DE2426903A1 - ELECTRONIC CLOCK - Google Patents
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Patentanwälte Dipl.-Ing. F. Weickmann, 2426903Patent attorneys Dipl.-Ing. F. Weickmann, 2426903
Dipl.-Ing. H.Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. HuberDipl.-Ing. H.Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. F. A. Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber
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Elektronische UhrElectronic clock
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektronische Uhr mit einem frequenzstabilen Oszillator, an den Oscillator angekoppelten Frequenzteilern zur Erzeugung von Ausgangssignalen mit zur Zeitkonstanthaltung erforderlichen Frequenzwerten, einer Niederspannungsquelle, einer Flüssigkeitskristall-Anzeige, die bei einem vorgegebenen Vorspannungswert oberhalb der Spannung der Niederspannungsquelle arbeitet, und mit einem Schaltkreis zur Transformation der Spannung der Niederspannungsquelle in den vorgegebenen Vorspannungswert.The present invention relates to an electronic watch with a frequency-stable oscillator, the oscillator Coupled frequency dividers for generating output signals with the frequency values required to keep the time constant, a low voltage source, a liquid crystal display that operates at a predetermined bias value works above the voltage of the low voltage source, and with a circuit for transformation the voltage of the low voltage source in the predetermined bias value.
Die Hauptkomponenten einer elektronischen Uhr mit einer Flüssigkeitskristall-Anzeige sind die Flüssigkeitskristall-Änzeigezelle selbst, eine Spannungsquelle, vorzugsweiseThe main components of an electronic watch with a liquid crystal display are the liquid crystal display cell itself, a voltage source, preferably
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eine kommerziell erhältliche Miniaturbatterie mit einer Spannung von 1,5 V, ein Kristalloszillator zur Zeitkonstanthaltung, Teilerschaltungen zur Teilung der Primär-Ausgangsfrequenz des Kristalloszillators , Zähler-, Decodier- und Treiberkreise zur Speichex'ung der Minuten und Stunden sowie zur Ansteuerung der Flüssigkeitskristall-Anzeigezelle, sowie ein Aufwärtskonverter zur Transformation der durch die Spannungsquelle gelieferten Spannung von 1,5 V in eine Spannung von typischerweise etwa 15 V", die zur Ansteuerung der Zähler-, Decodierund Treiberkreise sowie der Flüssigkeitskristall-Aiizeige erforderlich ist.a commercially available miniature battery with a voltage of 1.5 V, a crystal oscillator to keep the time constant, Divider circuits for dividing the primary output frequency of the crystal oscillator, counter, decoder and driver circuits for storing the minutes and hours as well as for controlling the liquid crystal display cell, as well as an up-converter for Transformation of the supplied by the voltage source Voltage of 1.5 V into a voltage of typically around 15 V ", which is used to control the counter, decoder and Driver circles as well as the liquid crystal arrow is required.
Aus praktischen Gründen sollen die Leistungsverluste der elektronischen Kreise un'd der Flüssigkeitskristall-Anzeige kleiner als 30 Mikrowatt sein. Da eine typische Anzeigezelle bei kontinuierlichem Betrieb einen Leistungsverlust von etwa 15 Mikrowatt pro Jahr hat, dürfen die gesamten Leistungsverluste der elektronischen Kreise bei kontinuierlichem Betrieb 15 Mikrowatt nicht übersteigen.For practical reasons, the power losses of the electronic circuits and the liquid crystal display be less than 30 microwatts. As a typical display cell with continuous operation has a power loss of around 15 microwatts per year, the entire Power losses of the electronic circuits during continuous operation do not exceed 15 microwatts.
