KR20000070253A - 전자 시계 - Google Patents

Abstract

광발전소자(101)에 의해서 발전한 전력을 축전소자(104)에 축적하여, 그 축적한 전력에 의해서 계시 수단(105)을 구동하는 전자시계이며, 광발전소자(101)에 의한 축전소자(104)의 충전회로 중에 전기적으로 온·오프제어가능한 스위치(102)를 설치하고, 전압 비교수단(103)에 의해서 소정의 주기로 간헐적으로 스위치(102)를 오프상태로 하여서, 광발전소자(101)에 의한 발전전압(Vs)으로 축전소자(104)의 축적전압(Vb)을 비교하고, 그 비교결과에 따라서, Vs≤Vb일 때에는 스위치(102)를 오프상태인 채로 두고, Vs>Vb일 때에는 스위치(102)를 온상태로 한다. 그것에 의하여, 축전소자(104)부터의 전류의 역류를 방지하고, 또한 충전시의 전압강하를 없애고, 충전효율을 높인다.

Description

전자 시계{ELECTRONIC TIMEPIECE}

광발전소자에 의해서 발전된 전력을 전력축적소자(이하「축전소자」 라고 함)에 축적하여, 그 축적한 전력에 의해서 시간유지 및 시각표시를 하도록 한 광발전식 전자시계(특히, 손목 시계)가 현재 보급되고 있다.

이것은 전지교환의 수고가 필요없는 편리성과 함께, 전지폐기에 의한 환경오염의 방지라는 시대의 요청이, 손목 시계의 사용자에게 지지되어 있는 결과로 추정된다.

종래의 광발전식 전자시계의 가장 기본적인 구성을 도 8에 나타낸다.

이 광발전식 전자시계는 광발전소자(태양전지)(101)에 의해서 발전한 전력을 축전소자(104)에 축적하여, 그 축적한 전력에 의해 계시수단(105)을 구동한다. 그 광발전소자(101)로서는, 비정질실리콘박막을 기판상에 증착한 셀을 복수(통상, 4개정도)직렬로 접속한 것이 많이 쓰이고 있다. 축전소자(104)로서는 이차전지가 사용된다.

계시수단(105)은 수정발진회로와 전기적계수회로(분주회로) 등으로 이루어지는 계시 회로와, 시간 등을 표시하는 디지털표시기 혹은 지침과 그 구동장치 등으로 이루어지는 전자시계모듈이다.

역류방지용 다이오드(802)는 빛의 조사가 약하고 광발전소자(101)의 발전전압이 낮은 상태에 있어서, 축전소자(104)로부터 광발전소자(101)에 전류가 역류하여 축적한 전력이 감소하여 버리는 것을 방지하기 위해서 설치된다.

그러나, 이 역류방지용 다이오드(802)는 상술과 같이 저조도(低照度)에 있어서의 광발전소자(101)의 발전전압이 낮은 상태에서의 누설전류의 방지에는 도움이 되지만, 반대로 고조도(高照度)로 광발전소자(101)의 발전전압이 높은 대전류에 의한 충전상태에 있어서는, 이 역류방지용 다이오드(802)에 의한 순방향 전압강하 약 0.5V에 의한 손실이 생기고, 축전소자(104)의 충전효율을 저하시킨다고 하는 문제를 안고 있다.

이 역류방지용 다이오드(802)에 의한 전압강하 약 0.5V의 영향은 직렬접속 셀수(면내분할 전극수)가 적은 광발전소자를 사용하는 전자시계의 경우에 보다 큰 문제가 된다.

왜냐하면, 광발전소자의 1셀의 발전전압은 약 0.5V 이며, 그것에 직렬접속 셀수를 곱한 값이 발전전압이 되므로, 직렬접속셀수가 적은 광발전소자는 출력하는 발전전압이 낮기 때문이다. 특히, 직렬접속 셀수=1인 단일셀인 경우에는, 광발전소자(101)의 발전전압이 거의 전부 역류방지용 다이오드(802)의 순방향 전압강하에 소비되어 버리므로, 축전소자(104)를 충전하기 위한 동작조건이 성립하지 않게 된다.

또한, 이러한 광발전식 전자시계내의 축전소자는 광발전소자가 비발전상태이더라도 계시 수단을 장시간 구동할 수 있도록, 축전수단으로서 용량이 큰 것이 사용된다. 그 때문에, 그 축적전력이 극단적으로 소모되어 버린 상태에서는, 광발전소자에 빛을 조사시키더라도, 축전소자에 전력이 축적되어 계시 수단이 동작을 시작할 때까지 장시간을 요하게 된다는 문제가 있다.

이 문제를 해결하기 위해서, 대용량의 축전소자와 병렬로 소용량의 축전소자를 설치하고, 전술한 바와 같이 이들 축전소자의 축적전력이 극단적으로 소모되어 버린 상태에서, 광발전소자에 빛이 조사되어 발전이 시작된 때에는, 그 전력으로 우선 소용량의 축전소자를 충전하고, 그 축적전력에 의해 단시간에서 계시 수단의 구동을 개시할 수 있도록 구성한 퀵스타트타입의 광발전식 전자시계도 있다.

그 구성예를 도 9에 나타낸다. 이 퀵스타트타입의 광발전식 전자시계는 도 8에 나타낸 축전소자(104) 대신에, 소용량의 축전소자(캐패시터) (905)와 대용량의 축전소자(이차전지)(906)를, 각각 역류방지용 다이오드(901, 902)를 통해 광발전소자(101)에 병렬로 접속하고 있다.

