DE2950948C2 - Energieversorgungsvorrichtung für ein elektronisches Gerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Energieversorgungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine solche Vorrichtung ist bekannt (DE-OS 43 455).

Bei elektronischen Vorrichtungen, beispielsweise bei Armbanduhren, bei denen als Energiequelle eine Batterie vorgesehen ist, werden Lithiumbatterien mit einer Batteriespannung von etwa 3 V verwandt, die zweimal so groß wie die herkömmliche Versorgungsspannung ist Die Ausgangsspannung der Lithiumbatterie wird auf eine geeignete Spannung herabgesetzt und die angeschlossene elektronische Schaltung wird über die herabgesetzte Spannung betrieben. In dieser Weise wird die Lebensdauer der Batterie verlängert und wird Batterieaustauscharbeit eingespart.

Das heißt insbesondere, daß bei einer derartigen elektronischen Uhr die Spannung von 3 V einer Lithiumbatterie beispielsweise durch eine Spannungsabfallschaltung auf 1,5 V herabgesetzt wird. Die herabgesetzte Spannung liegt an einer logischen Schaltung mit einem Oszillator, einem Frequenzteiler und einer Zeitzählschaltung, um die Stundeninformation zu bilden. Die von der logischen Schaltung ausgegebene Stundeninformation wird durch eine Anzeigevorrichtung sichtbar gemacht die beispielsweise Flüssigkristallelemente verwendet

Im allgemeinen weist eine derartige Vorrichtung eine Lampenschaltung oder Beleuchtungsschaltung zur Anzeige der Zeit in der Nacht sowie eine Tonsignaleinrichtung auf, um ein akustisches Alarmsignal zu erzeugen. Die Lastschaltung dieser Einrichtungen liegt direkt an der Lithiumbatterie als Antriebsenergiequelle der logischen Schaltung, um eine wirksamere Zeitanzeige und akustische Alarmsignalabgabe zu erzielen. Wie es oben beschrieben wurde, wird bei einer derartigen Uhr die logische Schaltung über eine auf 1,5 V herabgesetzte Spannung betrieben, so daß die Lebensdauer der Batterie wesentlich größer als in dem Fall ist in dem die Spannung von 3 V der Energiequelle nicht herabgesetzt wird. Diese Energieversorgungsvorrichtung arbeitet in dieser Hinsicht ausgezeichnet

Bei einer derartigen Energieversorgungsvorrichtung wird die als Treiberspannung an der logischen Schaltung liegende Spannung dadurch gebildet daß die von der Lithiumbatterie gelieferte Spannung durch eine Spannungaabfallschaltung herabgesetzt wird. Wenn die Spannung der Lithiumbatterie abfällt fällt auch die von der Spannungsabfallschaltung herabgesetzte Spannung zwangsläufig ab. Das führt zu verschiedenen Schwierigkeiten, beispielsweise zur Unterbrechung der Schwingung des Oszillators und einer fehlerhaften Arbeitsweise der rrequenzteilerschaltung und des Zählers. Wenn die Beleuchtungsschaltung über einen Schalter in Betrieb gesetzt wird, um die Lampe mit Energie zu versorgen, fließt ein hoher Strum durch die Beleuchtungsschaltung, so daß die Ausgangsspannung der Lithiumenergiequelle beträchtlich abfällt, was zu den oben erwähnten Schwierigkeiten führt. Es tritt auch ein großer Spannungsabfall auf, wenn die akustische Einrichtung, beispielsweise ein Summer, betrieben wird.

Ziel der Erfindung ist daher eine Energieversorgungsvorrichtung der eingangs genannten Art, die verhindern kann, daE die logische Schaltung ihre Arbeit unterbricht oder fehlerhaft arbeitet, wenn die Spannung der Energiequelle abfällt.

