明図，第３図回路図
、第４図タイミングチャートに沿って説明する．第３図
は、フリップフロップ３ｌ、３２、ＡＮＤゲート３３、
ＮＯＲゲート３４、ＳＲラツチ３５、インバータ３６、
抵抗３７、３８よりなり、第２図ｖ，．，ｉ、Ｖｒ−ｒ
２を検知した信号ＳＶ，．ｔ　１とＳＶ，．，２により
、第１図スイッチ６、７、８を開閉させる信号Ｓ６、Ｓ
７、Ｓ８をアウトプットしている．抵抗３７は電源投入
時にＮＯＲゲート３４からの出力信号をＶ０。にブルア
ップさせるためのものであり、出力インピーダンスより
大きな抵抗値となっている。又，抵抗３８は同じ＜Ｖｓ
ｓヘプルダウンさせるものである．第４図ｉ．：オイテ
、ＳＶ，．，１．Ｖ，．，２は電圧がそれぞれＶｒ．，
１、Ｖｒ．，２より大きくなった時点でｌになる信号で
あり．ＣＬＯＣＫ信号げより同期をとったものが、Ｓ　
Ｖ　ｒｌｌｆ　１　′、Ｓ　Ｖ　ｒａｔ２′　となる。Ｓ　Ｖ　ｒ−ｒ　１　′・Ｓ　Ｖ　ｒ−ｒ　２　”　は
、ＳＶｒ−ｒｌ′とＳＶ，．，２’がＮＯＲゲート３４
を通過した信号であり，Ｓ　Ｖ　ｒｓｆ　１　”　Ｓ　
Ｖ　ｔａｒ２′は同じ＜ＡＮＤゲート３３を通過した信
号であり、この信号がＳＲラッチ３５を経てＳ６、Ｓ８
，Ｓ７の信号となる。第２図電圧カーブ２１がｔ１に達して，ＳＶ，．，２が
１となると．Ｓ７のみ１で維持される．つまり大容量コ
ンデンザ４と５は直列に接続されている。次にｔ２に達
して、ＳＶ，．，ｌがｌになると５６．Ｓ８が１に、Ｓ
７はＯになり大容量コンデンサは並列に接続される．す
ると電圧はＶ，．，ｌより下がるので、ＳＶｒｅｒｌは
すぐにＯに戻る．次にｔ３に達して、再度ＳＶｒ．，１
が１になるが、すでに並列のまま保持されているので状
態は変化しない．同様にｔ４に達しても変化しない。次
にｔ５に達するとＳＶ，．，２が０となり、Ｓ６．Ｓ８
．Ｓ７が切り替り直列接続となろ。ＳＶ，．，２は、電
圧が直列接続によりＶｒ．ｒ２をこえるので、すぐに１
に戻る。次にｔ６に達しても、直列のまま保持されてい
るので状態は変化しない．以上の動作により、大容量コ
ンデンサの接続を切り替え操作を可能にしている。以上，コンデンサ切替及びにその制御回路の説明を行っ
てきたが、一般的に時計用ＩＣ内に形成可能なスイッチ
ング素子をスイッチ６〜８に使用すると、以下の問題が
生じる．まず、スイッチング素子としてバイボーラトラ
ンジスタを使用した場合、ベース・エミッタ間にある電
位差が必要であり、また、ＭＯＳ−ＦＥＴを使用した場
合は、ゲート・ソース間にやはりある電位差が必要とな
る．こ゛の前提のちとに、本発明の様なコンデンサを電
源とする電子時計を考えてみると、初期的にコンデンサ
ーが充電されていない時は，スイッチ６〜８に電位差を
供給することが不可能であり、どのスイッチもオフのま
まである．この状態では、いくら，発ｉｆ機ｌが稼動し
ても，コンデンサへの充電は不可能となる．第５図は上記問題点を解決する実施例で、スイッチとし
て、ＭＯＳ−ＦＥＴを使用した場合について説明する。スイッチ６はＰチャンネルタイプ（以下、ＰｃｈＦＥＴ
とする．）、スイッチ７、８はＮチャンネルタイプ（以
下、ＮｃｈＦＥＴとする。）のＭＯＳ−ＦＥＴであり、
それぞれ、サブストレート・ドレイン間に、奇生ダイ才
−ド５２、５３、５４が形成されている。またＳ６のみ
インバータ５ｌを介して．スイッチ６のゲートに接続さ
れているが，これは、スイッチ．６のＰｃｈＦＥＴは、
Ｏでオンとなるが、第３、第４図では１でオンするとし
て説明してきたため，その対応をとるためである。さて
、一般に奇生ダイオードは、第６図に示すごと＜Ｎｃｈ
−ＦＥＴの場合，サブストレートからドレインへ、また
サブストレートからソースへ順方向になる様に２ヶ形成
される。（ＰｃｈＦＥＴは方向が逆）再に、本実施例の
ごとく、スイッチ６〜８のソースとサブストレートが接
続されている場合は，等価的にソース・ドレイン間に１
ヶの奇生ダイ才−ドが形成されていると見なせる．第６
図において、ＮｃｈＦＥＴにおけるダイオード６ｌであ
り、ＰｃｈＦＥＴにおけるダイオード６２である．第７図は上述の奇生ダイオードを有効に利用する例で、
初期的にコンデンサ４，５の電圧がＯ（Ｖ）であったと
しても、スイッチ７の奇生ダイオード５３を通して、点
線５５の充電経路を形成することが可能となる．また，
コンデンサ４，５の容量が等しい場合、スイッチ７　（
ＮｃｈＦＥＴ）のソース電位はｌ／２Ｖ３３であり、ま
たゲート電位は初期的に第３図における抵抗３８によっ
て■。。レベルにつられている．従って、ゲート・ソー
ス間電位差は１７２ＶｓＢであり、直列充電状態におい
゛て、コンデンサ１．５の電圧が高くなってくると、ス
イッチ７　（ＮｃｈＦＥＴ）のゲート・ソース間電位差
１／２ＶｓＳがＶｔｈ（スイッチ７がオンするためのし
きい値）を越えて，オンすることが可能となる．再に充
電が進んで行くと、並列充電状態．になるのは前述した
通りである．以上により、動き始めまでの充電時間を短
く、さらに、作動範囲を長くする効果を上げているが、
より動き始めまでの充電時間を短くする手段として，以
下の手段も考えられる．まず、前記実施例で使用している２個の大容量コンデン
サは容量がほぼ等しかったが，これに差をつけると電圧
上昇が急になる．前記例で，Ｃ／２が２個だったりのを
、Ｃ／５と４／５Ｃに分けるとすると、直列にした時の
容量は４／２５Ｃとなり、前記例がＣ／４だったのに対
し、６４％の容量になる。従って、その分だけ電圧上昇
が急になり，早く動き始めることになる．又，大容量コ
ンデンサを３個使用してち同様の効果を得ることができ
る．［発明の効果１以上述べたように，本発明によれば、次の効果を得るこ
とができる．まず，止まっている発電式時計を動かすまでの時間が短
くて済むということである．たとえば、自動巻発電時計
ならば、携帯する前に時計を振って強制的に発電させる
時間が短くて済むということになる．又、これらの時計
の電源には電気二重層コンデンサを使われることが多い
．この電源の自己放電特性はｌ圧が低くなる程、指数的
に漏れ電流が小さくなるということが判っており，０．
３Ｖ程度になると、ほとんど電圧は低下しなくなってく
る．従って最初の電圧は、２個直列で０．６Ｖ＜らいあ
ることになり、実際はほんの少し時計を振るだけで、時
計は動き出すことになるという効果らある．次に，従来の多段弁圧式に比べても，以下の点で優れて
いる．まず、昇圧するには、常時高い周波数でスイッチ
ングする必要があり、そのためには，スイッチングトラ
ンジスタを数多く必要とし昇圧切り替えの制御ロジック
ら複雑なため、ＩＣの負荷が増え，サイズが大きく，又
、コスト高となり、スイッチングのためのパワーロスも
発生していた．本案では、昇圧という動作をしていない
のでシンプルになり、これらの問題を解決できる．又，
昇圧に使用する昇圧コンデンサを回路に実装する必要も
ないので、その分だけコストダウンとなる．再に、従来の昇圧方式では充電コンデンサは常に同容量
であったが、本発明の様に直列時の容量が平常時の１／
４に設定できると、その分電圧上昇が早まり、逆に充電
電流が減少していき，充電径路内の抵抗分によるパワー
ロスが加速度的に滅少しで、従来の昇圧方式より充電効
率を高めることが可能となる．前記実施例については，自動巻発電時計について説明し
たが、これに限らずソーラーや、外部から充電するシス
テムなど、電源に充電可能な手段を使用したものならば
、同様の効果を得ることができる．