그리고, 소용량의 축전소자(905)는 계시수단(105)에 직접병렬로 접속하지만, 대용량의 축전소자(906)에 있어서는, 다이오드(902)와의 사이에 충전대상 선택용 스위치(903)를 끼워 삽입함과 동시에, 계시수단(105)과의 사이에도 전원선택용의 스위치(904)를 끼워 삽입하고 있다.

또한, 전압검지수단(907)을 구비하고 그것에 의하여 대용량의 축전소자(906)의 축적전압(Vb)의 값을 검지하며, 그 검지결과에 따라서 스위치(903, 904)의 온·오프상태를 전기적으로 제어한다. 즉, 대용량의 축전소자(906)의 축적전압(Vb)이 규정치보다도 낮을 때에는, 스위치(903)를 소정의 비율로 온·오프하는 제어를 되풀이함으로써, 소용량의 축전소자(905)를 조속히 충전함과 동시에 대용량의 축전소자(906)를 서서히 충전하고, 또한 스위치(904)를 오프상태에 유지함으로써, 계시수단(105)이 소용량의 축전소자(905)에 축적된 전력에 의해서 조속히 구동된다.

대용량의 축전소자(906)의 축적전압(Vb)이 규정치를 넘은 상태로서는, 스위치(903 및 904)를 같이 온상태로 유지하여, 충전대상 및 계시수단(105)의 전원을 어느 것이나 대용량의 축전소자(906)로 한다.

이 전자시계에서도, 빛조사가 약한 상태로 광발전소자(101)를 경유한 누설전류를 방지하기 위해서, 소용량의 축전소자(405)와 대용량의 축전소자(406)의 각 충전경로에 역류방지용 다이오드(901, 902)가 설치되기 때문에, 광발전소자(101)의 발전전력에 의한 충전시에, 이들 역류방지용 다이오드(901, 902)에 의한 전압강하가 발생하고, 각 축전소자(905, 906)에 대한 충전효율이 저하되어 버린다는 문제를 안고 있다.

[발명의 개시]

본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위해서 행해진 것으로서, 광발전식 전자시계에서, 광발전소자에 의한 축전소자의 충전시에 역류방지용 다이오드에 의해서 충전효율이 저하되는 일이 없도록 하여, 충전효율을 높이는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상술한 바와 같이, 광발전소자 및 축전소자를 구비하고, 광발전소자에 의해서 발전한 전력을 축전소자에 축적하여, 그 축적한 전력에 의해서 계시 수단을 구동하는 전자시계에 있어서, 상기의 목적을 달성하기 위해서, 상기 광발전소자에 의한 축전소자의 충전회로중에, 종래의 역류방지용 다이오드 대신에, 전기적으로 온·오프제어가능한 스위치를 설치한다.

또 소정의 주기로 간헐적으로 상기 스위치를 오프상태로 하여, 상기 광발전소자에 의한 발전전압과 상기 축전소자의 축적전압을 비교하여, 그 비교결과를 다음 전압비교 타이밍까지 보존하고, 발전전압이 축적전압보다 작았을 때는 상기 스위치를 오프상태로 그대로 두고, 발전전압이 축적전압보다 컸을 때에는 상기 스위치를 온상태로 하는 전압비교수단을 설치한다.

이에 따라, 축전소자로부터 광발전소자으로의 전류의 역류를 방지하고, 또한 광발전소자로부터 축전소자으로의 충전시에 전압강하가 발생하지 않고, 충전효율을 높일 수 있다.

또 상기 계시 수단으로부터 전압비교수단에서 소정의 주기로 전압비교 지시신호를 출력하도록 하면, 전압비교수단은 그 전압비교 지시신호에 동기하여 간헐적으로 상기 스위치를 오프상태로 하여 전압비교 동작을 행할 수 있다.

또한, 본 발명은 광발전소자와 소용량의 제 1 축전소자 및 대용량의 제 2 축전소자를 구비하고, 광발전소자에 의해서 발전한 전력을 그 제 1 및 제 2 축전소자에 축적하여, 그 축적한 전력에 의해서 계시 수단을 구동하는 퀵스타트타입의 전자시계에 있어서도, 상기의 목적을 달성하기 위해서, 상기 광발전소자에 의한 제 1, 제 2 축전소자의 충전회로중에 각각 전기적으로 온·오프제어가능한 제 1, 제 2 스위치를 끼워 삽입한다. 또한, 상기 대용량의 축전소자에 의한 상기 계시 수단으로의 급전회로중에도 전기적으로 온·오프제어가능한 제 3 스위치를 끼워 삽입한다.

또한, 하기의 전압검지수단과 전압비교수단과 제어신호생성회로를 설치하여 상기 제 1, 제 2, 및 제 3 스위치의 온·오프상태를 제어한다.

그 전압검지수단은 소정의 주기로 간헐적으로 상기 축전소자의 축적전압을 검지하여 해당축적전압이 규정치를 넘어 있는지 어떤지를 판별하고, 규정치를 넘은 경우에는 상기 제 3 스위치를 온상태로 하는 신호를, 넘지 않은 때에는 상기 제 3 스위치를 오프상태로 하는 신호를 출력한다.

전압비교수단은 소정의 주기로 간헐적으로, 상기 광발전소자의 발전전압과 상기 계시 수단으로의 공급전압을 비교하여, 그 비교결과를 다음 전압비교 타이밍까지 저장한다.