Dazu ist gemäß der Erfindung die Energieversorts gungsvorrichtung der eingangs genannten Art gekennzeichnet durch eine Schalteinrichtung zum Umschalten, der Treiberspannung an der logischen Schaltung auf die Ausgangsspannung der Batterieenergiequelle, wenn diese Ausgangsspannung absinkt.

so Wenn ein derartiger Aufbau für eine elektronische Vorrichtung mit einer Batterie als Energiequelle und mit einer Lastschaltung verwandt wird, die über die herabgesetzte Spannung der Energiequelle betrieben wird, wird einerseits die elektronische Vorrichtung mit einem niedrigen Energieverbrauch betrieben. Wenn andererseits die Batteriespannung z. B. durch das Betreiben einer hohen Last, beispielsweise einer Beleuchtungslampe abfällt, wird eine Änderung der Treiberspannung der Lastschaltung auf einen gegebenen Bereich beschränkt, um zuverlässig einen fehlerhaften Betrieb und eine Betriebsunterbrechung der Schaltung zu verhindern. Bei einer derartigen Vorrichtung arbeitet die logische Schaltung gewöhnlich mit der Ausgangsspannung der Spannungsabfallschaltung.

Wenn diese Spannung sinkt, weil z. B. die Lastschaltung arbeitet, wird die logische Schaltung über die Ausgangsspannung der Batterieenergiequelle betrieben.

Im folgenden werden anhand der Zeichnung bevor-

zugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.

F i g. 1 zeigt das Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Energieversorgungsvorrichtung für eine elektronische Armbanduhr.

Fig.2 zeigt Zeitdiagramme zur Erläuterung der Arbeitsweise der in F i g. 2 dargestellten Energieversorgungsvorrichtung.

Fig.3 zeigt das Schaltbild einer die Spannung umschaltenden Schaltung für ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung.

F i g. 4 zeigt in einem Zeitdiagramm, wie die in F i g. 3 dargestellte Schaltung arbeitet

Bei dem in F i g. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Energieversorgungsvorrichtung für eine elektronische Armbanduhr liegt die Ausgangsspannung V1 einer Lithiumbatterie 1 an einer Lastschaltung beispielsweise an einer Lampeneinheit 3, dit ein Signal 1 mit einem hohen Pegel liefert, wenn der Lampenschalter 2 geschlossen ist oder wenn eine Lampe aufleuchtet. Die Ausgangsspannung Vl liegt auch an der Source eines N-Kanal-Transistors 4a, der im folgenden als Transistor bezeichnet wird. Das Ausgangssignal vom Drain des Transistors 4a liegt über die Source eines Transistors 4b und den Drain dieses Transistors mit einem Kondensator 4c an einer gemeinsamen Signalgeneratorschaltung 5, die später beschrieben wird, und an einer die Spannung umschaltenden Schaltung 6 als herabgesetzte Spannung V 2. Der Verbindungspunkt zwischen dem Drain des Transistors 4a und der Source des Transistors 4b liegt am Ausgang eines Inverters 4e über einen Kondensator 4d, der dieselbe Kapazität wie der Kondensator 4c hat. Am Eingang des Inverters 4e liegt ein Taktsignal für den Spannungsabfall mit einer Frequenz von 512Hz von einer logischen Schaltung 7, die später beschrieben wird. Wenn der Taktsignal mit einer Frequenz von 512 Hz einen hohen Pege! hat, tritt am Ausgang des Inverters 4e ein Signal mit einem niedrigen Pegel oder mit dem Spannungspegel V 2 auf. Wenn das Taktsignal einen niedrigen Pegel hat, tritt am Ausgang des Inverters ein Signal mit hohem Pegel oder mit Massepotential auf. Das Taktsignal mit einer Frequenz von 512Hz liegt über einen Inverter 4/am Gate des Transistors 4b und über einen Inverter 4g am Gate des Transistors 4a. Die gemeinsame Signalgeneratorschaltung 5 liefert gemeinsame Signale X und Y den beiden nicht dargestellten gemeinsamen Elektroden einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung 8. Die gemeinsame Signalgeneratorschaltung 5 wird mit drei Vergleichsspannungen, nämlich der Ausgangsspannung Vl von der Lithiumbatterie 1, der herabgesetzten Spannung V2 und dem Massepotential versorgt. Die Schaltung S kombiniert die Signale f\ und (2 mit gegebenen Frequenzen, beispielsweise mit Frequenzen von 32 Hz und 64 Hz, um die gemeinsamen Signale X und Y mit den Spannungen Vl und V2 und dem Massepotential zusammenzusetzen.

