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Diese Erfindung bezieht sich auf analoge elektronische Uhren.
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Eine typische elektronische Uhr enthält eine Solarbatterie als
Teil eines Zifferblattes, die so angeordnet ist, daß die durch
ihre Beleuchtung erzeugte elektrische Energie eine
Sekundärbatterie auflädt. Aus den offengelegten japanischen
Patentanmeldungen Nr. 154665/87 und Nr. 11846/74 sowie der japanischen
Gebrauchsmusterveröffentlichung Nr.4240/81 ist es bekannt, daß
eine elektronische Uhr an einem äußeren Teil einen Ladeanschluß
aufweisen kann, der so angeordnet ist, daß bei einem Kontakt
mit einer externen Spannungsquelle elektrische Energie eine
Sekundärbatterie auflädt. Weiterhin ist es aus der
offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 29783/86 bekannt, daß eine
elektronische Uhr eine in ihr angeordnete elektromagnetische
Kopplungswicklung aufweisen kann, die so angeordnet ist, daß
ein auf sie wirkendes externes Magnetfeld eine Sekundärbatterie
auflädt. Darüber hinaus ist es aus der japanischen
Patentveröffentlichung Nr. 15035/85 bekannt, daß eine elektronische Uhr
zu ihrem Antrieb eine Motorwicklung aufweisen kann, die so
angeordnet ist, daß entsprechend der offengelegten japanischen
Patentanmeldung Nr. 29783/86 bei ihrer Abschaltung von einer
Uhrentreiberschaltung während der Aufladung einer
Sekundärbatterie ein Magnetfeld auf sie einwirkt.
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Die vorgenannten Vorschläge besitzen jedoch die folgenden
Nachteile.
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Zunächst sind bei Verwendung eines Solarbatteriesystems oder
eines Ladeanschlusses bzw. -systems die
Ausgestaltungsmöglichkeiten des äußeren Aussehens von Armbanduhren wegen ihrer
geringen Größe beschränkt. Es ist daher schwierig, bei analogen
elektronischen Armbanduhren ohne Beeinträchtigung des
ornamentalen Aussehens eine Solarbatterie oder einen Ladeanschluß
vorzusehen.
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Darüber hinaus macht das in der offengelegten japanischen
Patentanmeldung Nr. 29783/86 beschriebene elektromagnetische
Kopplungssystem zusätzlich zur Motorwicklung zum Antrieb der
Armbanduhr eine elektromagnetische Kopplungswicklung und eine
Gleichrichterdiode oder ähnliches erforderlich, woraus sich
eine Zunahme der Größe der Armbanduhr sowie eine Kostenerhöhung
ergeben. Darüber hinaus macht in einem eine Motorwicklung zum
Antrieb und zur Aufladung einer Uhr verwendenden System die
Motorwicklung einen Schaltmechanismus erforderlich, um die
Wicklung in Abhängigkeit von der Bewegung der die Zeit
anzeigenden Zeiger oder des Ladevorgangs abwechselnd mit der
Uhrentreiberschaltung oder der Ladeschaltung zu verbinden,
wobei auch eine Gleichrichterdiode als Teil der Ladeschaltung
erforderlich ist. Daher ist die Flexibilität der Gestaltung
einer Armbanduhr dieses Typs beschränkt, wobei auch die Kosten
zunehmen und der mechanischen Zuverlässigkeit des
Schaltmechanismus Beachtung geschenkt werden muß. Da während der Aufladung
die Bewegung der die Zeit anzeigenden Zeiger gestoppt werden
muß, ist es erforderlich, die Uhr nach dem Aufladen zu stellen,
was unzweckmäßig ist. Es ist daher wünschenswert, eine
aufladbare elektronische analoge Uhr zu schaffen, welche die
vorstehend beschriebenen Nachteile nicht besitzt.
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Die Erfindung sucht daher eine kleine und billige aufladbare
elektronische Uhr zu schaffen, bei der abgesehen von einer
kleinen logischen Schaltung keine elektronischen
Schaltungsanordnungen oder Ladungsmechanismen erforderlich sind. Die
vorliegende Erfindung sucht weiterhin eine analoge
elektronische Uhr zu schaffen, bei der die Aufladung einer
wiederaufladbaren
Batterie bzw. Sekundärbatterie ohne Abstoppen der
Bewegung der die Zeit anzeigenden Zeiger durchgeführt werden
kann.
