JPS6122915B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は変換機ランプ等の重負荷を有する電子
時計の電源回路の改良に関するものである。

近年電子時計特に水晶腕時計は小型化薄型化、
及び長寿命化の要求が非常に強くなつてきてい
る。従つて時計の駆動エネルギー源である電池
も、上記要求に答えるため小型で且つ容量の大き
なものが必要となり、従つて電池に使用する電解
液も、NaOHを使用せざるを得なくなつている。
しかし電解液にNaOHを使用したものは温度に対
して、内部抵抗の変化が大きく低温の場合に内部
抵抗が大きくなるため低インピーダンスの負荷に
対してはエネルギーが入つていかないことにな
る。現在時計に使用されている電〓変換機（アナ
ログ水晶腕時計）とランプ（デジタル水晶腕時
計）の場合について説明すると第１図は電磁変換
機の低温に於ける電源電圧に変化を示したもので
横軸は時間、縦軸は電源電圧を示してあり、変換
機の駆動回路がOFFの場合は電池の内部抵抗に
対して回路のインピーダンスが充分に大きいため
回路に加わる電源電圧は、ほぼ電池の無負荷時の
電圧に近いが駆動回路がONの場合は、抵抗が数
ＫΩであるコイルが電源に対する負荷となるた
め、電池の内部抵抗が問題になり、電源電圧は
Vcまで抵下することになる。又ランプ点灯の場
合は第２図に示すようにランプスイツチONの場
合に電源電圧はVlまで抵下することになる。

従つて電磁変換機とランプの場合についてそれ
ぞれVc及びVlと温度の関係を示すと第３図及び
第４図のようになり、温度に対するVc及びVlの
関係は一次直線ではなく、低温になるに従い、そ
の変化は段々と大きくなる傾向を示している。

一方水晶の発振回路等を含む電子回路の最低動
作電圧は、低温になり電源電圧が瞬間的にでも下
ると、発振・分周その他回路のミスカウント、引
いては発振停止という現象を生じ、時計は遅れた
り、止まつたりという状況になつてしまう。

電磁変換機の場合も同様に最低動作電圧がある
ため駆動回路がONになつた時に電磁変換機の最
低動作電圧より電源電圧が下ると、電磁変換機は
回転運動ができず、時計は止つてしまうことにな
る。

一方、低温に於ける電池の内部抵抗の増加によ
る電源電圧の低下を防ぐために、電池と並列にコ
ンデンサーを接続し、通常状態にて充電し重負荷
時に放電させ、電池をバツクアツプする方法が提
案されている。しかし現在提案されている方法
は、電池と並列に接続されたコンデンサーが全く
必要のない常温附近でも使用されるような形をと
つていること、即ち電池に直接コンデンサーを並
列接続しているため、コンデンサーには常時、電
圧が加わることになる。従つて時計の消費電流が
１〜２μＡ程度、電子回路の消電が0.2〜0.3μＡ
程度、あるいはそれ以下になろうとしている現在
では、コンデンサーのリーク電流が非常な大きな
問題となる。電池と並列に接続するコンデンサー
はどうしても数μＦ以上のタンタルコンデンサー
になるため、その絶縁抵抗は数百ＭΩ，μＦ程度
の値となり、一例として500MΩ．μＦで計算し
て見るとコンデンサーの容量を10μＦとすると
500MΩ．μＦ／10μＦ＝50MΩ1.5V／50MΩ＝
0.03μＡとなり回路の消電0.2〜0.3μＡの10％程
度を占めることになるため、時計の長寿命を阻害
大きな要因になつてしまう。

本発明の目的は電池とコンデンサーとの間に温
度によつて制御されるスイツチ体を挿入すること
により常温に於ては電池とコンデンサーの接続を
オープンにしておき、低温に於てのみ電池とコン
デンサーを接続させて、重負荷に対する電源電圧
の低下を防止することにあり、従つてコンデンサ
ーのリーク電流による消電の増加は低温時のみ
（電池の内部抵抗増加時）に限定した電源回路を
提供することである。

さらに本発明の目的は、電池の寿命警告表示機
能の電圧検出用に設けられた電圧判定回路を温度
検出回路として兼用することにより、現状の量産
上、採用可能な技術のみを用いて構成出来る電源
回路を提供することであり、その要旨は、電池と
並列に電源コンデンサーと、スイツチ体との直列
回路を接続し、該スイツチ体の制御を電圧判定回
路の出力によつて行なうことを特徴としている。