Die die Spannung umschaltende Schaltung 6 ist so ausgebildet, daß die herabgesetzte Spannung V2 von der Spannungsabfallschaltung 4 am Drain eines Transistors 6a liegt, dessen Sourcespannung an der logischen Schaltung 7 als Treiberspannung V3 liegt und über Drain und Source des Transistors 66 mit der Ausgangsspannung Vl der Lithiumbatterie 1 kombiniert wird. Am Gate des Transistors 6b liegt ein Spannungsschaltsignal von der logischen Schaltung 7. Das Spannungsschaltsignal liegt auch über einen Inverter 6c am Gate des Transistors 6a.

Die logische Schaltung 7 teilt die Frequenz eines Schwingungssignals von einer Quarzoszillaiorschaltung 7a. Das Taktsignal mit einer Periode von einer Sekunde, das vom Frequenzteiler Tb erzeugt wird, wird durch einen Zeitzähler 7c gezählt Die Stunden-, Minuten und Sekundeninformation vom Zeitzähler 7c wird durch einen Dekodierer Td entschlüsselt, dessen Ausgang an einer Segmentsignaltreiberschaltung 9 liegt, die mit der Spannung V1 versorgt wird. Die Segmentsignaltreiberschaltung 9 zeigt dynamisch die Stundeninformation über die Flüssigkristallanzeigeeinrichtung 8 an. Dazu liegt an der Schaltung 9 das Signal /1, das dazu dient, die gemeinsamen Signale X und Yyon der Frequenzteilerschaltung Tb zusammenzusetzen. Die Frequenzteilerschaltung Tb liefert das Taktsignal mit einer Frequenz von 512 Hz als Spannungsabfalltaktsignal der Spannungsabfallschaltung 4 und das Impulssignal mit einer Periode von einer Sekunde einer Verzögerungsschaltung Te, die das von der Beleuchtungsschaltung 3 anliegende Signal 1 empfängt, wenn die Lampe aufleuchtet Das Ausgangssignal von der Verzögerungsschaltung Te liegt zusammen mit dem Signal 1 an der die Spannung umschaltenden Schaltung 6 über ein ODER-Glied 7/aIs Spannungsänderungsspannung.

Wenn bei einer Schaltung mit einem derartigen Aufbau das Taktsignal mit einer Frequenz von 512 Hz nicht an der Spannungsabfallschaltung 4 liegt, arbeitet die Spannungsabfallschaltung 4 nicht, so daß auch die logische Schaltung 7 nicht arbeitet. Wenn unter diesen Umständen der Lampenschalter 2 geschlossen wird, erzeugt die Lampeneinheit ein Signal 1 mit hohem Pegel, das seinerseits über das ODER-Glied Tf am Transistor 6b liegt, um den Transistor 6b durchzuschalten. Das hat zur Folge, daß die Ausgangsspannung V1 der Lithiumbatterie 1 über den Transistor 6b an der logischen Schaltung 7 liegt, so daß die logische Schaltung 7 zu arbeiten beginnt und das Taktsignal mit einer Frequenz von 512Hz an der Spannungsabfallschaltung 4 liegt, die ihrerseits die herabgesetzte Spannung Vl liefert. Wenn anschließend der Lampenschalter 2 geöffnet wird, kommt das Ausgangssignal des ODER-Gliedes Tf nach dem Ablauf einer gegebenen Zeitspanne auf einen niedrigen Pegel, während das Ausgangssignal des Inverters 6c auf einen hohen Pegel kommt. Dementsprechend liegt die herabgesetzte Spannung V2 an der logischen Schaltung 7 über den Transistor 6a. Wenn anschließend die Lampeneinheit 3 nicht arbeitet, liegt die herabgesetzte Spannung V 2, die von der Spannungsabfallschaltung 4 ausgegeben wird,