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Die vorliegende Erfindung schafft eine analoge elektronische
Uhr, umfassend wenigstens einen eine Wicklung aufweisenden
Schrittmotor, Schaltelemente zum Antrieb des Schrittmotors,
einen den Schaltelementen elektronisch parallelen PN-Übergang,
eine aufladbare Sekundärbatterie mit einem positiven und einem
negativen Anschluß, Spannungdetektormittel zur Detektierung der
Spannung der Sekundärbatterie und Ladungssteuermittel zur
Steuerung der Aufladung der Sekundärbatterie, welche an die
Spannungsdetektormittel angeschlossen sind, wobei die
Schaltelemente ein erstes von den entsprechenden Anschlüssen der
Wicklung an den positiven Anschluß der Batterie angeschlossenes
Schaltelementepaar und ein zweites von den entsprechenden
Anschlüssen der Wicklung an den negativen Anschluß der Batterie
angeschlossenes Schaltelementepaar umfassen, worin bei
Detektierung durch die Spannungsdetektormittel, daß die Spannung der
Sekundärbatterie einen vorgegebenen Wert erreicht hat, das
erste Schaltelementepaar oder das zweite Schaltelementepaar
durch die Ladungssteuerschaltung mit Ausnahme während der Zeit
der Erzeugung von Impulsen für den Antrieb des Schrittmotors in
den EIN-Zustand geschaltet werden.
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Der Schrittmotor besitzt vorzugsweise eine Wicklung, an welche
die Schaltelemente angeschaltet sind und in der durch ein
externes Wechselmagnetfeld eine Wechselspannung induziert wird,
welche zur Aufladung der Sekundärbatterie durch den PN-Übergang
gleichgerichtet wird.
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In weiterer Ausgestaltung sind zwei von den entsprechenden
Anschlüssen der Wicklung mit dem positiven Anschluß der
Batterie verbundene Schaltelemente und zwei von den
entsprechenden Anschlüssen der Wicklung mit dem negativen Anschluß der
Batterie verbundene Schaltelemente vorgesehen, wobei
entsprechende Anschlüsse der Wicklung nach Beendigung jeder Abgabe
von Antriebsimpulsen für den Motor kurzgeschlossen und danach
wenigstens drei der entsprechenden Schaltelemente in den AUS-
Zustand geschaltet werden.
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Die Erfindung ist beispielhaft in den beigefügten Zeichnungen
dargestellt, in denen:
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Figur 1 ein Schaltbild einer Ausführungsform einer
analogen elektronischen Uhr gemäß vorliegender Erfindung ist;
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Figur 2 (a) eine Schnittdarstellung eines P-Kanal-MOSFET
und einer parasitären Diode ist;
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Figur 2 (b) ein Ersatzschaltbild des MOSFET nach Figur 2
(a) ist;
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Figur 3 ein erläuterndes Schaltbild zur Darstellung der
Richtung des Stromflusses während der Aufladung einer
Sekundärbatterie der analogen elektronischen Uhr nach Figur 1 bei
Vollweggleichrichtung ist;
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Figur 4 eine der Figur 3 entsprechende Darstellung bei
Einweggleichrichtung ist;
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Figur 5 ein Zeittaktdiagramm ist, aus dem der Zeittakt für
die Aufladung einer Sekundärbatterie und der Zeittakt für den
Antrieb eines Schrittmotors der elektronischen Uhr nach Figur
1 ersichtlich ist;
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Figur 6 ein Zeittaktdiagramm ist, aus dem der Zeittakt von
Signalen in einer Ladesteuerschaltung der analogen
elektronischen Uhr nach Figur 1 ersichtlich ist;
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Figur 7 ein Graph des Rückinduktionsstroms ist, welcher in
einer Motorwicklung eines Schrittmotors fließt;
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Figur 8 eine Darstellung der Rotation eines Rotors eines
Schrittmotors ist;
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Figur 9 die Richtung des Stromflusses während des Betriebs
einer Begrenzerschaltung der analogen elektronischen Uhr nach
Figur 1 zeigt; und
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Figur 10 (a) und 10 (b) Schaltbilder einer
Abtast-Spannungsdetektorschaltung einer analogen elektronischen Uhr gemäß
vorliegender Erfindung sind.