Zur Realisierung derartiger Verhältnisse ist eine elektronische Uhr der eingangs genannten Art durch folgende Merkmale gekennzeichnet:In order to achieve such conditions, an electronic watch of the type mentioned at the outset is by means of the following Features marked:
Eine mit einer Klemme an der Vor spannungs quelle liegende Induktivität mit großem Gütefaktor, einen Dreielektrodenschalter, der als Funktion eines auf seine Steuerelektrode gegebenen Steuersignals zwischen einem durch einen kleinen Impedanzwert gegebenen Schaltzustand und einem durch einen großen Impedanzwert gegebenen Schaltzustand seiner Schaltstrecke umschaltbar ist und der mit dem Ausgang seiner Schaltstrecke an der anderen Klemme der Induktivität liegt, eine Steuerstufe, die mit ihrem Eingang an einem AusgangAn inductance with a high quality factor connected to a terminal at the pre-voltage source, a three-electrode switch, as a function of a control signal given to its control electrode between one through a small Impedance value given switching state and a given by a large impedance value switching state of its switching path is switchable and the output of its switching path is connected to the other terminal of the inductance, a control stage that has its input at an output
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nachträgilohretrospectively
24269Q:24269Q:
nacht: -inight: -i
vorgegebenen Fx-equenzvrertes der Frequenzteiler und mit ihrem Ausgang am Dreielektrodenschalter liegt, um von der Kiederspannungsquelle im ersten Schaltzustand des Dreielcktrodenschalters Sti-otn über die Induktivität zu führen, und einen an die Induktivität angekoppelten Transformationszweig, der im zweiten Schaltzustand des . Dreielektrodeiischalters die während des ersten Schaltzustandes in der Induktivität gespeicherte Energie in den vorgegebenen Vorspannungswert für die Flüssigkristall-Anzeige überführt. _^given Fx-equenzvrertes of the frequency divider and with its output at the three-electrode switch is to be switched from the low voltage source in the first switching state of the Dreielckrode switch Sti-otn to lead across the inductance, and one coupled to the inductance Transformation branch that is in the second switching state of the. Three-electrode switch during the first switching state Energy stored in the inductor into the predetermined bias value for the liquid crystal display convicted. _ ^
' CJw folgende^ wiirA die. Erfindung anhand von in den Figuren <Jet Zeichnung dar— geste/Men AusföhrunC/sbei-ipielcn Melker- ^Hauiet-i: £x 2ZiQ-I-; ee s- einzigen—i dc-'CJw following ^ wiirA the. Invention on the basis of the drawings shown in the figures. ee s- single — i dc-
Fiq-4 eine Aosföntu^gs-fotm der erfittduHgsgemafceoy Ukt~ fig.2. Ausfioktungs-forvncu eines &eue.t-icreües und eines vfcAo/fetr nacU G&.-i Eine im Blockschaltbild der Figur dargestellte elektronische Uhr mit einer Flüssigkeitskristall-Anzeige ist in ihrer generellen Form bekannt und beispielsweise in "electronics" vom 10. April 19?2, Seiten 93 ff. beschrieb en. Fiq-4 a Aosföntu ^ gs-fotm der erfittduHgsgemafceoy Ukt ~ fig. 2. Ausfioktungs-forvncu of a & eue.t-icreües and a vfcAo / fetr nacU G & .- i An electronic clock with a liquid crystal display shown in the block diagram of the figure is known in its general form and, for example, in "electronics" from April 10, 19? 2, pages 93 ff.
In der elektronischen Uhr nach der Figur ist eine Batterie 10 vorgesehen, welche beispielsweise durch eine, eine Spannung von 1,5 V liefernde Mikrobatterie gebildet ist. Derartige Batterien werden beispielsweise auch in Hörgeräten verwendet.In the electronic watch according to the figure, a battery 10 is provided, which is for example a, a microbattery supplying a voltage of 1.5 V is formed. Such batteries are also used in, for example Hearing aids used.
Die Ausgangsspannung dieser Batterie 10 kann bei vielen Uhren direkt beispielsweise zur Steuerung eines abgestimmten Kreises in Form eines Kristalloszillators verwendet werden. Andererseits kann diese Spannung jedoch auch zunächst durch einen Schaltkreis herauftransformiert werden, wonach dieser transformierte Spannungswert zurThe output voltage of this battery 10 can be used by many Clocks used directly, for example, to control a tuned circle in the form of a crystal oscillator will. On the other hand, this voltage can also first be stepped up by a circuit after which this transformed voltage value becomes
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Ansteuerung der verschiedenen Schaltkreise der Uhr ausgenutzt wird.Control of the various circuits of the clock is used.
Die elektronische Uhr gemäß der Figur enthält weiterhin einen ZeittaktosKillator 11. Dieser Oszillator ist ein relativ frequenzstabiler Kristalloszillator. Die Froqueiizstabilität ist erforderlich, um sichei-zustellen, daß die Zeitkonstanz über lange Zeiträume erhalten bleibt. Der Oszillator ist mit seinem Ausgang an Frequenzteilerkreise 12 angekoppelt. Diese Frequenzteilerkreise 12 liefern niederfrequentere Signale in Bezug auf die Frequenz des stabilen Oszillator-Ausgangssignals, welche ein Maß für die Zeitkonstanz sind.The electronic clock according to the figure also contains a ZeitkaktosKillator 11. This oscillator is a relatively frequency stable crystal oscillator. Froqueiizstability is necessary in order to be able to that the time constancy is maintained over long periods of time. The output of the oscillator is coupled to frequency divider circuits 12. These frequency divider circuits 12 deliver lower frequency signals in terms of frequency of the stable oscillator output signal, which are a measure of the time constancy.
Der Oszillator kann beispielsweise auf einer stabilen Frequenz von 32,?68 IcHz. schwingen. Die Teilerkreise teilen diese Frequenz derart, daß beispielsweise ein Signal mit 6o Impulsen pro Minute, welche die Sekunden angeben und aus diesem Signal eine Zählung erzeugt wird, um Minuten, Stunden Tage usw. anzugeben.The oscillator can, for example, at a stable frequency of 32.68 IcHz. swing. The divider circles divide this frequency in such a way that, for example, a signal with 6o pulses per minute representing the seconds and a count is generated from this signal to indicate minutes, hours, days, etc.