그리고, 상기 제어신호 생성회로는 상기 전압비교수단이 전압비교 동작 중에는 상기 제 1, 제 2 스위치를 모두 오프상태로 하는 신호를 출력하고, 상기 전압검지수단에 의한 판별결과와 상기 전압비교수단에 의한 비교결과에 따라서, 상기 광발전소자의 발전전압이 상기 공급전압보다 작은 때에는, 상기 전압검지수단에 의한 판별결과에 관계없이 상기 제 1, 제 2 스위치를 모두 오프상태에 유지하는 신호를 출력하고, 상기 광발전소자의 발전전압이 상기 공급전압보다 큰 때에는, 상기 축적전압이 규정치를 넘으면 상기 제 1, 제 2 스위치를 모두 온상태로 하는 신호를 출력하고, 상기 축적전압이 상기 규정치 미만이면 상기 제 1, 제 2 스위치를 소정의 시간분할로 교대로 온·오프시키는 신호를 출력한다.

이에 따라 퀵스타트타입의 광발전식 전자시계에 있어서도, 그 충전효율을 높일 수 있다.

또, 상기 계시 수단으로부터 상기 전압검지수단에 소정주기로 전압검지 지시신호를 출력함과 동시에, 상기 전압비교수단에 소정주기로 전압비교 지시신호를 출력하도록 하면, 상기 전압검지수단은 그 전압검지 지시신호에 동기하여 간헐적으로 전압검지동작을 할 수 있고, 전압비교수단은 그 전압비교 지시신호에 동기하여 간헐적으로 전압비교 동작을 할 수 있다.

이들 전자시계에서는 광발전소자로부터 축전소자으로의 충전시에 전압강하가 거의 발생하지 않기 때문에, 광발전소자로서 단체셀로 구성된 발전전압이 낮은 것도 사용할 수 있다.

본 발명은 광발전소자(태양 전지)를 전력원으로서 구비한 전자시계에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 전자시계의 한 실시예의 기본구성을 나타내는 블록회로도,

도 2는 도 1에 있어서의 전압비교수단(103)의 구체예를 나타내는 회로도,

도 3은 도 2에 있어서의 전압비교회로의 다른 예를 나타내는 회로도,

도 4는 본 발명에 의한 전자시계의 다른 실시예인 퀵스타트타입의 전자시계의 구성을 나타내는 블록회로도,

도 5는 도 4에 있어서의 제어신호 생성회로의 구체예를 나타내는 회로도,

도 6은 본 발명에 의한 전자시계의 실시예에 사용하는 4셀 직렬접속의 광발전소자의 형상예를 나타내는 평면도,

도 7은 마찬가지로 이 단체셀의 광발전소자의 형상예를 나타내는 평면도,

도 8은 종래의 광발전식 전자시계의 기본구성을 나타내는 블록회로도,

도 9는 종래의 퀵스타트타입의 광발전식 전자시계의 구성을 나타내는 블록회로도이다.

〔제 1 실시예 : 도 1 내지 도 3〕

이하, 첨부의 도면을 사용하여 본 발명에 의한 전자시계의 최적의 실시예에 관해서 설명하는데, 우선, 도 1 내지 도 3에 의해서 그 제 1 실시예를 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 전자시계의 제 1 실시예의 기본구성을 나타내는 블록회로도이며, 도 2는 그 전압비교수단의 구체예를 나타내는 회로도이다. 도 1에 있어서, 도 8과 대응하는 부분에는 동일한 부호를 붙여 둔다.

도 1에 있어서, 광발전소자(101)는 예컨대 유리기판, 세라믹기판, 또는 철판상에 형성된 실리콘박막 PN접합소자, 혹은 카드뮴설파이드 발전소자 이며, 손목 시계용의 고효율로 박형(薄型)의 것이 사용된다. 또한, 반도체다접합 열전쌍 발전소자 위에 박막 PN접합소자를 형성한 광열발전소자를 사용할 수 있다.

계시수단(105)은 도 8에 나타낸 종래예와 같이 수정발진회로와 전기적 계수회로(분주회로)등으로 이루어지는 계시 회로와, 시간 등을 표시하는 디지털표시기, 혹은 지침과 그 구동장치(스텝모터와 기어열 등)등으로 이루어지는 전자시계모듈이며, 외부조작부재에 의해 유지시간정보의 입력이 가능하다.

그리고, 광발전소자(101)와 축전소자(104)와 계시수단(105)이 병렬로 접속되고, 광발전소자(101)의 발전전력을 축전소자(104)에 축적(충전)하여, 그 축적전력을 계시수단(105)에 공급하여 그것을 구동함으로써 계시수단(105)이 작동하여 시간 등의 표시를 한다. 축전소자(104)는 전력축적수단 이며, 이 실시예에서는 이차전지를 사용하지만, 이것 대신에 대용량의 콘덴서(캐패시터)를 사용하여도 좋다.

이 전자시계에서는 또한 광발전소자(101)에 의한 축전소자(104)의 충전회로중에 전기적으로 온·오프제어가능한 스위치(102)를 끼워 삽입하는 것과 같이, 축전소자(104)로부터 급전되는 전압 비교수단을 설치하여, 그 출력인 스위치 제어신호(Sc)에 의해서 스위치(102)의 온·오프를 제어한다.

전압 비교회로(103)는 계시수단(105)으로부터 소정의 주기로 전압비교 지시신호(øk)에 전압비교지시신호(øk)에 동기하여 간헐적으로 스위치(102)를 오프상태로 하여, 그 오프상태에 있어서 광발전소자(101)의 발전전압(Vs)과 축전소자(104)의 축적전압(단자사이전압)(Vb)을 비교하여, 그 비교결과를 다음 비교타이밍까지 기억회로에 저장한다.

또 스위치(102)가 온상태일 때에는, 발전전압(Vs)은 축적전압(Vb)에 인장(引張)되어 거의 동전위(Vs=Vb)로 되어 버려 양전압의 비교가 불가능하게 되기 때문에, 스위치(102)를 오프상태로 하여 비교할 필요가 있다.