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Figur 1 zeigt eine Ausführungsform einer analogen
elektronischen Uhr gemäß vorliegender Erfindung. Eine
Oszillatorschaltung 1 erzeugt ein Bezugssignal mit 32768 Hz, wobei es sich um
einen kleinen als Schwinger bzw. Zeitnormal dienenden
Quarzkristalloszillator handelt. Das Referenzsignal wird durch eine
Frequenzteilerschaltung zur Erzeugung von Signalen mit
Frequenzen von 1 Hz, 2 Hz, 4 Hz, 8 Hz, 16 Hz, 32 Hz und 64 Hz durch
eine Frequenzteilerschaltung 2 in der Frequenz geteilt, wobei
die genannten Signale zur Ansteuerung der analogen
elektronischen Uhr dienen. Eine Motor-Treibersignal-Formerschaltung 3
dient zur Erzeugung einer Vielzahl von zum Antrieb eines
Schrittmotors der elektronischen Uhr dienenden impulsförmigen
Signalen. Eine Rotationsdetektorschaltung 4 dient zur
Detektierung, ob ein Rotor des Schrittmotors durch einen
Motortreiberimpuls P1 gedreht wird oder nicht. Dreht sich der Rotor nicht,
so wird dies durch eine Nichtdrehungs-Detektorschaltung 4
detektiert, welche einen Kompensationsmotorimpuls P2 für die
Signalformerschaltung 3 liefert. Eine
Magnetfeld-Detektorschaltung 5 dient zur Erhöhung der Zuverlässigkeit der Bewegung
von die Zeit anzeigenden Zeigern (nicht dargestellt) durch den
Schrittmotor sowie zur Auslöschung des Motortreiberimpulses P1
und Abgabe eines Kompensationsmotorimpulses P2, wenn ein
externes Magnetfeld auf die analoge elektronische Uhr wirkt.
Schaltungen 3, 4 und 5 sind relativ kleine Leistungen
verbrauchende elektronische Treiberschaltungen, welche aus den
offengelegten japanischen Patentanmeldungen Nr. 75520/79, Nr.
77162/79 und Nr. 87977/80 bekannt sind.
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Eine Motortreiberschaltung 6 wird durch P-Kanal-MOSFETs 12, 13
und N-Kanal-MOSFETs 14, 15 gebildet, welche zum Antrieb des
Schrittmotors verwendet werden. Parasitäre Dioden 16 bis 19 der
jeweiligen MOSFETs 12 bis 15 dienen als Gleichrichterelemente.
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Figur 2 (a) zeigt einen Schnitt eines P-Kanal-MOSFET und Figur
2 (b) dessen Ersatzschaltbild. Zwischen einer Source und einem
Substrat ist ein PN-Übergang D1 und zwischen einer Drain und
dem Substrat ein PN-Übergang D2 ausgebildet. Jeder MOSFET
besitzt daher eine parallele parasitäre Diode. Wird der MOSFET
für den Antrieb des Schrittmotors verwendet, so ist der PN-
Übergang D1 unwirksam, während der PN-Übergang D2 als Diode
dient, da die Source und das Substrat auf gleichem Potential
liegen. Für diesen Fall wird der PN-Übergang D2 als "parasitäre
Diode" bezeichnet, bei welcher die Drain die Anode der Diode
und das Substrat und die Source die Kathode bilden. Die
parasitäre Diode eines N-Kanal-MOSFET wird gegensinnig zu dem
eines P-Kanal-MOSFET betrieben, d.h. das Substrat und die
Source bilden die Anode und die Drain die Kathode. Gemäß
vorliegender Erfindung wird die parasitäre Diode auch als
Gleichrichterelement ausgenutzt, so daß kein externes
Gleichrichterelement erforderlich ist.
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Gemäß Figur 1 besitzt der Schrittmotor eine Motorwicklung 7.
Der Schrittmotor wird durch Steuern der EIN/AUS-Zustände der
MOSFETs 12 bis 15 angetrieben, so daß die die Zeit anzeigenden
Zeiger bewegt werden. Während der Aufladung einer aufladbaren
Batterie bzw. Sekundärbatterie 8 ist ein durch eine externe
Ladeanordnung 14 erzeugtes magnetisches Wechselfeld mit der
Motorwicklung 7 gekoppelt, so daß durch elektromagnetische
Induktion in der Motorwicklung 7 eine Wechselspannung zur
Aufladung der Sekundärbatterie 8 induziert wird, wobei die
parasitären Dioden 16 bis 19 als Gleichrichterschaltung wirken.
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Die analoge elektronische Uhr wird durch die in der
Sekundärbatterie 8 gespeicherte Energie angetrieben.
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Figur 3 zeigt ein erläuterndes Schaltbild, aus dem die Richtung
des Stromflusses während der Aufladung der Sekundärbatterie
ersichtlich ist.
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Gemäß Figur 3 fließt bei Erzeugung der Wechselspannung in der
Motorwicklung 7 bei höherem Potential auf der rechten Seite der
Motorwicklung ein Strom in Richtung eines Pfeiles 34 und bei
höherem Potential auf der linken Seite der Motorwicklung ein
Strom in Richtung eines Pfeiles 35. Unabhängig davon, welches
Potential höher ist, fließt ein Strom zur Sekundärbatterie 8 in
Laderichtung, so daß eine Vollweggleichrichtung stattfindet.