Die Funktion dieser Teilerkreise ist an sich bekannt.The function of these divider circles is known per se.
Die Teilerkreise 12 können einen oder mehrere Ausgänge benutzen, wobei eine einzige Leitung an einen Zähler-, Decodier- und Logikmodul 15 angekoppelt ist.The divider circuits 12 can use one or more outputs, with a single line to a counter, Decoding and logic module 15 is coupled.
Die Hauptfunktion dieses Zähler-, Decodier- und Logigmoduls 15 besteht darin, aus dem heruntergeteilten Oszillatorsignal Signale zu erzeugen, welche ein Maß für Sekunden, Minuten und Stunden sind.The main function of this counter, decoder and logic module 15 is to generate signals from the divided oscillator signal which are a measure of seconds, minutes and hours.
Der Modul 15 enthält Zähler in Form von Integrationskreisen, welche in an sich bekannter Weise gesteuert werden.The module 15 contains counters in the form of integration circuits which are controlled in a manner known per se will.
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Der Modul 15 ist an eine Treiberstufe 16 angekoppelt, welche beispielsweise eine Folge von Verstärkern, etwa integrierte MOS-Feldeffekttransistorkreise zur Verstärkung der von den Zählern und den zugehörigen Decodierkreisen gelieferten Signale enthält und diese Signale in eine Flüssigkeitskristall-Anzeige 17 einspeist. The module 15 is coupled to a driver stage 16, which, for example, a series of amplifiers, such as integrated MOS field effect transistor circuits for The amplification of the signals supplied by the counters and the associated decoding circuits contains and these Signals into a liquid crystal display 17 feeds.
Diese Flüssigkeitskristall-Anzeige 17 wird vorzugsweise durch einen pulsierenden Strom angesteuert, wie dies in der US-Patentschrift 3 7kk 0^9 beschrieben ist.This liquid crystal display 17 is preferably driven by a pulsating current, as is described in US Pat. No. 3,7kk 0 ^ 9.
Diese Flüssigkeitskristall-Anzeige 17 ist typischerweise als numerische Ziffernanzeigezelle mit mehreren Ziffernsegmenten ausgebildet, wobei wenigstens vier Ziffernsegmente vorgesehen sind. Eine derartige an sich bekannte Flüssigkeitskristall-Zelle 17 besteht generell aus einem hermetisch abgedichteten Gebilde mit einem Flüssigkeitskristall-Material zwischen zwei Elektroden, von denen eine Elektrode als gemeinsame Elektrode für alle Anzeigeelemente und die andere Elektrode in Segmente aufgeteilt ist. Derartige mit Segmenten versehene Anzeigen werden in an sich bekannter Weise für alle Arten von Anzeigemedien verwendet. Wesentlich ist im Rahmen der Erfindung die Ansteuerung einer derartigen Flüssigkeitskristall-Anzeige aus der Spannungsquelle.This liquid crystal display 17 is typically a numeric digit display cell with several Digit segments formed, with at least four digit segments are provided. One such at known liquid crystal cell 17 generally consists of a hermetically sealed structure with a liquid crystal material between two electrodes, one of which is an electrode as common Electrode for all display elements and the other electrode is divided into segments. Such with Displays provided with segments are used in a manner known per se for all types of display media. In the context of the invention, it is essential to control such a liquid crystal display from the voltage source.
Die Flüssigkeitskristall-Anzeige 17 benötigt nämlich typischerweise eine Spannung von etwa 15 V., um einen guten Kontrast und eine gute Helligkeit zu gewährleisten. Generell kann eine derartige Flüssigkeitskristall-Anzeige in einem Spannungsbereich von 4 - kO V.This is because the liquid crystal display 17 typically requires a voltage of approximately 15 V. in order to ensure good contrast and good brightness. In general, such a liquid crystal display can be used in a voltage range of 4 - kO V.