【図面の簡単な説明】

第１図は，本発明実施例の全体回路説明図。第２図は、
本発明実施例の作動説明図。第３図は本発明実施例のス
イッチ切り替え制御回路図．第４図は、スイッチ切り替
えのタイミングチャートを示す．第５図は，スイッチ６，７、８にＭＯＳＦＥＴを使用し
た実施例を示す．第６図は、ＭＯＳＦＥＴの奇生ダイオードの説明図．（
ａ）はＮｃｈＦＥＴを示す。（ｂ）はＰｃｈＦＥＴを示
す．１　・　・　・　・　・　・２　・　・　・　・　・　・３　・　・　・　・　・　・４、　５　・　・　・　・６，　７、　８　・　・９　・　・　・　・　・　・１　０　・　・　・　・　・　・１　　１’　　・　・　・　・　・　・ｌ　２　・　・
　・　・　・　・・発電機・過充電防止スイッチ・整流回路・大容量コンデンサ・スイッチ・電源電圧検出回路・スイッチ切り替え制御回路・時計回路・時刻表示手段以上

Claims

【特許請求の範囲】

時刻表示手段、該時刻表示手段を駆動する時計回路、充
電可能な少なくとも２個の電源、時計回路に供給する電
位を制御する電源制御回路を有する時計において、前記
電源制御回路は前記電源の電圧レベルを検出する電圧検
出回路と、それぞれの電源どうしの接続構成を切り替え
るスイッチ切り替え制御回路を有し、前記電圧検出回路
があらかじめ設定した所定の電位を検知した時点で、前
記スイッチ切り替え制御回路により、電源の接続構成を
替え、時計回路への供給電位を制御したことを特徴とす
る電子時計。