Zur Realisierung der Vollweggleichrichtung ist es erforderlich,
die MOSFETs 12 bis 15 so zu steuern, daß sie insgesamt in den
AUS-Zustand geschaltet werden. Befindet sich einer der MOSFETs
im EIN-Zustand, so findet gemäß Figur 4 eine
Einweggleichrichtung statt. Gemäß Figur 4 wird lediglich der MOSFET 13 so
gesteuert, daß er in den EIN-Zustand geschaltet wird, wodurch
die Anschlüsse seiner parasitären Diode kurzgeschlossen und
damit keine Diodenbrücke gebildet wird. Daher fließt bei
höherem Potential auf der rechten Seite der Motorwicklung 7 ein
Strom in Richtung eines Pfeiles 36 zur Aufladung der
Sekundärbatterie 8. Ist andererseits das Potential auf der linken Seite
der Motorwicklung 7 höher, so fließt Strom in Richtung eines
Pfeiles 37, d.h. es fließt Strom von der parasitären Diode 16
durch den MOSFET 13 und die Motorwicklung 7, wodurch sich eine
geschlossene Schleife ergibt. Die Sekundärbatterie wird daher
nicht aufgeladen, und es tritt eine Einweggleichrichtung auf.
Der Ladewirkungsgrad ist daher auf die Hälfte verringert.
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Befinden sich die beiden MOSFETs 12, 13 oder die beiden MOSFETs
14, 15 im EIN-Zustand, so wird die Sekundärbatterie 8 überhaupt
nicht aufgeladen. Um eine Gleichrichterschaltung mit dem besten
Wirkungsgrad für die Aufladung der Sekundärbatterie 8 zu
realisieren, ist es notwendig, alle MOSFETs 12 bis 15 in den
AUS-Zustand zu schalten. Befinden sich die MOSFETs 12 bis 15 im
AUS-Zustand, so ist es jedoch unmöglich, den Schrittmotor
anzutreiben. Um jedoch andererseits die Sekundärbatterie ohne
Beeinflussung des Antriebs des Schrittmotors aufzuladen, werden
der Zeittakt für den Antrieb des Schrittmotors und der Zeittakt
für die Aufladung der Sekundärbatterie gemäß dem Zeitdiagramm
nach Figur 5 gesteuert. Da namlich die Periode für die Bewegung
der die Zeit anzeigenden Zeiger 1 Hz beträgt, werden alle
Zeittaktsignale synchron mit dem durch die Teilerschaltung 2
erzeugten Signal mit 1 Hz erzeugt. Die Periode von 117,2
Millisekunden ab der Hinterflanke des Signals mit 1 Hz wird zur
Periode für den Antrieb des Schrittmotors, während die Periode
von 882,8 Millisekunden ab Beendigung der Periode für den
Antrieb des Schrittmotors bis zur nächsten Hinterflanke des
Signais mit 1 Hz zum Zeittakt für die Aufladung der
Sekundärbatterie wird. Daher beträgt die Periode für die Aufladung der
Batterie 882,8 Millisekunden pro Sekunde, so daß der
Ladewirkungsgrad um etwa 10 % gesenkt wird. Da der jeweilige Zeittakt
im obenbeschriebenen Sinne gesteuert wird, ist es jedoch
möglich, die Sekundärbatterie ohne Beeinflussung der Bewegung
der die Zeit anzeigenden Zeiger auf zuladen, so daß unabhängig
davon, ob die Sekundärbatterie aufgeladen wird oder nicht, die
richtige Zeit erhalten bleibt.
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Nachfolgend wird die Wirkungsweise der analogen elektronischen
Uhr nach Figur 1 erläutert. Der Zeittakt für den Antrieb des
Schrittmotors wird durch eine Ladesteuerschaltung 9 auf den
Zeittakt für die Aufladung geschaltet, wobei ein Signal SEL in
der Ladesteuerschaltung 9 während der Periode von 117,2
Millisekunden ab der Hinterflanke des Signals mit 1 Hz den
Pegel 0 annimmt. Figur 6 zeigt ein Zeittaktdiagramm, das die
Erzeugung des Signals SEL mittels eines UND-Gatters 33 und
eines ODER-Gatters 32 erläutert. Die durch die Teilerschaltung
2 erzeugten Signale mit 64 Hz, 32 Hz, 16 Hz und 8 Hz dienen als
Eingangssignale für das UND-Gatter 33, dessen Ausgangssignal
sowie die Signale mit 4 Hz, 2 Hz und 1 Hz von der
Teilerschaltung 2 als Eingangssignale für das ODER-Gatter 32 dienen.