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betrieben werden. Zwar kann eine derartige Flüssigkeitskristall-Anzeige aus einer Batterie mit einer Spannung von 15 V. betrieben werden. Derartige Batterien sind jedoch nicht kompakt genug; falls sie es dennoch sind, sind sie extrem teuer. Die Batterie muß daher so klein wie möglich sein, wobei jedoch die geforderten Betriebsbedingungen gewährleistet sein müssen. Eine Batterie für eine digitale elektronische Uhr muß ausreichend viel Energie zur Verfugung stellen können, um die Uhr für etwa ein Jahr betreiben zu können. Darüberhinaus muß sie ausreichend klein sein. Kommerziell erhältliche Batterien liefern Ausgangsspannungen von 1,3 - 1,5 V". bei einer Kapazität von I65 - 250 Milliampere-Stunden. Eine einzige kompakte Batterie mit einer Ausgangsspannung von 1,5 V. kann bei kontinuierlichem Betrieb über ein Jahr etwa 30 Mikrowatt liefern. Bei Verwendung einer Flüssigkeitskristall-Anzeige 17 und einer Halbleiterschaltung geringer Leistung kann eine einzige Batterie mit einer Spannung von 1,5 V. diese Forderungen erfüllen. Die Spannung von 1,5 V. muß jedoch um einen Faktor von wenigstens drei bis zehn, herauftransformiert werden, um typische zur Verfugung stehende Flüssigkeitskristall-Anzeigen in Verbindung mit Schaltkreisen geringer Leistung zur Gewährleistung einer guten Helligkeit und eines guten Kontrastes zuverlässig ansteuern zu können.operate. Such a liquid crystal display can operated from a battery with a voltage of 15 V. However, such batteries are not compact enough; if they are, they are extremely expensive. The battery must therefore be so small as possible, but the required operating conditions must be guaranteed. One battery for A digital electronic watch must be able to provide sufficient energy to power the watch to be able to operate for about a year. In addition, it must be sufficiently small. Commercially available Batteries deliver output voltages of 1.3 - 1.5 V "with a capacity of I65 - 250 milliampere-hours. A single compact battery with an output voltage of 1.5 V. can be used continuously for over one Supply about 30 microwatts a year. When using a Liquid crystal display 17 and a low power semiconductor circuit can use a single battery meet these requirements with a voltage of 1.5 V. However, the voltage of 1.5 V. must be increased by a factor of at least three to ten, stepped up to typical liquid crystal displays available in conjunction with low power circuits to ensure a good brightness and a good one To be able to reliably control contrasts.
Die Batterie 10 mit einer Spannung von lf5 V. speist daher einen aufwärts transformier end en Schaltkreis, welcher als induktiver Ladekreis ausgebildet ist und mit gutem Wirkungsgrad arbeitet. Die Batterie 10 ist zu diesem Zweck über eine Induktivität 20 an einen Gleichrichter bzw. einen Diodenkreis 21 angekoppelt.The battery 10 with a voltage of 1 f 5 V. therefore feeds an upward transforming circuit, which is designed as an inductive charging circuit and works with good efficiency. For this purpose, the battery 10 is coupled to a rectifier or a diode circuit 21 via an inductance 20.
An den Verbindungspunkt zwischen der Batterie 10 und der Induktivität 20 ist eine Kapazität 22 angekoppelt,A capacitance 22 is coupled to the connection point between the battery 10 and the inductance 20,
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welche zur Linearisierung der Batteriespannung über lange Zeiträume oder bei den Innenwiderstand der Batterie 10 beeinflussenden großen Temperaturänderungen dient. Weiterhin unterstützt diese Kapazität die Zuführung des größeren Stroms in die Induktivität 20 in deren Aufladeintervall.which are used to linearize the battery voltage over long periods of time or for the internal resistance of the Battery 10 affecting large temperature changes serves. Furthermore, this capacitance supports the supply of the larger current into the inductance 20 in their charging interval.
Die Induktivität 2Ö besitzt einen relativ großen Gütefaktor Q. Ihr Induktivitätswort. wird als Funktion der geforderten Leistungswertc und Schaltfrequenzen gewählt. The inductance 20 has a relatively large quality factor Q. Your inductance word. is selected as a function of the required power values and switching frequencies.
An den Verbindungspunkteii zwischen der Induktivität 20 und dem Gleichrichter 21 ist ein Schalter 2lk angekoppelt. Dieser Schalter 2k kann durch einen Transistor, einen Feldeffekttransistor oder ein anderes steuerbares Schaltelement gebildet werden. Dieser Schalter bildet in einem ersten Schaltzustand eine kleine Impedanz und in einem zweiten Schaltzustand eine große Impedanz. Während des ersten Schaltzustandes ist die Ausgangskiemme der Induktivität 20 praktisch geerdet, während sie im z%ieiten Schaltzustand an einem Leerlauf bzw. an einer sehr großen Impedanz liegt. A switch 2 l k is coupled to the connection point between the inductance 20 and the rectifier 21. This switch 2k can be formed by a transistor, a field effect transistor or another controllable switching element. This switch forms a small impedance in a first switching state and a large impedance in a second switching state. During the first switching state, the output terminal of the inductance 20 is practically grounded, while in the second switching state it is idle or at a very large impedance.
Der Sehalter 2k wird zwischen seinem ersten und seinem zweiten Schaltzustand durch eine Steuerstufe 23 umgeschaltet, welcher auf ein Signal von den Teilerkreisen 12 anspricht, die ihrerseits vom Kristalloszillator 11 angesteuert werden.The switch 2k is switched between its first and its second switching state by a control stage 23, which responds to a signal from the divider circuits 12, which in turn are controlled by the crystal oscillator 11.
