DE2452733A1 - Gleichstromwandler fuer eine elektrische uhr - Google Patents

Description

Anmelder: Kabushiki Kaisha Daini Seikosha, Tokyo, Japan

Gleichstromwandler für eine elektrische

Die Erfindung betrifft einen Gleichstromwandler für eine elektrische Uhr entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, mit einer einen flüssigen Kristall enthaltenden Anzeigeeinrichtung.

Bekannte elektrische Uhren der eingangs genannten Art enthalten einen Quarzoszillator, der mit dem Eingang einer Trei-

berschaltung verbunden ist, an die die Anzeigeeinrichtung angeschlossen ist, welche die Zeit anzeigt. Der von der Gleichspannungsquelle' gelieferte Gleichstrom wird von einem Gleichstromwandler verstärkt und der Treiberschaltung zugeführt. Die von der Gleichspannungsquelle gelieferte Gleichspannung wird durch den Gleichstromwaridler in verstärkte Spannungsimpulse umgewandelt, von denen durch die Gleichrichterschaltung eine Gleichspannung abgeleitet wird.

Bei kleinen elektrischen Uhren, insbesondere bei Armbanduhren, mit einer derartigen Anzeigeeinrichtung ist es wünschens-

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wert, als Gleichspannungsquelle eine zelle mit hoher Lebensdauer zu verwenden. Zufriedenstellend sind in dieser Hinsicht beispielsweise Silberoxidzellen mit einer Spannung von 1,5 V. Diese Spannung reicht jedoch nicht zum direkten Antreiben der Anzeigeeinrichtung aus. Deshalb ist die Verwendung eines Gleichstromwandlers oder einer sonstigen Booster-Schaltung erforderlich.

Bekannte Gleichstromwandler enthalten einen Sperrschwinger mit einem Transformator, dessen Windungsverhältnis 1 : 1 beträgt, einem Kondensator, einem Widerstand und einem Transistor. Durch diesen Sperrschwinger werden Spannungsimpulse erzeugt. Der Transformator enthält eine Tertiärwicklung, die eine größere Windungszahl als dessen Sekundärwicklung aufweist. Die in der Tertiärwicklung indizierten Impulse werden durch eine Gleichrichterschaltung mit einer Diode und einem Glättkondensator gleichgerichtet. Wenn die Windungszahl der Tertiärwicklung das η-fache der Sekundärwicklung beträgt, tritt die η-fache Spannung der Spannungsquelle am Ausgang des Gleichstromwandlers aus. Bei diesem bekannten Gleichstromwandler wird als nachteilig angesehen, daß drei Wicklungen erforderlich sind. Es ergeben sich insbesondere Schwierigkeiten bei der Herstellung verhältnismäßig kleiner elektrischer Uhren, die eine Anzeigeeinrichtung mit einem flüssigen Kristall enthalten. Da drei Wicklungen vorhanden sind, ist ein verhältnismäßig großer Aufwand für den Anschluß der Wicklungen erforderlich, und der Wirkungsgrad wird dadurch auch verringert. Deshalb ist die Lebensdauer der Zelle verhältnismäßig gering. Ferner können dadurch Schwierigkeiten bei derartigen elektrischen- Uhren entstehen, daß durch mechanische Stoßwirkungen SpannungsSchwankungen auftreten, weil dadurch die Anschlußelektroden der Zelle kurzzeitig abgehoben werden. Wenn die Kapazität des Glättkondensators verhältnismäßig klein im Vergleich zum Energieverbrauch des Verbrauchers (logische Schaltung) ist, würde deshalb die Ausgangsspannung der Schaltung sofort abfallen. Wenn dieser Spannungsabfall verhältnismäßig groß

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ist, könnte der Speicherinhalt der logischen Schaltung verlorengehen. Wenn nach einem derartigen Spannungsabfall die ursprüngliche Spannung wiederhergestellt wird, kann außerdem der Speicherinhalt der logischen Schaltung nicht wiederhergestellt werden. Deshalb wird dann eine Nachstellung der Anzeigezeit erforderlich.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Schaltung der eingangs genannten Art für eine elektrische Uhr derart zu verbessern, daß der Raumbedarf und Energiebedarf möglichst gering ist und daß nachteilige Wirkungen bei SpannungsSchwankungen der genannten Art möglichst nicht auftreten. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Besondere Vorteile der Erfindung sind deshalb darin zu sehen, daß lediglich ein Transformator mit zwei Wicklungen mit einem Windungsverhältnis von 1 : η erforderlich ist, und daß die Spannung der Zelle zu der Ausgangsspannung des Gleichstromwandlers addiert wird. Selbst wenn die Verbindung der zelle mit deren Anschlußelektrode durch Stoßwirkung unterbrochen wird, wird die Ausgangsspannung des Gleichstromwandlers (Booster-Schaltung) nicht beeinflußt, so daß sich keine nachteiligen Auswirkungen für die als Verbraucher angeschlossene logische Schaltung ergeben.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung beispielsweise näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild eines Gleichstromwandlers gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine davon verstärkte, aber noch nicht gleichgerichtete Wellenform;