so über den Transistor 6b an der logischen Schaltung als Treiberspannung V3. Die Spannungsabfallschaltung 4 arbeitet derart, daß dann, wenn das Taktsignal mit einer Frequenz von 512Hz einen hohen Pege! hat, der Transistor 4b sperrt, während der Transistor 4a durchgeschaltet ist und am Ausgang des Inverters 4e die herabgesetzte Spannung V2 liegt. Während dieser Zeit sind die Kondensatoren 4c und 4d in Reihe geschaltet und werden diese Kondensatoren durch die Spannung Vl der Lithiumbatterie 1 aufgeladen. Wenn anschlie-

eo ßend das Taktsignal für den Spannungsabfall auf einen niedrigen Pegel kommt, wird der Transistor 4b durchgeschaltet, während der Transistor 4a sperrt. Der Inverter liegt am Ausgang auf Massepotential, so daß die Kondensatoren 4c und 4d parallel zwischen den Spannungsabfallausgang und Masse geschaltet sind. Das hat zur Folge, daß die in den Kondensatoren 4c und 4d geladenen Spannungen, d. h. eine Spannung, die halb so groß wie die Spannung Vl der Lithiumbatterie 1 ist, von

den parallel geschalteten Kondensatoren erzeugt wird. Wenn der Lampenschalter 2 geschlossen wird, fließt ein großer Strom in die Lampe, so daß die Ausgangsspannung Vl der Lithiumbatterie 1 abfällt, wie es in F i g. 2C dargestellt ist und die herabgesetzte Spannung V2 gleichfalls stark abnimmt. Zu diesem Zeitpunkt erzeugt die Beleuchtungsschaltung 3 ein Signal 1 mit hohem Pegel, das durch die Verzögerungsschaltung 7e um eine gegebene Zeitspannung verzögert und anschließend an das ODER-Glied 7/gelegt wird. Auf den Empfang dieses Signals erzeugt das ODER-Glied 7 fein Signal, wie es in F i g. 2B dargestellt ist. Das Ausgangssignal vom ODER-Glied 7/ schaltet den Transistor 6b in der die Spannung umschaltenden Schaltung 6 durch, während gleichzeitig der Transistor 6a sperrt. Die Ausgangsspannung Vl der Lithiumbatterie 1 liegt daher als Treiberspannung an der logischen Schaltung 7. Wenn das Ausgangssignal vom ODER-Glied 7/" auf einen niedrigen Pegel kommt, schaltet der Transistor 6a durch, während der Transistor 6b sperrt, wie es der Fall ist, bevor die Lampe betrieben wird. Dann erscheint statt der Treiberspannung V3 die herabgesetzte Spannung V 2. Wenn bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel die Lampe als Lastschaltung, die einen Abfall der Ausgangsspannung der Batterie 1 bewirkt, betrieben wird, wird die Treiberspannung der logischen Schaltung 7, die mit der herabgesetzten Spannung V2 versorgt wird, auf die Ausgangsspannung der Batterie 1 umgeschaltet. Die Energieversorgungsvorrichtung mit diesem Aufbau ist daher frei von einer Schwingungsunterbrechung oder einem fehlerhaften Betrieb. Wenn die Ausgangsspannung Vl von der Batterie 1 auf die herabgesetzte Spannung V2 unmittelbar nach dem Ende des Aufleuchtens der Lampe zurückkehrt, liegt die herabgesetzte Spannung V2 noch auf einem niedrigen Wert, da die Spannung der Batterie 1 unzureichend wieder hergestellt ist. Es besteht daher immer noch die Möglichkeit, daß eine Schwingungsunterbrechung und ein fehlerhafter Betrieb auftreten. Wie es oben « beschrieben wurde, ist das Ausführungsbeispiel der Erfindung jedoch so ausgelegt, daß dadurch, daß die Verzögerungsschaltung 7e vorgesehen ist, die Spannung wieder hergestellt wird, nachdem sich die Spannung der Lithiumbatterie 1 in ausreichender Weise erholt hat. Die *5 erfindungsgemäße Energieversorgungsvorrichtung stellt daher eine zuverlässige Arbeitsweise des Oszillators und der übrigen Schaltungen sicher.

