DE3842050C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Quarzuhr mit einer analogen Anzeigeeinrichtung, einem Gehwerk, einem diese versorgenden elektrischen Energiespeicher, der über eine photovoltaische Anordnung von Solarzellen nachladbar ist, und mit einer den Ladezustand des Energiespeichers überwachenden Überwachungseinrichtung, die als zu überwachendes Eingangssignal die Betriebsspannung des Energiespeichers erfaßt und die an eine Flüssigkeitskristallanzeige angeschlossen ist, durch die eine Anzeige bezüglich des Ladezustandes darstellbar ist, wenn die Betriebsspannung des Energiespeichers unter einen vorbestimmten Spannungswert fällt und daher bald nicht mehr zur zuverlässigen Ansteuerung des Gehwerks ausreicht.

Aus der DE-OS 37 02 993 ist eine Quarzuhr gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bekannt. Steht keine Lichteinstrahlung auf die Solarzellen zur Verfügung, so entnimmt die in der Quarzuhr enthaltene Uhrenschaltung für den Betrieb des Gehwerks dem Energiespeicher Ladung, wobei die Spannung des Energiespeichers absinkt. Sinkt die Spannung des Energiespeichers unter diesen Spannungswert ab, so arbeitet die Uhrenschaltung nicht mehr zuverlässig und die Uhr bleibt stehen. Im Falle einer Uhr mit Analoganzeige ist dies nicht unmittelbar feststellbar, so daß eine Überwachungseinrichtung vorgesehen ist, die an eine Anzeigevorrichtung angeschlossen ist, durch die eine Anzeige bezüglich des mangelnden Ladezustandes dargestellt wird, wenn die Betriebsspannung des Energiespeichers unter einen vorbestimmten Spannungswert fällt.

Die kommerziell erhältlichen Uhrenschaltungen erfordern eine minimale Betriebsspannung von ungefähr einem Volt. Eine Flüssigkeitskristallanzeige für eine Überwachungseinrichtung benötigt zum Betrieb jedoch eine Spannung von mehreren Volt, so daß eine solche Anzeige nicht direkt an einen Energiespeicher von etwas über einem Volt angeschlossen werden kann. Gemäß der DE-AS 21 65 421 könnte eine Vervielfachung der Spannung eines Energiespeichers, welcher direkt das Gehwerk einer Uhr versorgt, zum Beispiel mit einem Gegentaktspannungswandler geschaltet werden. Dann steht eine hohe Dauerbetriebsspannung kontinuierlich zur Verfügung, die jedoch den Energiespeicher leistungsmäßig stark belastet.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die es bei einer solarbetriebenen analogen Uhr gestattet, eine Flüssig­ keitskristallanzeige bei einer Dauerbetriebsspannung von etwas über einem Volt sicher zur Anzeige zu bringen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der voll aufgeladene elektrische Energiespeicher eine Betriebsspannung aufweist, die unter der Betriebsspannung der Flüssigkeitskristallanzeige liegt und daß die Flüssigkeitskristallanzeige an einen induktiven Gegentaktspannungsaufwärtswandler angeschlossen ist, der periodisch von dem Taktsignal des Gehwerks angesteuert wird und eine entsprechend getaktete Betriebsspannung erzeugt.

Die zur Ansteuerung erforderliche höhere Betriebsspannung wird in dem induktiven Gegentaktspannungsaufwärtswandler nur in dem Zeitraum erzeugt, der zur Ansteuerung der blinkenden Flüssigkeitskristallanzeige benötigt wird. Damit kann in einfacher Weise mit einer Baugruppe die Flüssigkeitskristallanzeige getaktet und spannungsversorgt werden.

Durch die Beschaltung des Komparators der Über­ wachungseinrichtung mit einer Diode kann die blinkende Flüssigkeitskristallanzeige unterdrückt werden, wenn die Lichtstärke in der Umgebung der Uhr zum Erkennen der Flüssigkeitskristallanzeige nicht ausreicht. Dabei wird der Solargenerator als Meßwertfühler benutzt.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, die in einer einzigen Figur ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Überwachungs­ einrichtung für eine Quarzuhr zeigt.