Fig. 3 eine graphische Darstellung einer SpannungsSchwankung als Folge eines mechanischen Stoßes;

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Fig. 4 eine graphische Darstellung von dadurch bedingten Änderungen der Ausgangsspannung; und

Fig. 5 eine Gleichrichterschaltung für einen Gleichstromwandler gemäß der Erfindung.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel eines Stromwandlers gemäß der Erfindung ist ein Sperrschwinger vorgesehen, der aus einem Transformator T, einem Transistor Q-, , einem Kondensator C, und einem Widerstand R₁ besteht. Ferner sind Dioden D₁, D₂ und ein Glättkondensator C₂ vorgesehen.

Die Schaltung enthält eine Spannungsquelle in Form einer Zelle 4, die beispielsweise eine Silberoxidzelle mit einer Ausgangsspannung von 1,5 V ist. Der positive Pol der Zelle 4 ist mit einem geerdeten Ausgangsanschluß T„ verbunden. Der negative Pol der Zelle 4 ist mit dem Kollektor des Transistors Q, über die Primärwicklung T, des Transformators T verbunden. Das Wicklungsverhältnis zwischen der Primärwicklung T, und der Sekundärwicklung T des Transformators beträgt 1 : n, so daß die in der Sekundärwicklung T_ induzierte Spannung das η-fache derjenigen der Primärwicklung T, beträgt.

Der Emitter des Transistors Q, ist mit dem Ausgangsanschluß Τ« und dessen Basis mit dem negativen Pol der zelle 4 über die Zeitkonstantenschaltung mit dem Kondensator C. und dem Widerstand R₁ und über die Sekundärwicklung T₉ verbunden. Der Verbindungspunkt P des Sperrschwingers der Zeitkonstantenschaltung, dem Transistor Q, und dem Transformator T ist mit dem Ausgangsanschluß T, über die Diode D. verbunden.

Der Kondensator C₀ bildet zusammen mit der Diode D eine Gleichrichterschaltung. Die andere Diode D verbindet den Verbindungspunkt P mit dem geerdeten Ausgangsanschluß T . Dadurch wird die Spannungsspitze beseitigt, die am Ende des in Fig. 2 dargestellten Spannungsimpulses auftritt.

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Im folgenden soll die Arbeitsweise der Schaltung näher erläutert werden. Die Gleichspannung der Zelle 4 wird an den Ausgangsanschluß t, über die Sekundärwicklung T_ des Transformators T und die Diode D. angelegt. Die Polarisation der Primärwicklung T₁ und der Sekundärwicklung T„ ist durch jeweils einen Punkt angedeutet .

Wenn durch den Kollektor des Transistors Q₁ ein Strom fließt, wird in der Sekundärwicklung T₂ eine Spannung induziert. Dann fließt ein großer Basisstrom und der Kondensator C, wird mit der in der Figur dargestellten Polarität aufgeladen. Deshalb wird das Basispotential erhöht und der Kollektorstrom des Transistors abgeschaltet. Sobald der Kollektorstrom abgeschaltet ist, wird der Kondensator C. über den Widerstand R, entladen, so daß die Ladespannung des Kondensators C₁ absinkt. Wenn diese Ladespannung unter die Sperrspannung zwischen Basis und Emitter des Transistors Q, abfällt, fließt wieder ein Kollektorstrom. Dann steigt auch der Bas is strom an und der Kondensator C.. wird wieder aufgeladen. Diese Aufladung und Entladung wiederholt sich automatisch, so daß eine Impulsspannung , deren Zykluszeit durch die zeitkonstante des Kondensators C.. und des Widerstands E₁ bestimmt wird, an der Sekundärwicklung T- des Transformators auftritt. Da der Transformator nur zwei Wicklungen mit einem Verhältnis von 1 : η hat, ist die Induktivität des Transformators hoch genug, den Energieverbrauch der Zelle 4 zu verringern. Die in der Sekundärwicklung T„ induzierte Spannung beträgt das n-fache der Spannung, die an die Primärwicklung T, angelegt wird. Wenn das Windungsverhältnis beispielsweise 1 : 3 beträgt, beträgt die in der Sekundärwicklung induzierte Spannung4,5 V. Diese Spannung von 4,5 V wird der Spannung von 1,5V überlagert und zwischen dem Verbindungspunkt P und dem Ausgangsanschluß t₂ addiert. Die überlagerte Spannung wird durch, die Diode D₁ gleichgerichtetund durch den Kondensator C₂ geglättet. Die in Fig. 2 dargestellte verstärkte Spannung von etwa 6 V tritt zwischen den Ausgangsanschlüssen t₁ und t« auf.