이 실시예로서는 광발전소자(101)의 양극측을 접지하기 위해서, 발전전압(Vs) 및 축적전압(Vb)은 모두 부전압이 되는데 그 절대치의 크기를 비교한다.

전술한 전압비교 및 그 비교결과의 보존동작이 완료한 뒤, 보존된 비교결과에 따라서 스위치(102)의 개폐제어가 행하여진다.

즉, ｜Vs｜≤｜Vb｜일 때에는 스위치(102)를 오프상태, 축전소자(104)로부터 광발전소자(101)으로의 누설전류의 발생을 막고, ｜Vs｜>｜Vb｜일 때는 스위치(102)를 온상태로 하여, 축전소자(104)으로의 충전을 한다.

스위치(102)의 개폐에 의한 역류방지 및 충전제어는 모두 그렇게는 긴급하지 않은 것이므로, 상술과 같은 간헐적 제어라도 충분히 그 목적을 달성할 수 있다. 그리고, 이와 같이 전압 비교수단(103)의 동작을 간헐적으로 행함으로써 거기에 소비되는 전력을 적게 할 수 있는 이점이 있다.

현재 시장에 나와 있는 전자시계의 회로부의 소비전력은 100(nW)정도의 극히 작은 것이므로, 본 발명 때문에 추가되는 전압 비교수단(103)에 의해서 이 소비전력이 크게 증가되어 버리는 것은 있을 수 없다.

그러나, 전술한 바와 같이 스위치(102)를 제어하기 위한 전압 비교수단(103)에 의한 전압 비교의 빈도는 비교적 낮으며, 더구나 1회의 전압 비교에 요하는 시간은 지극히 단시간으로도 가능하므로, 전압비교수단(103)에서 소비하는 전력은 대단히 적고, 수 nW로 억제할 수 있다.

예컨대, 전압 비교수단(103)의 통상 소비전력이 1μW로 하고, 전압 비교 동작 빈도를 1초에 1회, 전압비교에 요하는 시간이 1 밀리초라고 하면, 평균소비전력은 1 nW로 억제되고, 실제로 시계 안에 넣는 것이 충분히 가능한 값이 된다.

스위치(102)로서는, 전압강하가 발생하지 않은 MOS형 전계효과트랜지스터 (MOS FET)를 사용하는 것이 적합한다.

직사 일광하에서는 광발전소자(101)의 발전전류가 대단히 커지는 것을 고려하여 채널폭이 넓고 온저항이 낮은 것을 사용하는 것이 좋다. 그 경우는 FET의 게이트 용량이 커지고 전압 비교수단(103)이 출력하는 스위치 제어신호(Sc)에서 직접 스위치(102)를 구동하는 것이 힘든 경우가 있지만, 그 경우에는 스위치구동용의 프리드라이버를 몇 단 설치하도록 하면 좋다.

도 1에 있어서는, 전압 비교수단(103)과 스위치(102)가 각각 독립한 블록으로서 표시되고 있지만, 이들도 계시수단(105)인 전자시계모듈에 넣어, 단일의 IC로 형성하고 소형의 시스템을 구성하는 것도 가능하다.

여기서, 전압비교수단(103)이 구체적인 회로도 구성예를 도 2에 나타낸다. 도 2에 표시된 비교회로(206)는 N 채널 MOS FET(Q1, Q2)와 P 채널 MOS FET(Q4, Q5) 및 저항(R1∼R4)으로 이루어져 FET의 전류 미러동작을 이용한 것으로, 축적전압(Vb)을 전원전압으로서 구동된다. 그리고, 저항(R1)과 저항(R2)의 저항치의 비와, 저항(R3)과 저항(R4)의 저항치의 비율을 같이 함으로써(R1:R2=R3:R4), 축적전압(Vb)과 발전전압(Vs)의 전압비교가 가능하게 된다.

펄스형상의 비교지시신호(øk)가 유효레벨(도 2의 회로에서는 하이레벨“H")일 때, 레벨시프터(201, 202)를 통해 P 채널 MOS FET(Q5, Q6)에 게이트전압이 인가되고, 그 각 FET(Q5, Q6)이 온상태가 되고, 축적전압(Vb) 및 발전전압(Vs)이 비교회로(206)에 공급된다. 따라서 이 동안에만 비교회로(206)로 전압비교가 행하여져, 그 비교결과가 양전압의 절대치의 대소관계에 따른 논리치 신호(øc)로서 출력할 수 있고, 버퍼회로(203)를 통해 플립 플롭회로(204)의 데이터단자(D)에 입력한다.

플립 플롭회로(204)는 그 데이터단자(D)에 입력되는 비교결과를 클럭 단자(CK)에 입력되는 전압비교 지시신호(øk)의 하강 에지에 동기하여 저장하고, 그 결과에 따라서 출력단자(Q)의 출력신호(Sq)를 하이레벨“H" 또는 로우레벨“L"로 하는 기억회로이다.

상술한 바와 같이 비교동작의 사이는 스위치(102)를 오프상태로 유지할 필요가 있기 때문에, NOR 게이트(205)에 의해서, 플립 플롭회로(204)로 유지된 전압 비교결과의 출력신호(Sq)와, 전압비교 지시신호(øk)와의 논리곱을 취하여 스위치 제어신호(Sc)로서 출력한다.

리셋신호(øR)(혹은 셋신호)는 반드시 필요하지는 않지만 제어신호(Sc)를 직접적으로 콘트롤할 수 있기 때문에, 플립 플롭회로(204)의 리셋단자(R)에 인가할 수 있도록 해두면 편리한 경우가 많다.