Das Blockschaltbild zeigt eine Spannungs-Überwachungs­ einrichtung für einen Akkumulator 8 einer Quarzuhr mit einer durch einen induktiven Gegentaktspannungs­ aufwärtswandler 2 angesteuerten Flüssigkeitskristall­ anzeige 3.

Die Betriebsspannung der Schaltung und der Quarzuhr wird durch eine Solarzellenanordnung 4 erzeugt. Die Solarzellenanordnung 4 ist einerseits mit der gemein­ samen Masse 5 der Schaltung und andererseits über eine Rückflußsperrdiode 6 mit der gemeinsamen Betriebs­ spannungsleitung 7 verbunden. Der Akkumulator 8 dient zur Pufferung der Betriebsspannung sowie zur Span­ nungsversorgung bei schlechter oder fehlender Beleuchtung der Solarzellenanordnung 4 und ist mit der Betriebsspannungsleitung 7 verbunden. Der Akkumulator 8, der im aufgeladenen Zustand eine Spannung von 1,2 Volt aufweist, kann ein Ni-Cd-Akkumulator oder eine andere energiespeichernde und wiederaufladbare Batterie sein.

Der Betriebsspannungsausgang 9 der Solarzellenanordnung 4 ist mit der Kathode einer Schaltdiode 10 verbunden, deren Anode mit dem invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 11 der Überwachungs­ einrichtung verbunden ist. Der nicht invertierende Eingang des Operationsverstärkers 11 ist mit dem Mittelabgriff eines Spannungsteilers aus zwei Ab­ gleichwiderständen 14 und 14′ angeschlossen, die mit der Masse 5 bzw. der Betriebsspannungsleitung 7 verbunden sind. Der invertierende Eingang des Opera­ tionsverstärkers 11 liegt über eine in Sperrichtung gepolte Zenerdiode 12 an Masse und ist mit einem Trimmpotentiometer 13 mit der Betriebsspan­ nungsleitung 7 verbunden.

Der Operationsverstärker 11 wird über Spannungsversor­ gungsleitungen 15 mit der Betriebsspannung versorgt. Er muß eine möglichst geringe Offsetspannung aufweisen und eine Betriebsspannung von ungefähr einem Volt haben.

Der Ausgang 16 des Operationsverstärkers 11 liefert ungefähr null Volt, wenn die Solarzellenanordnung 4 beleuchtet wird und dabei eine Spannung erzeugt. Bei unbeleuchteter Solarzellenanordnung 4 dagegen liegt der Ausgang 16 auf einem hohen Spannungswert. Dieser ist etwas kleiner als die Betriebsspannung des Akkumulators 8.

Der Ausgang 16 ist über zwei niederohmige Begren­ zungswiderstände 17 und 27 von je 100 Ohm an den induktiven Gegentaktspannungsaufwärtswandler 2 angeschlossen, der aus zwei symmetrisch aufgebauten Schaltkreisteilen 18 und 28 besteht.

Der erste Begrenzungswiderstand 17 des ersten Schalt­ kreisteiles 18 ist mit der Source-Elektrode (Quelle) eines ersten n-Kanal Enhancement MOS-FET-Transistors 19 (Anreicherungstyp) angeschlossen. Die Drain-Elektrode (Abfluß) ist über eine erste Spule 20 mit der Betriebsspannungsleitung 7 verbunden. Eine weitere Leitung der Drain-Elektrode ist mit der Anode einer ersten Rückstoßdiode 21 verbunden. Die Kathode der ersten Rückstoßdiode 21 ist mit einem Stromversorgungseingang der Flüssigkeitskristallanzeige 3 verbunden, die über einen ersten Glättungskondensator 22 an der Masse 5 liegt. In dem Schaltbild nicht dargestellte Verdrahtungen bewirken, daß die Flüssigkeitskristallanzeige 3 bei ausreichender Betriebsspannung an ihren Stromversorgungseingängen eine vorgegebene alphanumerische Warnanzeige, z.B. "ACCU", erzeugt.