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Das durch das ODER-Gatter 32 erzeugte Signal ist das Signal
SEL. Ein UND-Gatter 25 nimmt das durch den Inverter 31
invertierte Signal SEL sowie ein Signal GPO1 von der
Signalformerschaltung 3 auf, während ein ODER-Gatter 23 ein Tastsignal GP1
für den MOSFET 12 ausgibt. Ein Signal GN01 von der
Signalformerschaltung 3 wird in einen Eingang eines UND-Gatters 27
eingespeist, das ein Tastsignal GN1 für den MOSFET 14 ausgibt.
Entsprechend bildet ein Signal GP02 von der
Signalformerschaltung 3 ein Eingangssignal für ein UND-Gatter 28, während
ein ODER-Gatter 24 ein Tastsignal GP2 für den MOSFET 13
erzeugt. Ein Signal GN02 von der Signalformerschaltung 3 wird
in ein UND-Gatter 30 eingespeist, dessen Ausgangssignal ein
Tastsignal GN2 für den MOSFET 15 ist. Die Signale GP01, GN01,
GP02, GN02 von der Signalformerschaltung 3 sind eine Folge von
Motortreiberimpulsen, die aus Impulsen SP0, SP1, P1, SP2 und P2
gebildet werden, wobei SP0 und SP1 Magnetfeld-Detektorimpulse
von der Magnetfeld-Detektorschaltung 5 bilden, Pl der bereits
angesprochene Motortreiberimpuls ist, SP2 ein
Rotationsdetektorimpuls und P2 der bereits angesprochene
Kompensationsmotorimpuls ist. Die Funktionen der verschiedenen Impulse sind
detailliert in der offengelegten japanischen Patentanmeldung
Nr. 260883/85 angegeben. Daher wird der Schrittmotor in der
Periode angetrieben, in der das Signal SEL den Pegel 0 besitzt.
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Nachfolgend wird der Ladezeittakt beschrieben, wenn das Signal
SEL den Pegel 1 besitzt. Während der Aufladung besitzt ein von
einer Spannungsdetektorschaltung 10 ausgegebenes Signal LIM den
Pegel 1, das Signal SEL den Pegel 1, wobei ein UND-Gatter 26
das Signal LIM aufnimmt, so daß das ODER-Gatter 23 das Signal
GPI mit dem Pegel 1 ausgibt. Entsprechend wird das Signal LIM
in ein UND-Gatter 29 eingespeist, während das Signal GP2 vom
ODER-Gatter 24 den Pegel 1 besitzt. Besitzt das Signal SEL den
Pegel 1, so besitzt das vom UND-Gatter 27 erzeugte Signal GNL
den Pegel 0, so daß das Signal GN1 den Pegel 0 besitzt.
Entsprechend besitzt das Signal GN2 den Pegel 0. Daher werden
die MOSFETs 12 bis 15 so gesteuert, daß sie sich unabhängig von
den von der Signalformerschaltung 3 erzeugten Signalen im AUS-
Zustand befinden. Befinden sich die MOSFETs 12 bis 15 im AUS-
Zustand, so ist es möglich, die Sekundärbatterie 8 aufzuladen.
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Gemäß Figur 5 ist Ti, womit die Periode von der Erzeugung des
Kompensationsmotorimpulses P2 bis zum Vorderflankenzeittakt für
die Aufladung der Sekundärbatterie bezeichnet ist, gleich 25,4
Millisekunden, wobei es sich um diejenige Zeit handelt, welche
aus nachfolgend angegebenen Gründen für den stabilen Antrieb
des Schrittmotors erforderlich ist. In einem typischen
Schrittmotor-Antriebssystem, wie es in der japanischen
Patentveröffentlichung Nr. 40759/87 beschrieben ist, werden zwei P-
Kanal-MOSFETs oder zwei N-Kanal-MOSFETs nach der Ausgabe des
Motorimpulses so gesteuert, daß sie sich im EIN-Zustand
befinden, so daß der induzierte Rückstrom zur Bremsung des
Motors in die Motorwicklung eingespeist wird, wodurch es
möglich wird, den Schrittmotor stabil anzutreiben. Figur 7
zeigt den der Motorwicklung eines Schrittmotors zugeführten
Strom. Fließt in der Motorwicklung kein induzierter Rückstrom,
so ergibt sich ein Stromverlauf gemäß der gestrichelten Kurve.