도 2의 회로에서, 비교 지시신호(øk)는 하이레벨“H"로 유효하며, 전압 비교결과가 ｜Vs｜>｜Vb｜에서 플립 플롭회로(204)의 출력신호(Sq)가 로우레벨“L"이 되고, 또한 전압비교 지시신호(øk)도 로우레벨“L"일 때에 스위치 제어신호(Sc)는 하이레벨“H"가 된다. 도 1에 있어서의 스위치(102)는 이 스위치제어신호(Sc)가 하이레벨“H"일 때에만 온상태가 되는 것으로 한다. ｜Vs｜=｜Vb｜일 때에는 스위치(102)를 온상태로 하여도 좋지만, 이 예에서는 오프상태로 한다.

또한, 전압비교 지시신호(øk)는 도 1의 계시수단(105)으로부터의 낮은 전압레벨의 신호이기 때문에, 비교회로(206)으로의 입력시에 레벨시프터(201, 202)에 의해 전압레벨을 올려, 버퍼회로(203)와 플립 플롭회로(204)는 다시 저전압으로 구동하는 구성으로 되어 있다.

이들 신호극성(논리치) 및 전압레벨은, 실현하는 시스템에 맞추어 여러 가지로 변경하는 것이 가능하다.

도 2에 나타낸 전압비교수단의 구성은 일예이며, 그외에도 여러가지의 구성이 생각된다. 예컨대, 도 2에 있어서의 전압 비교회로(206) 대신에, 도 3에 나타낸 바와 같은 보다 단순한 구성의 전압비교회로를 사용하는 것으로도 가능하다. 또한, FET 대신에 바이폴라 트랜지스터로 비교회로를 구성하는 것도 가능하다.

도 3에 나타내는 전압비교회로는 전술의 전압비교 지시신호(øk)를 입력하여, 그것을 인버터(301)로 반전한 신호(Iøk)가 로우레벨“L"이 되면, P 채널 MOS FET(Q11)가 온이 된다. 그것에 의하여, 광발전소자의 발전전압(Vs)(부전압)이 분압저항(R11, R12)으로 분압되고, 그 분압전압에 의해서 N 채널 MOS FET(Q12)이 도통방향으로 제어된다. 그 분압전압이 FET(Q12)의 임계치(축전수단의 축적전압(Vb)에 대하여)이상이면 FET(Q12)은 도통하고, 저항(R13)에 의한 풀업전위를 로우레벨“L"로 잡아 당겨, 그것을 컴프리멘터리 M0S-IC에 의한 인버터회로(302, 303)를 통해 증폭정형하여, 비교결과의 논리치신호(øc)로서 로우레벨“L"의 신호를 출력한다.

따라서, 분압저항(R11, R12)을 통해 FET(Q12)의 [축적전압(Vb)에 대한] 임계치가 비교되어, 신호(Iøk)가 로우레벨“L"에 있어서 광발전소자의 발전전압(Vs)의 절대치가 충분히 클[축전전압(Vb)의 절대치보다 크다]때에만 로우레벨“L"의 논리치신호(øc)가 출력되도록 하고 있다. 이 논리치신호(øc)를 도 2에 나타낸 전압 비교수단의 경우와 같이, 플립 플롭회로 등의 기억회로에 기억시켜, NOR 회로에 의해서 그 기억출력과 전압비교 지시신호(øk)와의 논리곱을 잡아, 다음 전압비교 지시신호(øk)가 입력할 때까지 하이레벨“H"의 스위치 제어신호(Sc)를 출력하도록 하면 된다.

그런데 종래의 광발전식 전자시계에서는 축전소자으로의 과충전을 방지하기 위해서, 축전소자의 축적전압을 검지하여 그 전압이 규정치이상의 경우에는, 충전전류를 바이패스시키도록 제어하여 과충전을 방지하는 회로가 많이 사용되고 있다.

그러나, 도 1에 나타낸 본 발명에 의한 전자시계의 경우에는, 스위치(102)를 과충전방지용으로서도 겸용하는 것이 가능하다. 즉, 전압 비교수단(103)의 그 외에 축전소자(104)의 축적전압(단자사이 전압)을 검지하는 검지수단을 설치하고 검지수단에 의해 규정치 이상의 전압이 검지된 경우에는 전기적 스위치를 오프상태에 유지하는 것에 의해 축전소자(104)으로의 과충전을 방지할 수가 있다.

또한 도 1에 나타낸 실시예로서는, 전압비교 지시신호(øk)가 계시수단(105)으로부터 공급되는 구성으로 되어 있지만, CR 발진 등을 비교수단(103)내에 구비하고, 따라서, 전압비교 지시신호(øk)에 해당하는 주기적인 신호를 생성하도록 하는 것도 가능하다.

〔제 2 실시예 : 도 4 및 도 5〕

다음에, 본 발명에 의한 전자시계의 제 2 실시예를 도 4 및 도 5에 의해서 설명한다. 도 4는 본 발명을 실시한 퀵스타트타입의 전자시계의 구성을 나타내는 블록회로도이며, 도 9와 같은 부분에는 동일한 부호를 붙여 어 둔다.

이 전자시계는 도 9에 나타낸 종래의 퀵스타트타입의 전자시계에서, 소용량의 축전소자(905)와 대용량의 축전소자(906)의 각 충전회로중에 설정된 2개의 역류방지용 다이오드(901 및 902)를 각각 전기적으로 온·오프제어가능한 충전제어용의 스위치(401 및 402)로 대체하여, 그 각 온·오프상태를 제어신호 생성회로(404)부터의 스위치 제어신호(Sc1, Sc2)에 의해서 제어하도록 구성하고 있다. 또한 전압검지수단(406)과 전압비교수단(405)을 설치하여, 제어신호 생성회로(404)에 출력신호를 보낸다.