Wenn der Kristalloszillator 11 beispielsweise auf einer Frequenz von 32 j 768 kHz. schwingt, so können die Teilerkreise 12 durch einen neunstufigen Binärzähler gebildet werden. Ausgangssignale dieser Teilerkreise können bei 256 Hz. und 6k Hz. liegen. Das Signal mit der Frequenz von 256 Hz. wird in die Steuerstufe 23 eingespeist, umFor example, if the crystal oscillator 11 is at a frequency of 32 j 768 kHz. oscillates, the divider circles 12 can be formed by a nine-stage binary counter. Output signals from these divider circuits can be at 256 Hz and 6k Hz. The signal with the frequency of 256 Hz. Is fed into the control stage 23 to
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den Schalter 2k anzusteuern. Daher liegt die Arbeitsfrequenz des Schalters 2k ebenfalls bei einer Frequenz von 256 Hz., sodaß am Ausgang des Gleichrichters 21 eine konstruktiv kleine Kapazität 29 verwendbar ist.to control the switch 2k . The operating frequency of the switch 2k is therefore also at a frequency of 256 Hz, so that a structurally small capacitance 29 can be used at the output of the rectifier 21.
Wird der Schalter 2k durch einen Transistor gebildet, so soll dieser zur Gewährleistung eines guten Wirkungsgrades ein großes beta O100) und eine kleine Sättigungsspannung besitzen. If the switch 2k is formed by a transistor, this should have a large beta O100) and a low saturation voltage to ensure good efficiency.
Am Ausgang des Gleichrichters 21 ist der Kapazität 29 eine Zenerdiode 30 parallelgeschaltet. Diese Zener-Diode 30 dient zur Einstellung der Ausgangsspannung auf einen Wert von I5 V. Der Zener-Diode 30 kann weiterhin ein Stromfühlerwiderstand 31 in Serie geschaltet sein. Der Verbindungspunkt zwischen diesem Widerstand und der Zener-Diode 30 ist an die Steuerstufe angekoppelt. Daraus ergibt sich eine Rückkopplungssteuerung, zur Stabilisierung eines Signals auf einer Leitung 331 welche die Steuerstufe 23 mit dem Gleichrichter 21 koppelt.At the output of the rectifier 21, a Zener diode 30 is connected in parallel with the capacitor 29. This zener diode 30 is used to set the output voltage to a value of I5 V. The Zener diode 30 can still a current sensing resistor 31 can be connected in series. The connection point between this resistor and the Zener diode 30 is coupled to the control stage. This results in feedback control for stabilization of a signal on a line 331 which couples the control stage 23 to the rectifier 21.
Der Gleichrichter 21 kann ein Synchrongleichrichter sein, der durch die auch den Schalter 2k steuernde Steuerstufe 23 gesteuert wird.The rectifier 21 can be a synchronous rectifier which is controlled by the control stage 23 which also controls the switch 2k.
Die zwar nicht unbedingt erforderliche Synchronsteuerung des Gleichrichters verbessert den Wirkungsgrad weiter.The synchronous control of the rectifier, which is not absolutely necessary, further improves the efficiency.
Die Induktivität 20 besitzt wie oben schon ausgeführt einen relativ großen Gütefaktor Q, um Verluste so klein wie möglich zu halten und um den Wirkungsgrad zu verbessern. As already stated above, the inductance 20 has a relatively large quality factor Q so that losses are so small as possible and to improve efficiency.
Wie bekannt, kann sich der durch eine Induktivität fließende Strom nicht augenblicklich ändern. Soll der in eine Induktivität fließende Strom unterbrochen werden t.-Sjo entsteht eine große Spannungsspitze. DieAs is known, the current flowing through an inductor cannot change instantaneously. If the current flowing in an inductor current t be interrupted. Sjo-creates a large voltage spike. the
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Aniplittide und die Dauer dieser Spannungsspitze ist eine Funktion der Größe der Induktivität sowie des Betrages und der Zeit, mit denen dex* Strom geändert wird.Aniplittide and the duration of this voltage spike is one Function of the size of the inductance as well as the amount and the time with which the dex * current is changed.
Grundsätzlich gesagt ist die Spannungsspitze umso größer, je größer der Strom und je kleiner die Zeit ist, in welcher der Stromfluß unterbrochen werden soll. Dieser bekannte Zusammenhang ist durch die GleichungBasically speaking, the voltage peak is all the greater the greater the current and the shorter the time in which the current flow is to be interrupted. This known relationship is through the equation
gegeben, worin V die Spannung,given, where V is the voltage,
L die InduktivitätL is the inductance
i den Strom undi the electricity and
t die Zeit bedeuten.t mean the time.
Der durch die Steuerstufe 23 gesteuerte Schalter 2k schaltet in Abhängigkeit von seinen oben angegebenen beiden Schaltzustäaden abwechselnd zwischen Stromunterbrechung und Stromfluß um. The switch 2k controlled by the control stage 23 switches alternately between current interruption and current flow as a function of its two switching states indicated above.