以下図面により本発明の実施例を詳記する。第
５図は腕時計に用いられている酸化銀電池を例に
とつて放電量と端子電圧の関係を、負荷及び環境
温度の影響を考慮して示したものであり、曲線Ａ
は、軽負荷（例えば時計の変換機駆動やランプ点
灯を除外した回路負荷程度）状態を示すものであ
り、ほとんど環境温度の影響を無視することが出
来る。又曲線Ｂは、重負荷（変換機及びランプ駆
動状態）に於いて常温の場合、曲線Ｃは重負荷
で、低温の場合を示すものであり、電圧判定回路
の判定電圧を図のV₁に設定すると、軽負荷では
その判定レベルが、ほとんど温度の影響を受けな
いが、重負荷では、その判定レベルが温度に大き
く影響されることがわかる。

本発明は、上記の点に着目して、電圧判定回路
を温度検出回路に兼用し、前記電圧判定回路の軽
負荷時に於ける判定出力によつて電池寿命の警告
表示を行い、又重負荷時に於ける判定出力によつ
て前記電源回路のスイツチ体を制御するものであ
る。

第６図は、本発明の一実施例のアナログ電子時
計のシステム構成を示す。第７図は要部の波形の
タイミングチヤートである。１，２は通常の水晶
発振回路および分周回路、３は分周器の各段出力
を合成して、通常は一定巾の２相の秒パルスを作
成する駆動波形整形回路で、後述するようにパル
ス巾拡大信号あるいは警告表示信号を受けると、
分周の各段出力の組合せ方を変えて、異なる駆動
波形とするための論理ゲートを内蔵している。

４は変換機駆動回路であり、前記駆動波形整形
回路３の信号によつて電磁変換機７を駆動し、運
針表示装置８により時刻表示を行う。尚９，１
０，１１はそれぞれ、時計、分針及び秒針であ
る。

１２は電源用の電池、１３は前記電池１２の電
圧低下を検出する電池電圧判定回路であり、２個
のデータタイプのフリツプロツプ（以後DFFと
略記する）１４，１５とＰチヤネルMOSトラン
ジスタ１６とにより構成され、該MOSトランジ
スタ１６のドレイン端子は前記DFF１４及び
DFF１５のデータ端子Ｄに接続されるととも
に、レベル調整抵抗１７を介して電池１２のVdd
端子に接続され、MOSトランジスタ１６のソー
ス端子は電池１２のVss端子に接続されている。

１８はサンプリングパルス整形回路であり、前
記分周回路２と、駆動波形整形回路３の各信号よ
り電磁変換機７の駆動状態での重負荷サンプリン
グ信号φ_１と、非駆動状態での軽負荷サンプリン
グ信号φ_２を発生する。

そして各サンプリング信号は、φ_１がDFF１
４のサンプリング端子φに、又φ_２はDFF１５
のサンプリング端子φにそれぞれ接続されるとと
もにORゲート１９を介して前記MOSトランジス
タ１６のゲート端子に接続されている。

２０はパルス巾制御回路であり、前記DFF１
４の出力端子Q₁より駆動力制御信号を受ける
と、駆動波形整形回路３にパルス巾拡大信号を供
給して駆動パルス巾を大きくし、電磁変換機７の
駆動力を増強する。

２１は、警告制御回路であり前記DFF１５の
出力端子Q₂より警告制御信号を受けると、駆動
波形整形回路３に表示変調信号を供給して運針表
示装置８の動作を変調し、電池寿命警告を行う。
２２は電源回路であり、電源コンデンサー２３と
スイツチ体２４との直列回路を構成し、スイツチ
体２４は通常開放状態にあり、前記DFF１４の
出力端子Q₁よりの制御信号によつて閉成され
る。２５は、重負荷電源ライン２８と軽負荷電源
ライン２９とを分離する分離手段であり、抵抗２
６とスイツチ体２７との並列構成を有し、スイツ
チ体２７は通常閉成状態にあり前記DFF１４の
制御信号によつて開放される。

尚本実施例に於いては電池１２に直接接続され
る重負荷電源ライン２８には変換機駆動回路４が
負荷として接続され、又軽負荷電源ライン２９に
は、発振回路１を含む他のすべての回路が負荷と
して接続されている。次に前記電池電圧判定回路
１３の動作を説明する。