Wenn die Änderung der an der logischen Schaltung 7 liegenden Spannung V3 übermäßig groß ist, werden die Schaltungsbauelemente der logischen Schaltung 3 beeinträchtigt, was zu möglichen Schwierigkeiten in der Schaltung führt. Der Wert der Spannung Vl kann jedoch dadurch herabgesetzt werden, daß ein Widerstand an die Sourceseite des Transistors 6b geschaltet wird oder daß der Widerstandswert zwischen dem Gate und der Source des Transistors 6b erhöht wird. Es kann eine die Spannung umschaltende Schaltung 10 verwandt werden, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist. Während der Zeit, während der die Lampe aufleuchtet, wird die Ausgangsspannung Vl über den Transistor 10a ausgegeben und anschließend während einer Zeit, während der das ODER-Glied 7/ein Signal mit hohem Pegel erzeugt, wird eine Spannung mit einer beschränkt niedrigen Höhe über den Transistor 106 und den Widerstand R 1 erzeugt. Wenn die Ausgangsspannung des ODER-Gliedes 7/auf einen niedrigen Pegel kommt, wird die herabgesetzte Spannung V2 über den Transistor 10c ausgegeben. In dieser Weise kann die Höhe der Spannung V3 einen beschränkt niedrigen Wert haben, wie es in F i g. 4c dargestellt ist.

Das obige Ausführungsbeispiel ist so ausgebildet, daß die Treiberspannung für die gesamte logische Schaltung 7 umgeschaltet wird. Das ist jedoch nicht von ausschlaggebender Bedeutung. Das Umschalten der Spannung kann beispielsweise auch nur für die Treiberspannung für den Quarzoszillator 7a als Grundbauteil der elektronischen Uhr erfolgen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist neben der Anwendung auf elektronische Vorrichtungen zum elektronischen und optischen Anzeigen der Stunden über eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung auch auf eine elektronische Vorrichtung, die die Stunden in analoger Weise mit einem Zeiger und einem Schrittmotor anzeigt, sowie auf einen anzeigenden oder schreibenden Tischrechner anwendbar. Natürlich können die Batteriespannung Vl und die herabgesetzte Spannung V2 irgendeinen geeigneten Wert haben. Die eine hohe Last liefernde Schaltung, die die Batteriespannung herabsetzt, muß nicht unbedingt eine Lampe sein, sondern kann auch eine akustische Einrichtung, beispielsweise ein Summer sein.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   Ι. Energieversorgungsvorrichtung für ein elektronisches Gerät mit einer Batterieenergiequelle, einer Spannungsabfallschaltung zum Herabsetzen der Ausgangsspannung der Batterieenergiequelle und mit einer logischen Schaltung, an der als Treiberspannung die herabgesetzte Spannung von der Spannungsabfallschaltung Hegt, gekennzeichnet durch eine Schalteinrichtung (6, 10) zum Umschalten der Treiberspannung an der logischen Schaltung (7) auf die Ausgangsspannung der Batterieeneigiequelie (1), wenn diese Ausgangsspannung absinkt
2. 2. Euergieversorungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsabfallschaltung (4) abhängig von Taktsignalen (5 !2 Hz) von der logischen Schaltung (7) die Ausgangsspannung der BatterieenergiequelJe (1) absenkt, und abgibt
3. 3. Energieversorgungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die logische Schaltung (7) eine Zeitmesserschaltung mit einer Zeitanzeigeeinheit (8) ist, welche eine Lampe (3) zum Beleuchten der Zeitanzeigeeinheit aufweist, und daß die Batterieenergiequelle (1) Ausgangsspannung an den Zeitmesser bei Betätigung der Schalteinrichtung (6 oder 10) wenn die Lampe leuchtet
4. 4. Energieversorgungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die logische Schaltung eine akustische Einrichtung aufweist und daß die Batterieenergiequelle Ausgangsspannung an die logische Schaltung anlegt, wenn bei Betätigung der Schalteinrichtung die akustische Einrichtung erregt wird.
5. 5. Energieversorgungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung (Ri) zum Herabsetzen der Ausgangsspannung vorgesehen ist, die bei Betätigung der Schalteinrichtung von der Batlerieenergiequelle der logischen Schaltung zugeführt wird.