Die Schaltfrequenz zwischen dem ersten und zweiten Schaltzustand ist gleich 256 Hz., wobei im Bedarfsfalle jedoch auch größere oder kleinere Werte (100 - 1.000 Hz. ) eingestellt werden können. Die von der Steuerstufe gelieferten Impulse sind relativ schmal; in einem speziellen Beispiel sind sie bei einer Folgefrequenz von 256 Hz. 15 Mikrosekunden breit.The switching frequency between the first and second switching state is equal to 256 Hz, although if necessary larger or smaller values (100 - 1,000 Hz.) can also be set. The ones supplied by the tax bracket Pulses are relatively narrow; in a specific example, at a repetition rate of 256 Hz, they are 15 microseconds wide.
Während des ersten Schaltzustandes ist der Schalter 2k durchgeschaltet, sodaß Strom von der Batterie 10 über die Induktivität 20 und den Schalter 2k nach Erde fließt. Die Induktivität 20 speichert aufgrund dieses Stromflußes Energie und erzeugt ein magnetisches Feld. Der Betrag dieser gespeicherten. Energie hängt natürlich von der Breite des Impulses ab, welcher den Schalter 2k in dieDuring the first switching state, the switch 2k is switched through, so that current flows from the battery 10 via the inductance 20 and the switch 2k to earth. The inductance 20 stores energy due to this current flow and generates a magnetic field. The amount of this saved. Energy depends of course on the width of the pulse which the switch 2k in the
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Sättigung bzw. in seinen ersten Schaltzustand schaltet, wobei auch die Größe der Induktivität 20 von Bedeutung ist. Durch Steuerung der Impulsbreite kann daher die Energie gesteuert werden.Saturation or switches into its first switching state, the size of the inductance 20 also being important is. Therefore, by controlling the pulse width, the energy can be controlled.
Wird der Schalter 24 gesperrt bzw. in seinen zweiten Zustand geschaltet, so ändert sich der durch die Induktivität fließende Strom, da sich die Impedanz gegen Erde ändert. Diese Änderung des Schaltzustandes ist mit einem Spannungsimpuls verbunden, welcher die in der Induktivität 20 gespeicherte Energie über den Gleichrichter 21 überträgt. Der Gleichrichter 21 erzeugt aus der Impulsfolge mit großer Spannungsamplitude eine Gleichspannung. Diese gleichgerichtete Spannung wird gefiltert und in der Kapazität 29. gespeichert.If the switch 24 is locked or in its second Switched state, the current flowing through the inductance changes because the impedance to earth changes changes. This change in the switching state is associated with a voltage pulse which causes the inductance 20 transmits stored energy via the rectifier 21. The rectifier 21 generates from the pulse train a DC voltage with a large voltage amplitude. This rectified voltage is filtered and converted into the capacity 29. saved.
Die Ausgangsleistung wird vorzugsweise durch Änderung der Impulsfolgefrequenz über die Rückkopplung von der Zener-Diode 30 zur Steuerstufe 23 (Leitung 5O) gesteuert. Die Änderung der Impulsfolgefrequenz dient im Wesentlichen zur Steuerung der Ausgangsleistung. Das Ausgangssignal setzt sich aus sehr schmalen Spitzen mit einer Folgefrequenz zusammen, welche durch die Folgefrequenz der von den Teilerkreisen 12 gelieferten Folgefrequenz bestimmt wird. Diese Impulsfolge wird durch die Steuerstufe derart modifiziert, daß die mittlere verfügbare Leistung durch Überwachung der gleichgerichteten. Ausgangsspannung und durch Änderung der Impulsfolgefrequenz gemäß der an der Last erforderlichen Leistung geregelt wird. Ist mehr Leistung erforderlich, so wird der Impuls ab stand vermindert bzw. die Frequenz vergrößert. Ist weniger Leistung erforderlich, so ist das Umgekehrte der Fall. Obwohl zur Änderung der Leistung bevorzugt die Impulsfolgefrequenz herangezogen wird, kann natürlich auch die Impulsbreite geändert werden, wobei ebenso eine Festlegung der Ausgangsleistung erfolgt. Eine Impulsbreitenänderung kannThe output power is preferably achieved by changing the pulse repetition frequency via the feedback from the Zener diode 30 to control stage 23 (line 5O) controlled. the Changing the pulse repetition frequency is mainly used to control the output power. The output signal consists of very narrow peaks with a repetition frequency, which is determined by the repetition frequency of the repetition frequency supplied by the divider circuits 12 is determined. This pulse train is generated by the control stage modified so that the average available power by monitoring the rectified. Output voltage and regulated by changing the pulse repetition frequency according to the power required at the load. Is more If power is required, the pulse is reduced or the frequency increased. Is less power if necessary, the reverse is the case. Although the pulse repetition rate is preferred for changing the power is used, the pulse width can of course also be changed, with a definition of the output power as well he follows. A pulse width change can
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ohiie Änderung der Inipulsf olgef requenz erfolgen.without any change in the pulse sequence frequency.
