專利名稱：模擬電子表的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種充電式模擬電子表的充電電路。
先有的模擬電子表的充電方式有在字碼顯示板的一處裝配太陽能電池，利用太陽能電池的能量給二次電池充電的方法;還有像特開昭52-154665號、特開昭49-118467號和實新公告56-4240號等專利那樣，在手表殼外部裝有充電用的端子，通過與外部電源相接，給二次電池充電的方法。另外，還有像特開昭61-29783號專利那樣，在時鐘內裝有電磁耦合線圈，從外部施加交流磁場，通過整流二極管等充電電路給二次電池充電的方法;以及像特公告60-15035號專利那樣利用時鐘驅動電機的線圈，充電時將時鐘驅動電路與線圈斷開，并與特開昭61-29783號專利一樣，利用外部交流磁場給二次電池充電的方法。
但是，先有技術存在以下幾個問題第一，太陽能電池方式和充電端子方式從設計上制約了手表的大小，對裝飾美要求高的模擬電子表，難以采用。
第二，特開昭61-29783號的電磁耦合方式除有時鐘驅動電機線圈、電磁耦合線圈外，還必需備有充電電路用的整流二極管等元件，所以，使設計空間增大，并且成本相應提高。
第三，特公告60-15035號的時鐘驅動電機線圈兼用方式，為使平時指針走時時，線圈與時鐘驅動電路連接而充電時，線圈與充電電路連接，必需具有一個轉換開關機構，此外，還需有充電電路用的整流二極管，所以，必須考慮設計空間的制約、成本提高因素及開關機構的可靠性等問題。再者，充電時線圈與時鐘驅動電路斷開后，(指針)便停止，所以，充電之后還必須重新對時，很不方便。
本發(fā)明就是為了解決上述問題而提出來的，其目的在于提供一種不必特殊另外附加電子電路和充電機構，只在現(xiàn)有的模擬電子表的集成電路中附加少量邏輯電路構成充電式模擬電子表，可以實現(xiàn)小型化，低成本，并且可在指針運行的同時進行充電。
本發(fā)明的模擬電子表的特征是在模擬電子表中至少具有步進電機、驅動上述步進電機的開關元件和可充電的二次電池，利用外部交流磁場，使上述步進電機的線圈中感生交流電壓，通過與上述開關元件相并連的PN結進行整流，便可給上述二次電池進行充電。
另外，本發(fā)明的模擬電子表的特征是;在模擬電子表中至少具有可充電的二次電池、步進電機、將上述步進電機的線圈兩端與上述二次電池的正極相連接的兩個開關元件、將上述步進電機的線圈兩端與上述二次電池的負極相連接的兩個開關元件、與上述各開關元件相并連的PN結，并利用外部交流磁場，使上述步進電機的線圈中感應交流電壓，通過上述PN結進行整流，便可給上述二次電池進行充電，在從上述步進電機驅動脈沖的前沿開始的10毫秒?yún)^(qū)間之外，上述各開關元件中至少有三個處于截止狀態(tài)。
最后，本發(fā)明的模擬電子表的特征是;在模擬電子表中至少具有步進電機、驅動上述步進電機的開關元件、與上述開關元件相并連的PN結、可充電的二次電池、上述二次電池的電壓檢測器和與上述電壓檢測器相連接的充電控制電路，利用外部交流磁場，使上述步進電機的線圈中感應交流電壓，并通過上述PN結進行整流，便可給上述二次電池進行充電，當上述電壓檢測器檢測到上述二次電池的充電電壓達到予先設定的數(shù)值時，便通過上述充電控制電路，使上述步進電機的線圈在上述步進電機的驅動脈沖輸出時間以外短路。


圖1是本發(fā)明的一個實施例的電路圖;
圖2(a)、(b)是構成寄生二極管的PchMos型FET的剖面圖;
圖3是充電時的電流通路(全波整流)圖;
圖4是充電時的電流通路(半波整流)圖;
圖5是充電定時和電機驅動定時的時間圖;
圖6是產生“選擇”信號的邏輯電路工作的時間圖;
圖7是電機線圈中通過反向感應電流圖;
圖8是轉子的轉動圖;
圖9限幅器工作時的電流通路圖;
圖10(a)、(b)是采樣式電壓檢測電路的電路圖;
圖11是以旁路靜電輸入的二極管作為整流元件時的充電電路圖。