Der zweite Begrenzungswiderstand 27 des zweiten Schaltkreisteiles 28 ist mit der Source-Elektrode eines zweiten n-Kanal Enhancement MOS-FET-Transistors 29 angeschlossen. Die Drain-Elektrode ist über eine zweite Spule 30 mit der Betriebsspannungsleitung 7 verbunden. Eine weitere Leitung der Drain- Elektrode ist mit der Anode einer zweiten Rückstoßdiode 31 verbunden. Die Kathode der zweiten Rückstoß­ diode 31 ist mit dem anderen Stromversorgungseingang der Flüssigkeitskristallanzeige 3 verbunden, der über einen zweiten Glättungskondensator 32 an der Masse 5 liegt.

Die MOS-FET-Transistoren 19 und 29 sind so ausgewählt, daß sie bei einer möglichst geringen Spannung zwischen der Gate-Elektrode und der Source-Elektrode durchschaltet. Diese Spannung muß bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel unter zwei Volt liegen, weil die Spannung des Akkumulators 8 bis auf Werte um 1 Volt herab überwacht werden soll. Die MOS-FET-Transistoren 19 und 29 müssen zudem sehr schnell durch­ schalten, damit sich eine möglichst hohe Induktionsspannung aufbauen kann.

Die Rückstoßdioden 21 und 31 müssen schnell sein und eine geringe Schwellspannung aufweisen. Vorzugsweise werden Schottky-Dioden eingesetzt. Die Spulen 20 und 30 sind Schalenkerninduktivitäten von 1 Henry. Die Glättungskondensatoren 22 und 32 haben vorzugsweise eine Kapazität von 3,3 bis 3,9 Nanofarad. Sie weisen jeweils einen Verlustwiderstand auf, über den die erzeugte Induktionsspannung abgebaut wird.

Mit der erörterten Auslegung der Schaltkreisteile 18 und 28 und einer sekündlichen Ansteuerung der Gate- Elektrode der beiden MOS-FET-Transistoren 19 und 29 durch kurze Impulse blinkt die Flüssigkeitskristallanzeige 3 sicher und deutlich sichtbar im Sekundentakt.

Der Gate-Anschluß des ersten MOS-FET-Transistors 19 ist über einen ersten Addierwiderstand 23 mit der Betriebsspannungsleitung 7 verbunden. Weiterhin ist er über einen ersten Koppelkondensator 24 mit einem ersten Taktausgang 25 eines Taktgebers 26 beschaltet.

Der Gate-Anschluß des zweiten MOS-FET-Transistors 29 ist über einen zweiten Addierwiderstand 33 mit der Betriebsspannungsleitung 7 verbunden. Weiterhin ist er über einen zweiten Koppelkondensator 34 mit einem zweiten Taktausgang 35 des Taktgebers 26 beschaltet, dessen Ausgangssignale gegenüber dem ersten Taktausgang 25 zeitlich um eine Sekunde versetzt sind.

Der Taktgeber 26 ist vorzugsweise in dem für die Quarzuhr verwendeten integrierten Schaltkreis enthalten. Üblicherweise liegt die Taktdauer eines Taktsignals im Millisekundenbereich und hat einen Spannungswert von etwas weniger als der Betriebs­ spannung, d.h. ungefähr 1 bis 1,1 Volt.

Das am ersten Taktausgang 25 anliegende Taktsignal einer Länge von ungefähr 50 Millisekunden ist über den ersten Koppelkondensator 24 wechselspannungsmäßig an die Gate-Elektrode des ersten MOS-FET-Transistors 19 gekoppelt. Durch die Addition der Betriebsspannung durch den Addierwiderstand 23 schaltet der schnelle erste MOS-FET-Transistor 19 sicher durch, sofern der Ausgang 16 des Operationsverstärkers 11 auf Masse­ niveau liegt. Mit einem Spannungsimpuls mit einer Spitzenspannung von 10 Volt und einer Durchschnitts­ spannung von in etwa 4 Volt ist die Flüssigkeits­ kristallanzeige 3 sicher ansteuerbar.