Wenn der Gleichrichter 21 durch die Steuerstufe gesteuert wird, so ergibt sich eine verbesserte Betriebsweise. Wenn, der Schalter 2k eingeschaltet ist, so ist der Gleichrichter 21 abgeschaltet, sodaß der gesamte Strom durch die Induktivität 20 und den Schalter 2k fließt, wodurch die größtmögliche Energie gespeichert wird, da der etwa durch Leckströme gebildete Nebenschlußweg über einen gewöhnlichen Gleichrichter praktisch ausgeschaltet ist. Das impulsförmige Signal, das den Schalter 2k abschaltet, schaltet auch den Gleichrichter 21 an, sodaß die maximale Energie in die Kapazität 29 übertragen wird.If the rectifier 21 is controlled by the control stage, the result is an improved mode of operation. When the switch 2k is switched on, the rectifier 21 is switched off, so that the entire current flows through the inductance 20 and the switch 2k , whereby the greatest possible energy is stored, since the shunt path formed by leakage currents is practically switched off via an ordinary rectifier . The pulse-shaped signal which switches off the switch 2k also switches on the rectifier 21 so that the maximum energy is transferred to the capacitance 29.
Die Steuerstufe 23 kann zu Regelzwecken eine variable Impulsbreite einstellen. Zu diesem Zweck kann die Steuerstufe als monostabiler Multivibrator ausgebildet sein, dessen Impulsbreite als Funktion des über den Widerstand fließenden Stromes geändert werden kann. Wenn der Leistungsbedarf an der Last (Zähler-, Decodier- und Logikmodul 15t Treiberstufe l6 und Flüssigkeitskristall-Anzeige 17) ansteigt, so nimmt der über den Widerstand 31 fließende Strom ab. Diese Stromabnahme bewirkt, daß die Steuerstufe den Schalter 2k langer in seinem einen Schaltzustand hält, wodurch mehr Energie in der Induktivität 20 gespeichert wird und damit mehr Leistung zur Verfügung steht.The control stage 23 can set a variable pulse width for control purposes. For this purpose, the control stage can be designed as a monostable multivibrator, the pulse width of which can be changed as a function of the current flowing through the resistor. If the power requirement at the load (counter, decoding and logic module 15t driver stage 16 and liquid crystal display 17) increases, the current flowing through resistor 31 decreases. This decrease in current has the effect that the control stage holds the switch 2k in its one switching state for a longer period of time, as a result of which more energy is stored in the inductance 20 and thus more power is available.
Die Teilerkreise 12 und die Steuerstufe 23 können in an sich bekannter Weise in mehreren Formen aufgebaut werden. Zu diesem Zweck können beispielsweise Multivibratoren, Gatter usw. Verwendung finden.The divider circles 12 and the control stage 23 can in an can be built up in a number of forms, as is known. For this purpose, for example, multivibrators, Find gates, etc. use.
Der oben beschriebene Schaltkreis zur Aufwärtstransformierung einer Spannung bietet bei jeder Auslegung der Gesamtschaltung den Vorteil, daß konstruktiv klein ausgebildete Schaltelemente verwendbar sind, die durch einen Zeit-The step-up circuit described above a voltage offers the advantage that any design of the overall circuit is structurally small Switching elements can be used, which by a time
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taktkreis gesteuert werden, der in Uhren zur Gewährleistung der Zeitkonstanz ohnehin vorhanden ist. Speziell ist daher eine kleine Batterie mit kleiner Spannung verwendbar, aus der eine größere Spannung zur Ansteuerung einer Flüssigkeitskristall-Anzeige erzeugbar ist.clock cycle can be controlled, which is already present in clocks to ensure time constancy. Specifically, therefore, a small battery with a small voltage can be used, from which a larger voltage can be used can be generated to control a liquid crystal display.
PatentansprücheClaims
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naohqereiohtInaohqereiohtI
Fig. 2 zeigt eine praktische Ausführungsform der Steuerstufe 23 und des Schalters 24.Fig. 2 shows a practical embodiment of the control stage 23 and switch 24.
Die Steuerstufe 23 enthält zwei Transistoren Q,, und Qp * die zu einer Kippstufe zusammengeschalter sind. Zu diesem Zweck sind die Kollektoren G der Transistoren Q. und Q^ über jeweils einen Widerstand R. bzw. R1. an ein in bezug auf Erde positives Potential +V geschaltet, während ihre EmitterThe control stage 23 contains two transistors Q 1 and Q p * which are connected together to form a trigger stage. For this purpose, the collectors G of the transistors Q. and Q ^ are each via a resistor R. and R 1, respectively. connected to a positive potential with respect to earth + V, while their emitters
CCCC
E direkt an Erde liegen. Die Transistoren GL und Qp sind wechselseitig derart rückgekoppelt, daß der Kollektor 0 des Transistors Q. über eine Kapazität Cp an der Basis B des Transistors Qp und der Kollektor C des Transistors Qp über einen Widerstand R. an der Basis B des Transistors Q. liegt. Weiterhin liegt die Basis B des Transistors Q,- über einen nicht näher bezeichneten Widerstand an einer Spannung V,, .E lie directly on earth. The transistors GL and Qp are reciprocally fed back in such a way that the collector 0 of the transistor Q. via a capacitance Cp at the base B of the Transistor Qp and the collector C of transistor Qp a resistor R. is connected to the base B of the transistor Q. Furthermore, the base B of the transistor Q, is not over one specified resistance at a voltage V ,,.