In der Praxis ergibt sich jedoch ein Stromverlauf gemäß der
ausgezogenen Kurve. Wird der Motor abgestoppt, so fließt kein
induzierter Rückstrom. In Figur 7 bedeutet ein Stromwert von 0,
daß die Rotation des Motors gestoppt wird. Da sich während der
Aufladung jedoch alle MOSFETs 12 bis 15 im AUS-Zustand
befinden, wenn die Aufladung unmittelbar nach der Ausgabe des
Motortreiberimpulses P1 durchgeführt wird, ist es schwierig,
den Rotor durch Einspeisung des induzierten Rückstroms zu
bremsen, so daß es unmöglich wird, den Schrittmotor stabil
anzutreiben, d.h. der Schrittmotor wird im normalen magnetisch
stabilen Punkt nicht gestoppt, kann um zwei Schritte gedreht
werden oder sonst fehlerhaft laufen, obwohl der generelle
Winkel für einen Zweipolrotor gleich 180º ist.
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Figur 8 zeigt die normale Rotation (180º), die
Rückwärtsrotation sowie die Rotation um zwei Schritte des Schrittmotors.
Um diese Probleme zu eliminieren, werden bei der
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemäß Figur 1 die MOSFETs bei
Ausgabe des Motorimpulses P1 in den EIN-Zustand geschaltet, so
daß die Wicklung 7 kurzgeschlossen wird, während alle MOSFETs
12 bis 15 zur Aufladung der Sekundärbatterie in den AUS-Zustand
geschaltet werden, wenn der Rotor des Schrittmotors gestoppt
wird. Bei einer derartigen Ausgestaltung ist es möglich, die
Sekundärbatterie ohne Beeinträchtigung des Antriebs des
Schrittmotors aufzuladen.
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Bei der in Rede stehenden Ausführungsform ist Ti auf 25,4
Millisekunden festgelegt, was ausreicht, daß der Rotor des
Schrittmotors zum Stillstand kommen kann. In Abhängigkeit vom
Trägheitsmoment des Rotors des Schrittmotors kann Ti jedoch
länger oder kürzer gemacht werden. Generell gilt, daß die
Periode von der Erzeugung des Motortreiberimpulses bis zum
Zeitpunkt des vollständigen Abstoppens der Rotation des Rotors
um so kürzer ist, je kleiner der Durchmesser des Rotors ist.
Ist der minimale Durchmesser des Rotors gleich 1 mm, so wird er
in 10 Millisekunden abgestoppt. Gegenwärtig ist es nicht
möglich, im Hinblick auf die Charakteristik des Motors einen
Rotor mit einem Durchmesser von weniger als 1 mm zu
realisieren. In diesem Falle ist es unproblematisch, wenn Ti größer als
10 Millisekunden ist. Bei generell für Armbanduhren verwendeten
Schrittmotortypen ist es (trotz des Vorhandenseins einer
Differenz in der Änderung mit der Rotorträgheit und der
Treiberimpulsbreite> möglich, den Motor vollständig abzustoppen
und auf den Ladezeittakt der Sekundärbatterie umzuschalten,
wenn Ti etwa gleich 20 Millisekunden ist.
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Weiterhin besitzt bei der in Rede stehenden Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung das Signal SEL für Ti = 25,4
Millisekunden den Pegel 0 für eine Periode von 117,2 Millisekunden. Von
der Hinterflanke des Signals mit 1 Hz an wird eine Folge von
Motortreiberimpulsen erzeugt, während der
Kompensationsmotorimpuls P2 91,8 Millisekunden nach der Hinterflanke des Signals
mit 1 Hz erzeugt wird. Weiterhin nimmt das Signal SEL synchron
mit dem Signal mit 1 Hz den Pegel 0 an, so daß Ti =
117,2 - 91,8 = 25,4 Millisekunden ist. Durch Änderung der Logik des
UND-Gatters 33 und des ODER-Gatters 32 kann die Periode, in der
das Signal SEL den Pegel 0 besitzt, geändert werden, so daß es
aufgrund dessen einfacher ist, einen für jeden Schrittmotor
geeigneten Zeittakt zu realisieren. Bei der in Rede stehenden
Ausführungsform wird der Wert von Ti unter Ausnutzung der
Generierungszeit des Kompensationsmotorimpulses P2 festgelegt.
Da während der Aufladung das Magnetfeld unvermeidbar durch den
Magnetfeld-Detektorimpuls SP0 oder SP1 detektiert wird, wird
immer ein Kompensationsmotorimpuls P2 erzeugt. In einer
analogen elektronischen Uhr, in der keine
Magnetfeld-Detektorschaltung vorgesehen ist, dient statt dessen der
Motortreiberimpuls P1 zur Festlegung des Wertes von Ti. Darüber hinaus
existieren mehrere Schrittmotor-Antriebsverfahren, bei denen
Schrittmotoren durch eine Kombination von Impulsen angetrieben
werden. In allen Fällen kann jedoch Ti unter Ausnutzung eines
Motortreiberimpulses so festgelegt werden, daß sich ein Wert
ergibt, bei dem die Rotation des Motors aufgehört hat, bevor
die Aufladung der Sekundärbatterie beginnt.