Die Taktfrequenz des Taktgebers 26 liegt vorzugsweise im Sekundenbereich. Das am zweiten Taktausgang 35 anliegende Taktsignal ist bezüglich dem ersten Taktsignal um 180° phasenverschoben.

Claims (5)

1. Quarzuhr mit einer analogen Anzeigeeinrichtung, einem Gehwerk, einem diese versorgenden elektrischen Energiespeicher (8), der über eine photovoltaische Anordnung von Solarzellen (4) nachladbar ist, und mit einer den Ladezustand des Energiespeichers (8) überwachenden Überwachungseinrichtung, die als zu überwachendes Eingangssignal die Betriebsspannung des Energiespeichers (8) erfaßt und die an eine Flüssig­ keitskristallanzeige (3) angeschlossen ist, durch die eine Anzeige bezüglich des Ladezustandes darstellbar ist, wenn die Betriebsspannung des Energiespeichers (8) unter einen vorbestimmten Spannungswert fällt und daher bals nicht mehr zur zuverlässigen Ansteuerung des Gehwerks ausreicht, dadurch gekennzeichnet, daß der voll aufgeladene elektrische Energiespeicher (8) eine Betriebsspannung aufweist, die unter der Betriebsspannung der Flüssigkeitskristallanzeige (3) liegt und daß die Flüssigkeitskristallanzeige (3) an einen induktiven Gegentaktspannungsaufwärtswandler (2) angeschlossen ist, der periodisch von dem Taktsignal des Gehwerks angesteuert wird und eine entsprechend getaktete Betriebsspannung erzeugt.

2. Quarzuhr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungseinrichtung mit der von den Solarzellen (4) erzeugten Spannung beaufschlagt ist und eine Ansteuerung der Flüssigkeitskristallanzeige (3) unterdrückt, wenn die Solarzellenspannung nahe null Volt ist.

3. Quarzuhr nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der induktive Gegentaktspannungsaufwärtswandler (2) aus einem ersten (18) und einem zweiten (28) symmetrisch arbeitenden Schaltkreis besteht, der jeweils eine Rückstoßdiode (21, 31), eine Induktivität (20, 30), einen Widerstand (17, 27) und einen MOS-FET-Transistor (19, 29) umfaßt, wobei die Drain- Elektrode des MOS-FET-Transistors (19, 29) über die in Durchlaßrichtung gepolte Rückstoßdiode (21, 31) mit einem Stromversorgungseingang der Flüssigkeitskri­ stallanzeige (3) sowie über die Induktivität (20, 30) mit dem Energiespeicher (8), die Source-Elektrode über den Widerstand (17, 27) mit dem Ausgang (16) eines Komparators (11) verbunden und die Gate-Elektrode eines jeden Schaltkreises (18, 28) mit dem Taktsignal eines Taktgebers (26) des Gehwerks beaufschlagt ist, wobei das den zweiten Schaltkreis (28) beaufschlagende Taktsignal gegenüber dem den ersten Schaltkreis (18) beaufschlagenden Taktsignal um 180° phasenverschoben ist.

4. Quarzuhr nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem der beiden Schaltkreise (18, 28) das Gate des MOS-FET-Transistors (19, 29) durch einen Koppelkon­ densator (24, 34) wechselspannungsmäßig mit dem Taktgeber (26) und über einen Addierwiderstand (23, 33) mit dem Energiespeicher (8) verbunden ist.

5. Quarzuhr nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingänge der Flüssigkeitskristallanzeige (3) über jeweils einen Glättungskondensator (22, 32) mit Masse verbunden sind.