前記サンプリングパルス整形回路１８より重負
荷である変換機７が駆動されないタイミングで発
生された軽負荷サンプリングパルスφ_２が、OR
ゲート１９を介してMOSトランジスタ１６のゲ
ート端子に印加されると同時にDFF１５のサン
プリング端子φに印加される。この時電池１２の
電圧が高い場合は、MOSトランジスタ１６が、
サンプリングパルスφ_２によつて十分ON状態と
なるため、MOSトランジスタ１６と、レベル調
整抵抗１７との分割点に接続されたDFF１５の
データ端子Ｄのレベルは論理“０”となり、した
がつて出力端子φ_２は論理“０”レベルに保たれ
る。

そして、電池１２の寿命が近くなり、電圧が抵
下してくると、サンプリングパルスφ_２がMOS
トランジスタ１６を十分ON状態にすることが出
来なくなつてDFF１５のデータ端子Ｄのレベル
が論理“１”となるため、出力端子φ_２に論理
“１”レベルが電池寿命警告制御信号として書込
まれる。

同様にして、変換機７を駆動するタイミングで
発生される重負荷サンプリングパルスφ_１による
電圧判定の結果は、DFF１４の出力端子Q₁に駆
動力制御信号として書込まれる。

尚電池電圧判定回路１３が動作する電圧レベル
は、レベル調整抵抗１７を調整することにより任
意の値に設定することが出来る。

したがつて前記電池電圧判定回路１３では、１
本のレベル調整抵抗１７によつて１つの動作レベ
ルしか設定されていないので、電池１２の寿命が
近づいて、その内部抵抗が増加すると、重負荷に
よる電圧降下が生ずるため、まず重負荷サンプリ
ングパルスφ_１によつてDFF１４の出力端子Q₁
に駆動制御信号が書込まれ、さらに電池電圧が抵
下したときに、DFF１５の出力端子Q₂にも電池
寿命警告制御信号が書込まれる２重検出構造とな
つている。

次に第７図に示す波形図により第６図に於る電
子時計の動作を説明する。

第７図ａに示すごとく発振回路１によつて発振
された32768Hzの基準信号は、分周回路２によつ
て分周され、第７図ｂ，ｃ，ｄ，ｅに示すごとく
Ｆ９端子に64Hz，Ｆ１５端子に１Hz，Ｆ１６端子
に0.5Hz等の信号を発生している。

そして駆動波形整形回路３は、前記分周回路２
の信号を受け、後述する条件に従つて異る波形の
駆動信号を発生し、駆動回路４を介して変換機７
を駆動することにより運針表示装置８に時刻表示
を行う。

又サンプリングパルス整形回路１８は第７図
ｆ，ｇに示すごとく変換機駆動用交互パルスの一
方に同期した重負荷サンプリングパルスφ_１と、
前記交互パルスのいずれにも同期しない軽負荷サ
ンプリングパルスφ_２を発生している。

次に前記電池電圧判定回路１３の判定動作に伴
う一連の制御動作を説明する。

まず電池１２の電圧が高い通常動作時に於て
は、電池電圧判定回路１３を構成するDFF１４
及びDFF１５に制御信号及び電池寿命警告制御
信号が書込まれていないので、パルス巾制御回路
２０、警告制御回路２１、はいずれも非動作状態
にあり、又電源回路２２のスイツチ体２４は開放
され、分離手段２５のスイツチ体２７が閉成され
ていることにより、電源コンデンサー２３は、軽
負荷電源ライン２９より切離され、又抵抗２６が
短絡されているため重負荷電源ライン２８と、軽
負荷電源ライン２９は、スイツチ体２７によつて
直結され、すべての回路が電池１２の端子Vdd，
Vssにより直接駆動されている。

そして波形整形回路３からの駆動信号は第７図
ｈに示すごとく１Hz，Ｆ１５の周期で64Hz，Ｆ９
のパルス巾を有する交互パルスを発生し、時刻表
示装置８の秒針１１を１秒周期で等速運針してい
る。

次に電池１２の寿命が近ずくと、低温状態に於
ける重負荷サンプリングにより第５図曲線Ｃが判
定レベルV₁とクロスすることにより電圧判定回
路１３が動作しDFF１４の出力端子Q₁に制御信
号が書込まれる。そしてこの制御信号によつてパ
ルス巾制御回路２０が動作状態となつて波形成形
回路３からの駆動信号は第７図ｉに示すごとく周
期は変化せずパルス巾のみが増加（例えば32Hz）
し変換機７の駆動力が増強される。