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Um einen Schrittmotor stabil anzutreiben, ist die Frequenz des
Wechselmagnetfeldes gleich 1 kHz. Ist die Frequenz zu klein, so
wird der Rotor durch das Wechselmagnetfeld angezogen, wodurch
Vibrationen des Rotors oder eine Fehlfunktion der die Zeit
anzeigenden Zeiger auftreten. Bei einer praktischen
Ausführungsform vorliegender Erfindung, bei welcher der Durchmesser
des Rotors des Schrittmotors 1,2 mm beträgt, ergibt sich
experimentell, daß der Rotor durch das Wechselmagnetfeld nicht
betätigt wird, wenn es eine Frequenz von mehr als 600 Hz
besitzt, so daß der Schrittmotor nicht beeinträchtigt wird.
Wird die Sekundärbatterie 8 zu stark aufgeladen, d.h. wird die
obere Grenze ihrer Speicherkapazität überschritten, so kann
eine Beeinträchtigung oder Beschädigung der Sekundärbatterie 8
auftreten. Um dieses Problem zu vermeiden, ist es notwendig,
eine Schaltung zur Verhinderung des Überladens der
Sekundärbatterie vorzusehen. Beispielsweise ist es bei der analogen
elektronischen Uhr nach Figur 1 immer notwendig, die Spannung
der Sekundärbatterie 8 zu detektieren, damit sie die obere
Spannungsgrenze der Speicherkapazität nicht übersteigt; zu
diesem Zweck ist die Spannungsdetektorschaltung 10 vorgesehen,
um die Spannung der Sekundärbatterie 8 zu detektieren. Die
Spannungsdetektorschaltung 10 besitzt einen
Spannungsverringerungswiderstand 21, welcher zur Verringerung der Spannung
(VDD - VSS) der Sekundärbatterie auf einen Bereich vorgesehen
ist, in dem ein Komparator 20 arbeiten kann. Eine
Referenzspannungs-Generatorschaltung 20 erzeugt eine Referenzspannung.
Daher kann durch den Komparator 20 genau detektiert werden, ob
die Spannung der Sekundärbatterie eine vorgegebene Spannung
übersteigt oder nicht. Ist die Spannung der Sekundärbatterie
größer als die vorgegebene Spannung, so wird das durch den
Komparator 20 erzeugte Signal LIM auf den Pegel 0 geschaltet,
so daß eine Aufladung der Sekundärbatterie nicht stattfindet.
Besitzt das Signal LIM den Pegel 0, wenn das Signal SEL den
Pegel 1 besitzt, wodurch wie oben beschrieben die Aufladezeit
angezeigt wird, so besitzen die Signale GP1 und GP2 den Pegel
1, während die Signale GN1 und GN2 den Pegel 0 besitzen. Wenn
das Signal LIM den Pegel 0 besitzt, so befinden sich daher die
MOSFETs 12, 13 im EIN-Zustand und die MOSFETs 14, 15 im AUS-
Zustand.
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Figur 9 zeigt die Stromflußrichtung in der
Motortreiberschaltung 6 während der Zeit, in der die Spannungsdetektorschaltung
detektiert, daß die Spannung der Sekundärbatterie die
Referenzspannung übersteigt. Ist gemäß Figur 9 das Potential
auf der rechten Seite der Motorwicklung 7 größer, so fließt
Strom in Richtung eines Pfeils 38. Ist das Potential auf der
linken Seite der Motorwicklung 7 größer, so fließt Strom in
Richtung eines Pfeils 39. Bei der dargestellten Ausführungsform
befinden sich die MOSFETs 12, 13 im EIN-Zustand, wenn die
Spannung der Sekundärbatterie die Referenzspannung übersteigt,
so daß kein Strom in die Sekundärbatterie 8 fließt, welche
damit gegen eine Überspannung geschützt ist. Der gleiche Effekt
kann erreicht werden, wenn sich die MOSFETs 14, 15 im EIN-
Zustand befinden. Die Spannung der Sekundärbatterie 8 wird
immer durch die Spannungsdetektorschaltung 10 detektiert.