Die Frequenzteilerkreise 12 sind über eine Kapazität C. an die Basis B des Transistors Q. angekoppelt. Weiterhin ist die vom Verbindungspunkt zwischen der Zenerdiode 30 und dem Widerstand 31 abgehende Leitung 50 (siehe Eig. 1) über einen Widerstand Rp an den Verbindungspunkt zwischen der Kapazität Op und der Basis B des Transistors Q^ angekoppelt.The frequency divider circuits 12 are on via a capacitance C. the base B of the transistor Q. coupled. Furthermore is that of the connection point between the zener diode 30 and the Resistor 31 outgoing line 50 (see own. 1) via a Resistor Rp coupled to the junction between the capacitance Op and the base B of the transistor Q ^.
Der Schalter 24 wird bei dieser Ausführungsform durch einen TraiELStor gebildet, dessen Basis B am Kollektor C des Transistors Qp, dessen Emitter E an Erde und dessen Kollektor C an der Induktivität 20 liegt.In this embodiment, the switch 24 is formed by a TraiELStor, the base B of which is connected to the collector C of the transistor Qp, its emitter E to earth and its collector C to the inductance 20 lies.
Die Wirkungsweise dieser Stufen 23 und 24 ist nun die .folgende: Im Intervall zwischen den von den Teilerkreisen 12 kommenden Impulsen sperrt die mit ihrem positiven Pol an Erde und mit ihrem negativen Pol an dem nicht näher bezeichneten Widerstand liegende Spannung V,, den Transistor Q. in der Stuerstufe Abgesehen vom Einschwingzustand ist dann auch der Transistor Qo gesperrt, da in dem Kreis +V , R„, O0 und Basis-Emitter-The mode of operation of these stages 23 and 24 is as follows: In the interval between the pulses coming from the divider circuits 12, the voltage V ,, which has its positive pole on earth and its negative pole on the unspecified resistor, blocks the transistor Q In the control stage Apart from the transient state, the transistor Qo is also blocked, since in the circuit + V, R ", O 0 and base-emitter-
cLcL CC I £.CC I £.
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Strecke des Transistors Q2 bei aufgeladener Kapazität C2 kein Basisstrom im Transistor Q2 fließen kann. Dann liegt der Kollektor C des Transistors Q2 praktisch auf dem positiven Potential +V , weil dessen Kollektor-Emitterstrecke einenPath of the transistor Q 2 when the capacitance C 2 is charged, no base current can flow in the transistor Q 2. Then the collector C of the transistor Q 2 is practically at the positive potential + V, because its collector-emitter path is a
CCCC
Leerlauf darstellt, d.h. der Schalter-Transistor 24 ist durchgeschaltet, so daß über seine Kollektor-Emitterstrecke der induktive Ladestrom der Induktivität 20 fließen kann.Represents open circuit, i.e. the switch transistor 24 is switched on, so that the inductive charging current of the inductance 20 can flow through its collector-emitter path.
Ein positiver Impuls von den Teilerkreisen 12 schaltet nun den Transistor Q. durch, so daß sein Kollektorpotential praktisch auf Erdpotential absinkt, weil das Durchschalten bis in die Sättigung auch noch durch das über den Spannungsteiler K^,, R,- gelieferte positive Potential unterstützt wird. Das bedeutet, daß die Kapazität C2 umgeladen werden muß. Der Umladestrom bildet den Basisstrom für den Transistor C., so daß auch dieser Transistor durchgeschaltet wird. Damit sinkt sein Kollektorpotential praktisch auf Erdpotential ab, weil seine Kollektor-Emitterstrecke einen Kurzschluß darstellt, d.h., der Schalter-Transistor 24 wird gesperrt.A positive pulse from the divider circuits 12 now switches the transistor Q. through, so that its collector potential practically drops to ground potential, because switching through to saturation is also supported by the positive potential supplied via the voltage divider K ^ ,, R, - . This means that the capacity C 2 must be reloaded. The recharge current is the base current for the transistor C. so that this transistor is also turned on. Thus, its collector potential drops practically to ground potential because its collector-emitter path represents a short circuit, that is, the switch transistor 24 is blocked.
Dieses Umschalten des Scbalter-Trarastors 24 erfolgt im Takt der frequenz der von den Teilerkreisen 12 gelieferten Impulse im oben anhand von £ig. 1 beschriebenen Sinne.This switching of the switch Trarastor 24 takes place in time the frequency of the pulses supplied by the divider circles 12 in the above using £ ig. 1 described sense.
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