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Die Ausgangsspannung zwischen den Ausgangsanschlüssen t, und t ist also etwa gleich der Summe der Spannung der Zelle und der gleichgerichteten Ausgangsspannung des Sperroszillators.

Fig. 3 zeigt eine SpannungsSchwankung, die aufgrund einer Stoßwirkung auftreten kann, wenn dadurch die Anschlußelektrode der Zelle 4 abgehoben wird. Diese Spannungsquelle tritt am Eingang des Sperrschwingers auf. Fig. 4 zeigt den Spannungsverlauf am Ausgang der Schaltung. Wenn die Periode der SpannungsSchwankung langer als die Zeitkonstante C · R ist, fällt die Ausgangsspannung der Schaltung stark ab. Diese Zeitkonstante wird bestimmt durch die Kapazität des Glättkondensators C₂ und den dem Verbraucher äquivalenten Widerstand R.

Aus Fig. 4 ist.ersichtlich, daß die Kapazität des Glättkondensators C₂ so zu wählen ist, daß die Dämpfungszeit größer als die längste zeit To einer SpannungsSchwankung ist.

Fig. 5 zeigt eine Gleichrichterschaltung gemäß der Erfindung. Wenn der äquivalente Verbraucherwiderstand R der Booster-Schaltung 5 Megohm und die Zykluszeit des Sperrschwingers 100 Mikrosekunden beträgt, tritt am Ausgang eine Gleichspannung Vo auf, die der gleichzurichtenden Eingangsspannung Vin entspricht. Wenn die Verbindung zwischen der Zelle 4 und der Booster-Schaltung unterbrochen wird, ist die folgende Beziehung erfüllt: 5 χ ΙΟ⁶ χ C₂ ^> 100 χ 10~⁶ (see)

.'. C₂ ^ 20 pF

Dies bedeutet, daß die Kapazität des Glättkondensators hinreichend größer als 20 pF sein mußi. Wenn die Kapazität beispielsweise das Zehnfache beträgt (200 pF), ergibt sich eine gut geglättete Gleichspannung am Ausgang.

Wenn die Unterbrechungszeit To für den Anschluß der Zelle entsprechend Fig. 3 10 Millisekunden beträgt und die Kapazität des Kondensators C₂ 200 pF, beträgt der Wert der Zeitkonstanten C₂R 1 Millisekunde. Dann ist die Ausgangsspannung Vo vollständig gedämpft.

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Bei Berücksichtigung der Unterbrechung des Anschlusses der Zelle ergibt sich deshalb:

5 χ ΙΟ⁶ χ C₂» IO χ 10~³ (see) Λ C₂ » 2000 pF

Die Kapazität des Glättkondensators muß deshalb größer als 20000 pF sein (das Zehnfache von 2000 pF).

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Claims (3)

-8- 7. Nov. 1974 D-3604 Patentansprüche

1. Gleichstromwandler für eine elektrische Uhr mit einer einen flüssigen Kristall enthaltenden Anzeigeeinrichtung, mit einer Gleichspannungsquelle, einem einen Transformator enthaltenden Sperrschwinger und einer Gleichrichterschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß das Windungsverhältnis des Transformators (T) 1 : η beträgt, und daß die gleichgerichtete Ausgangs spannung des Sperrschwingers (Q,, CL, R._f T) der Spannung der Gleichstromquelle (4) überlagert ist.

2. Gleichstromwandler für eine elektrische Uhr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Glättkondensator (C„) der GIeichrichterschaltung eine so hohe Kapazität aufweist, daß die Zeitkonstante der GIexchrichterschaltung größer als die Unterbrechungszeit (To) des Anschlusses der Gleichspannungsquelle (4) aufgrund mechanischer Stöße ist.

3. (Seichstromwandler für eine elektrische Uhr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung einen Transistor (Q-) und zwei Dioden (D₁, D„) enthält.

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