이 실시예에 있어서의 계시 수단(407)은 도 1에 있어서의 계시수단(105)과 거의 같지만, 소정의 주기로 전압검지 지시신호(øk1)를 전압 검지수단(406)으로 출력함과 동시에, 소정의 주기로 전압비교 지시신호(øk2)를 전압 비교수단(405)및 제어신호 생성회로(404)에 출력한다.

또한 대용량의 축전소자(906)로부터 계시 수단(407)으로의 급전회로중에도, 전기적으로 온·오프제어가능한 전원선택용의 스위치(403)를 끼워 삽입하고 있다.

전압 검지수단(406)은 계시 수단(407)부터의 전압검지 지시신호(øk1)에 동기하여, 대용량의 축전소자(2차전지)(906)의 축적전압(Vb)을 간헐적으로 검지하여, 그것이 규정치를 넘었는지 아닌지를 판별하여 그 결과를 다음 검지타이밍까지 보존하고, 그 판별결과의 신호(øv)를 제어신호 생성회로(404) 및 스위치(403)로 출력한다.

전압 비교수단(405)은 계시수단(407)으로부터의 전압비교 지시신호(øk2)에 동기하여 광발전소자(101)의 발전전압(Vs)과 소용량의 축전소자(905) 또는 대용량의 축전소자(906)에 의한 계시 수단(407)으로의 공급전압(Vss)을 간헐적으로 비교하고, 그 비교결과를 다음 전압 비교타이밍까지 보유하여 그 비교결과의 보존신호(øq)[도 2에 있어서의 플립 플롭회로(204)의 출력신호(Sq)에 해당한다]를 제어신호 생성회로(404)로 출력한다. 이 전압 비교수단(405)에는, 예컨대 도 2에 나타낸 전압 비교수단으로부터 NOR 게이트(205)를 제외한 회로를 사용하고, 축전전압(Vb) 대신에 공급전압(Vss)을 인가하도록 하면 좋다. 그 경우, 비교결과의 보존신호(øq)는 도 2에 있어서의 플립 플롭회로(204)의 출력신호(Sq)에 해당한다.

제어신호 생성회로(404)는 전압 검지수단(406)부터의 판별결과의 신호(øv)와, 전압비교수단(405)으로부터의 비교결과의 보존신호(øq)와, 계시 수단(407)부터의 전압비교 지시신호(øk2)에 근거하여 스위치 제어신호(Sc1, Sc2)를 출력하여 2개의 스위치(401 및 402)의 제어를 한다.

즉, 전압비교수단(505)에 의한 전압비교의 결과 ｜Vs｜≤｜Vss｜인 경우에는, 전압 검지수단(405)에 의한 축적전압(Vb)의 판별결과에 상관없이 스위치(401, 402)를 함께 오프상태에 유지하여, 또한, ｜Vs｜>｜Vss｜인 경우에는 전압 검지수단(406)에 의한 축적전압(Vb)의 판별결과에 의해서, 축적전압(Vb)이 규정치를 넘으면 스위치(401, 402)를 함께 온상태로 하고 축적전압(Vb)이 규정치 미만이면 스위치(401 및 502)를 소정의 시간분할로 교대로 온·오프를 되풀이하도록 제어한다.

그러나, 전압비교수단(405)에 의한 전압비교 및 비교결과의 보존은 계시 수단(407)으로부터의 전압비교 지시신호(øk2)에 동기하여 행해지고, 그 비교동작의 사이는 스위치(401, 402)를 모두 오프상태로 한다.

제어신호 생성회로(404)는 상술과 같이 축전전압(Vb)에 의한 판별결과의 신호(øv)와 전압 비교수단(405)에 의한 발전전압(Vs)과 공급전압(Vss)의 비교결과의 보존신호(øq)와, 계시 수단(407)으로부터의 전압비교지시신호(øk2)와 따라서, 스위치(501, 502)의 제어신호(Sc1, Sc2)를 생성하는 회로이며, 예컨대 도 5에 나타낸 바와 같이 구성할 수가 있다.

이 도 5에 나타내는 제어신호 생성회로는, øv는 축전전압(Vb)이 규정치를 넘는 경우에 하이레벨로 되고, øq는 광조사가 불충분한 상태에서 ｜Vs｜≤｜Vss｜인 경우에 하이레벨이 되며, 스위치 제어신호(Sc1,Sc2)는 모두 하이레벨로 스위치(401, 402)를 온으로 하는 경우의 회로도이다.

이 회로는 2개의 인버터(501, 502), 2개의 3입력의 NOR 게이트(503, 504), 5개의 2입력의 NOR 게이트(505∼509)에 의해서 구성된다. 그리고, 도 5에 있어서의 øD는 스위치(401, 402)의 온·오프의 비율(duty)을 규정하는 신호이다.

도 5에서는 도면의 번잡함을 피하기 위해서, 그 신호(øD)나 제어신호 생성회로(404)의 전원선 등의 도시를 생략하고 있다.

계시 수단의 전원 선택용스위치(403)는 도 9에 나타낸 종래예와 같이 대용량의 축전소자(906)의 축전전압(Vb)의 판별결과의 신호(øv)에 의해서 제어되고, Vb가 규정치를 넘으면 온, 그렇지 않으면 오프상태로 유지된다. 전압검지수단(406)에 의한 전압검지시에는 스위치(403)를 오프상태로 할 필요는 없지만, 전압검지를 계시 회로(407)부터의 전압검지지시신호(øk1)에 동기하여 간헐적으로 행함으로써, 전압검지에 요하는 전력을 작게 억제할 수 있다.