又前記制御信号によりスイツチ体２４が閉成
し、スイツチ体２７が開放されることにより、重
負荷電源ライン２８と、軽負荷電源ライン２９は
抵抗２６によつて分離されるとともに軽負荷電源
ライン２９には、電源コンデンサ２３が並列接続
されるため軽負荷電源ライン２９には電池１２の
電源端子Vddより抵抗２６を介して電源コンデン
サー２３に充電された電源が供給されるため、電
磁変換機７の駆動によつて重負荷電源ライン２８
の電圧が低下しても軽負荷電源ライン２９の電圧
は、略、電池１２の軽負荷時の端子電圧レベルに
保持される。

尚上記動作は、温度が上昇することにより重負
荷サンプリング時の電圧レベルが判定レベルV₁
以上に復帰すると、DFF１４に書込まれた制御
信号が消減し各回路は、通常動作状態に復帰す
る。

次に電池１２がさらに寿命に近ずいてDFF１
５の出力端子Q₂に電池寿命警告制御信号が書込
まれると、警告制御回路２１も動作状態となり、
波形成形回路３からの駆動信号は、第７図ｊに示
すごとく２秒周期ごとに２個の交互パルスとな
る。この結果運針表示装置８の秒針１１が２秒周
期で２ステツプの変速運針となることにより電池
寿命警告表示を行う。

上記実施例に於いて分離手段２５を構成するス
イツチ体２７を省略してもよく、さらに分離手段
２５全部を省略することも可能であり、又電圧判
定回路を電池寿命検出用と、温度検出用とで別々
に設け、各々の動作レベルを調整するようにして
もよい。又電磁変換機を有さないデジタル電子時
計の場合には、ランプ点灯時の重負荷信号を重負
荷サンプリングパルスφ_１として使用すればよ
い。

上記の如く本発明によれば、低温時及び電池劣
化時の電源保証を電源コンデンサーにて行うこと
が出来るとともに通常動作状態でのコンデンサー
によるリークを防止することが可能となる。又電
池電圧判定回路の機能を使い分けることにより、
最低必要な機能動作の安全保証、平常時の節電設
計、適確な警告、回路構成や組立調整作業の過度
の複雑化防止等の諸要求を同時に満足しうるとい
う顕著な利点を持つものであり、又本発明は、電
池電圧の段階的検出をサンプリング時の負荷電流
を変化させる方式で行つているため本質的に１個
の判定回路しか必要とせず、レベル調整用の外付
け抵抗も１個ですむため、従来の電池電圧判定方
式に比べて外付け部品点数及び組立工数の増加を
併うことはない。

【図面の簡単な説明】

第１図及至第５図は、電子時計に使用する小型
電池の各特性図、第６図は本発明に於ける電子時
計のブロツク線図、第７図は第６図に於ける各部
の波形図である。 １……発振回路、２……分周回路、３……波形
成形回路、７……電磁変換機、８……運針表示装
置、１２……電池、１３……電池電圧判定回路、
１８……サンプリングパルス整形回路、２０……
パルス巾制御回路、２１……警告制御回路、２２
……電源回路、２５……分離手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 小型電池をエネルギー源とする電子時計に於
   いて、前記電池の電圧低下を検出する電圧判定回
   路と、電池に並列接続された電源コンデンサー
   と、スイツチ体との直列回路を設け、前記スイツ
   チ体の制御端子に電圧判定回路の出力信号を供給
   するごとく構成し、前記電圧判定回路の出力信号
   が発生していない状態に於いては、スイツチ体に
   より前記電池と電源コンデンサーとの接続が切り
   離され、前記電圧判定回路の出力信号が発生する
   ことによつて前記電池と電源コンデンサーとの接
   続が行われることを特徴とする電子時計の電源回
   路。 ２ 小型電池をエネルギー源とする電子時計に於
   いて、前記電池の電圧低下を検出する電圧判定回
   路を設けると、ともに、少くとも発振回路を含む
   軽負荷電源ラインと、変換機、ランプ等を含む重
   負荷電源ラインとの分離手段を設け、重負荷電源
   ラインは直接電池に接続し、軽負荷電源ラインに
   は電源コンデンサーとスイツチ体との直列回路を
   接続し、かつスイツチ体の制御端子に前記電圧判
   定回路の出力信号を供給するごとく構成し、前記
   電圧判定回路の出力信号が発生していない状態に
   於いては、スイツチ体により前記電池と電源コン
   デンサとの接続が切り離され、前記電圧判定回路
   の出力信号が発生することによつて前記電池と電
   源コンデンサとの接続が行われることを特徴とす
   る電子時計の電源回路。