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Besitzt die Sekundärbatterie jedoch einen relativ großen
Innenwiderstand, so kann zufällig eine Abtastspannung
detektiert werden. Mit anderen Worten bedeutet dies, daß bei relativ
großem Innenwiderstand der Sekundärbatterie ihre Spannung um
einen Betrag erhöht wird, welcher ihrem Innenwiderstand während
der Aufladung entspricht, so daß die Möglichkeit einer
Fehldetektierung größer werden kann. In diesem Falle ist es daher
notwendig, eine Spannungsdetektorschaltung vorzusehen, wie sie
in Figur 10 dargestellt ist. Ein Abtastsignal Samp besitzt in
jeweils 10 Sekunden eine aktive Periode von 2 Millisekunden und
während dieser aktiven Periode den Wert 0. Die Periode, in der
das Signal Samp den Pegel 0 besitzt, wird nachfolgend als
Abtastzeittakt bezeichnet. Wird ein Transistor 40 in den EIN-
Zustand geschaltet, so wird dem Komparator 20, dem Widerstand
21 und der Referenzspannungs-Generatorschaltung 22 Energie
zugeführt, so daß es möglich wird, die Spannung (VDD - VSS) der
Sekundärbatterie zu detektieren. Während des Abtastzeittaktes
wird das Signal LIM durch ein UND-Gatter 42 auf den Pegel 0
geschaltet, wodurch es möglich wird, einen Ladestromfluß in die
Sekundärbatterie und Fehldetektierungen der Spannung zu
vermeiden. Ein Zwischenspeicher 41 dient zur
Zwischenspeicherung des Ausgangssignals des Komparators 20 während des
Abtastzeittaktes und hält den Zwischenspeicherzustand bis zum
nächsten Abtastzeittakt fest. Ein Speichersignal Latch wird
synchron mit dem Signal Samp als Taktsignal für den
Zwischenspeicher 41 mit einem Pegel 0 für 1 Millisekunde erzeugt. Das
durch den Komparator 20 erzeugte Signal wird an der
Hinterflanke des Signals Latch in den Zwischenspeicher 41 eingegeben.
Die Spannungsdetektorschaltung nach Figur 10 bewirkt eine
Verringerung des Energieverbrauchs und verhindert darüber
hinaus eine Fehidetektierung der Spannung der Sekundärbatterie.
Da nämlich dem Komparator 20, dem Widerstand 21 und der
Referenzspannungs-Generatorschaltung 22 mit Ausnahme während
des Abtastzeittaktes keine Energie zugeführt wird, ist der
Stromverbrauch geringer. Selbst wenn die Sekundärbatterie einen
vergleichsweise kleinen Innenwiderstand besitzt und die
Spannungsdetektorschaltung einen Aufbau nach Figur 10 besitzt,
ist es möglich, den Energieverbrauch zu verringern. Es ist
darauf hinzuweisen, daß die Periode des Abtastzeittaktes und
die Abtastbreite in Abhängigkeit von baulichen Anderungen der
Sekundärbatterie usw. geändert werden können. Bei den
obenbeschriebenen Ausführungsformen ist die parasitäre Diode des
Motortreiber-FET als Gleichrichterelement beschrieben.
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Die obenbeschriebene analoge elektronische Uhr besitzt den
Vorteil, daß eine Überladung der Sekundärbatterie ohne äußere
elektronische Schaltungen und Lademechanismen verhindert werden
kann. Daher wird das Erscheinungsbild der elektronischen Uhr
nicht verändert, so daß die vorliegende Erfindung in einer
dünnen eleganten Uhr realisierbar ist, wobei es weiterhin
möglich ist, eine kleine und billige analoge elektronischr Uhr
zu realisieren. In bisher bekannten elektronischen Uhren muß
die Bewegung der die Zeit anzeigenden Zeiger während der
Aufladung der Sekundärbatterie gestoppt werden. Es ist jedoch
möglich, die Sekundärbatterie einer analogen elektronischen Uhr
gemäß vorliegender Erfindung bei sich bewegenden die Zeit
anzeigenden Zeigern durchzuführen, wodurch der genaue Gang
erhalten bleibt, so daß ein erneutes Einstellen der Zeiger nach
dem Aufladen der Sekundärbatterie nicht notwendig ist. Die
Wicklung zur Aufladung der Sekundärbatterie dient weiterhin als
Wicklung für den Antrieb des Schrittmotors, während parasitäre
Dioden als Gleichrichterschaltung wirken, so daß kein
Spannungsbegrenzerelement notwendig ist. Speziell werden bei der
obenbeschriebenen Ausführungsform vorliegender Erfindung
MOSFETs für den Antrieb des Schrittmotors als Kurzschlußmittel
für die Wicklung des Schrittmotors benutzt, um sicherzustellen,
daß der Rotor des Schrittmotors nicht mehr rotiert, bevor die
Aufladung der Sekundärbatterie ausgelöst wird.