전압검지 지시신호(øk1)와 전압비교 지시신호(øk2)는 각각 독립의 타이밍으로 설정이 가능하며, 또한 소비전력등의 조건이 되면 동일한 신호를 사용할 수 있다. 또한, 이들 신호(øk1, øk2)를 계시 수단(407)으로부터 얻도록 하였지만, 전압검지수단(406) 및 전압비교수단(405)내에 CR발진회로 등을 구비하고, 이들 신호(øk1, øk2)에 해당하는 주기적인 신호를 전압 검지수단(406)내 및 전압 비교수단(405)내에서 각각 발생하도록 하여도 좋다.

또한 전압 검지수단(406), 전압 비교수단(405), 제어신호 생성회로(404) 및 스위치(401, 402, 403)를 모두 계시 수단(407)의 전자시계모듈에 넣어, 단일한 IC에 형성하고 소형의 시스템을 구성하는 것도 가능하다.

〔광발전소자에 관해서 : 도 6 및 도 7〕

광발전소자에 있어서의 단체셀의 발전전압은 통상 0.5볼트에서 0.7볼트정도이며, 이것을 전자시계에 사용하는 경우에는 충분한 발전전압을 확보하기 위해서 복수(통상 4개 정도)의 셀을 직렬로 접속한 것이 사용된다. 4셀 직렬형 광발전소자의 형상예를 도 6에 나타낸다. 이 예는 원형의 셀을 균등하게 4분할한 1/4원형의 셀(1a, 1b, 1c, 1d)을 직렬로 접속하여 그 양끝단을 전극(2, 3)에 접속한 것이다.

지금까지 설명한 도 1 및 도 4에 나타낸 전자시계에서의 광발전소자(101)에도 이 도 6에 나타내는 것 같은 광발전소자를 사용할 수가 있다.

그러나 이러한 복수셀 직렬형의 광발전소자셀은 다음과 같은 문제가 있다.

(1)소매밑에 숨는 등의 원인으로 복수의 셀중 하나라도 응달이 되어 버리면 발전전압이 저하되어 버리므로 다른 셀에는 충분한 조사광량이 있는 상태라도 충전이 불가능하게 되어 버린다.

(2)각 셀의 단락의 부분이 셀 자신과는 다른 색조이기 때문에, 표시판상에 설치한 경우에 돋보임이 손상된다.

(3)디지털·아날로그 혼재표시식의 시계나 다기능시계 등에 있어서, 표시판상에 구멍을 뚫어야 할 경우, 각 셀을 거의 등면적으로 유지하지 않으면 발전전력이 저하하여 버리기 때문에, 구멍 뚫음위치가 매우 어렵게 된다.

이들 문제는 도 7에 나타내는 바와 같은 단락선이 없는 단체셀(1)로 이루어지는 광발전소자를 사용함으로써 모두 해결할 수가 있다. 그러나, 그 경우 단체셀의 광발전소자의 발전전압으로 계시 수단을 구동할 수 있는지가 문제가 된다.

근년 실리콘 IC가 새로운 프로세스기술의 도입 및 프로세스의 미세화에 의하여 임계치 전압을 0.4볼트정도까지 낮게 하고, 더욱이 누설전류가 적은 트랜지스터의 제조가 가능하게 되고 있다.

또한 최근 실용화가 시작되고 있는 절연물의 기판상에 박막의 반도체실리콘을 형성한 SOI(Silicon On Insulator)구조의 웨이퍼를 사용하면, 더욱 임계치 전압이 낮은 트랜지스터의 제조가 가능하다.

따라서, 이러한 임계치 전압이 낮은 트랜지스터를 사용하여 계시 수단의 발진회로나 카운터회로등을 구성함에 의해, 도 7에 나타낸 바와 같은 단체셀의 광발전소자에 의해 축전소자를 충전하고, 그 전력에 의해 계시 수단을 구동하도록 하는 것은 장치적으로는 충분 가능하다.

그러나, 종래의 광발전식 전자시계에서는, 광발전소자의 발전전력에 의해서 축전소자를 충전할 때에, 전술과 같이 역류방지용 다이오드에 의한 전압강하가 발생하기 때문에, 발전전압이 0.5∼0.7V 정도의 단체셀의 광발전소자를 사용한 경우에는, 충전전압이 제로볼트 가까이까지 저하되어 버리므로 계시 수단의 구동은 완전히 불가능하게 되어 버린다.

이에 대하여 전술한 본 발명의 제 1, 제 2 실시예의 전자시계에서는, 역류방지용 다이오드 대신에, 온상태에서의 전압강하가 거의 없는 전자스위치를 사용하였기 때문에, 단체셀의 광발전소자를 전력원으로 한 전자시계의 실현이 가능하게 된다.

그 경우의 전자시계의 회로구성은 도 1 또는 도 4에 나타낸 실시예와 같고, 광발전소자(101)를 도 7에 나타낸 바와 같은 단체셀로 구성하기만 하면 되며, 그 충전제어의 기구도 마찬가지이기 때문에, 여기서의 설명은 생략한다.

이 경우, 전술한 저 임계치 전압의 트랜지스터에 의해서 계시 수단의 계시 회로를 구성함으로써, 그 계시 회로에 관해서는 종래의 회로 구성과 같이 구동하는 것이 가능하다.

그러나, 아날로그 표시식의 전자시계의 경우, 스텝모터 등의 전기기계변환장치에 관해서는, 종래품을 그대로 사용할 수는 없지만 저전압에 대응하여 감는 횟수 등을 조절한 전기기계 변환장치를 사용하면, 계시 수단전체를 단체셀의 발전소자에 의한 발전전압을 축전소자에 축적한 저전압으로 구동하는 것이 가능하게 된다.

종래의 전기기계 변환장치를 그대로 사용하고 싶은 경우에는, 축전소자의 축적전압을 승압회로에 의해서 승압하여 전압을 올리고, 전기기계변환장치는 그 승압한 전압으로 구동하도록 하면 된다.

또한 디지털표시의 전자시계에서도 액정구동 등으로 높은 전압이 필요한 부분은 마찬가지로 승압회로를 사용하여 필요한 전압을 생성하여, 그 전압으로 구동을 행하면 된다.

[산업상의 이용가능성]

본 발명에 의한 전자시계는 광발전소자에 의한 축전소자의 충전회로에 역류방지용의 다이오드를 설치하지 않고, 온상태에서의 전압강하가 거의 없는 전자스위치를 사용하여, 축전소자로부터 광발전소자으로의 전류의 역류를 방지하도록 하였기 때문에 광발전소자의 발전전력으로 축전소자를 충전할 때는 그 스위치가 온상태가 되어, 전압강하가 발생하지 않기 때문에, 광발전소자의 발전전력을 낭비없이 전력축적소자에 대하여 충전할 수 있게 된다. 퀵스타트타입의 전자시계에서도 동일하게 그 충전효율을 높일 수 있다.

또한 단체셀로 구성한 광발전소자를 사용하는 전자시계를 실현할 수도 있게 되어, 복수셀 직렬형의 광발전소자를 사용하는 경우의 여러 가지의 문제를 모두 해소하는 것이 가능하게 된다.

Claims (6)

1. 광발전소자 및 축전소자를 구비하고, 상기 광발전소자에 의해서 발전한 전력을 상기 축전소자에 축적하여, 그 축적한 전력에 의해서 계시 수단을 구동하는 전자시계에 있어서,

   상기 광발전소자에 의한 상기 축전소자의 충전회로중에 전기적으로 온·오프제어가능한 스위치를 설치함과 동시에,

   소정의 주기로 간헐적으로 상기 스위치를 오프상태로 하여, 상기 광발전소자에 의한 발전전압과 상기 축전소자의 축적전압을 비교하여, 그 비교결과를 다음 전압비교타이밍까지 보존하고, 상기 발전전압이 상기 축적전압보다 작을 때에는 상기 스위치를 오프상태인 채로 하고, 상기 발전전압이 상기 축적전압보다 클 때에는 상기 스위치를 온상태로 하는 전압비교수단을 설치한 것을 특징으로 하는 전자시계.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 계시 수단으로부터 상기 전압비교수단에 소정주기로 전압비교 지시신호를 출력하도록 한 것을 특징으로 하는 전자시계.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 광발전소자가 단체셀로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전자시계.
4. 광발전소자와 소용량의 제 1 축전소자 및 대용량의 제 2 축전소자를 구비하고, 상기 광발전소자에 의해서 발전한 전력을 상기 제 1 및 제 2 축전소자에 축적하여, 그 축적한 전력에 의해서 계시 수단을 구동하는 전자시계에 있어서,

   상기 광발전소자에 의한 상기 제 1, 제 2 축전소자의 충전회로중에 끼워 삽입한 각각 전기적으로 온·오프제어가능한 제 1, 제 2 스위치,

   상기 대용량의 축전소자에 의한 상기 계시 수단으로의 급전회로 속에 끼워 삽입한 전기적으로 온·오프제어가능한 제 3 스위치,

   소정의 주기로 간헐적으로 상기 축전소자의 축적전압을 검지하여 해당 축적전압이 규정치를 넘는지 아닌지를 판별하고, 규정치를 넘었을 때에는 상기 제 3 스위치를 온상태로 하는 신호를, 넘지 않았을 때에는 상기 제 3 스위치를 오프상태로 하는 신호를 출력하는 전압검지수단,

   소정의 주기로 간헐적으로 상기 광발전소자의 발전전압과 상기 계시 수단으로의 공급전압을 비교하여, 그 비교결과를 다음 전압비교타이밍까지 저장하는 전압비교수단, 및

   상기 전압비교수단이 전압비교동작중에는 상기 제 1, 제 2 스위치를 모두 오프상태로 하는 신호를 출력하고, 상기 전압검지수단에 의한 판별결과와 상기 전압비교수단에 의한 비교결과에 따라서, 상기 광발전소자의 발전전압이 상기 공급전압보다 작은 때에는, 상기 전압검지수단에 의한 판별결과에 관계없이 상기 제 1, 제 2 스위치를 모두 오프상태로 유지하는 신호를 출력하고, 상기 광발전소자의 발전전압이 상기 공급전압보다 클 때에는 상기 축적전압이 규정치를 넘으면 상기 제 1, 제 2 스위치를 모두 온상태로 하는 신호를 출력하며, 상기 축적전압이 상기 규정치 미만이면 상기 제 1, 제 2 스위치를 소정의 시간분할로 교대로 온·오프시키는 신호를 출력하는 제어신호 생성회로를 설치한 것을 특징으로 하는 전자시계.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 계시 수단으로부터 상기 전압검지수단에 소정주기로 전압검지 지시신호를 출력함과 동시에, 상기 전압비교수단에 소정주기로 전압비교 지시신호를 출력하도록 한 것을 특징으로 하는 전자시계.
6. 제 4 항에 있어서, 상기 광발전소자가 단체셀로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전자시계.