下面，根據(jù)實施例詳細說明本發(fā)明。圖1是本發(fā)明的實施例的電路圖，1是振蕩電路，通常，是由時鐘里的小型晶體振蕩器產生原振為32768赫的標準信號，2是分頻電路，用來將上述標準信號順序進行分頻，產生電路工作所需要頻率的信號;3是電機驅動波形合成電路，用來產生電機驅動所需要的各種定時脈沖波形;4是轉動檢測電路，通常在輸出電機驅動脈沖(以后稱為P1)時，用來檢測電機是處在轉動狀態(tài)，不是處在停止狀態(tài)，如果是停止狀態(tài)，便將該信號反饋給電機驅動波形合成電路3，以便輸出修正的電機脈沖(以后稱為P2);5是磁場檢測電路，當時鐘受外部磁場影響時，為了提高電機帶動指針的可靠性，便將P1切斷，而輸出P2。上述3、4、5電路是大家所熟知的特開昭54-75520號、特開昭54-77162號和特開昭55-87977號等專利所用的模擬電子表的低能耗驅動電路;6是電機驅動電路，由電機驅動器的PchMOS型FET(場效應晶體管)12、13和NchMOS型FET14、15構成(以后簡稱為FET)。在本發(fā)明中，F(xiàn)ET12～15的寄生二極管16～19作為整流元件起著重要的作用。圖2中示出了PchMOS型FET的剖面圖，其結構是在源極與基片間形成PN結D1，在漏極與基片間形成PN結D2。當FET用于電機驅動器時，由于源極和基片是作為同電位使用的，所以，PN結D1不起作用，只有PN結D2具有二極管的功能，稱D2為寄生二極管，漏極作為正極，基片與源極作為負極。另外，NchMOS型FET則與PchMOS型FET相反，寄生二極管的正極是基片與源極，負極是漏極。由于本發(fā)明以這種寄生二極管作為整流元件，所以，不需另外附加整流元件是本發(fā)明一大特征。圖1中的7是步進電機的線圈(以后稱為電機線圈)，指針走時時，利用控制FET12～15的導通/截止來驅動電機;充電時，時鐘外部充電器11產生的交流磁場與電機線圈7交鏈，通過電磁感應，在電機線圈7中感應出交流電壓，經(jīng)寄生二極管16～19組成的整流電路給二次電池8充電。利用二次電池8存儲的能量驅動時鐘。下面，詳細說明充電時的電流通路。如圖3所示，當電機線圈7中產生的交流電壓，其右端為高電位時，電流沿箭頭34(虛線)所示的路徑流通;當電機線圈7的左端為高電位時，電流沿箭頭35(點畫線)所示的路徑流通，總之，不論那端電位高，電流都是沿著給二次電池8充電的方向流通，故是全波整流。為了實現(xiàn)上述全波整流，必須控制FET12～15都處于截止狀態(tài)，如果有一個FET處于導通狀態(tài)，就成為半波整流，其電流通路如圖4所示在圖4中，由于只有FET13被控制為導通狀態(tài)，所以，寄生二極管17的兩端被短路，破壞了二極管電橋。于是，當電機線圈7的右端電位高時，電流沿箭頭36(虛線)所示的路徑流通，給二次電池8充電;當電機線圈7的左端為高電位時，電流沿箭頭37(點畫線)所示的路徑流通即寄生二極管16-FET13-電機線圈7構成閉環(huán)，不能給二次電池8充電，成為半波整流，充電效率降低一半。另外，后面在介紹限幅器的控制時將要說明，當FET12和13都導通或FET14和15都導通時，完全不能給二次電池8充電。因此，為了構成充電效率最高的整流電路，必須使FET12～15都處于截止狀態(tài)。
如果控制FET12～15一直處于截止狀態(tài)，那就不可能驅動步進電機，在本實施例中，為了在驅動步進電機的同時能夠充電，利用圖5所示的時間圖，控制步進電機驅動定時時間和充電定時時間。在本實施例中，把指針走時的周期定為1赫，所有的定時都與分頻電路2輸出的“1赫”信號同步。從上述“1赫”信號的后沿到117.2毫秒之間是步進電機驅動定時，該步進電機驅動定時時間的后沿至下一個“1赫”信號后沿之前的882.8毫秒為充電定時，以后，按照步進電機驅動定時-充電定時-……的順序反復進行，可見實際充電的時間為1秒中的882.8毫秒，充電效率大約減小10%。按照這種方式控制，在指針走時時，就可以同時進行充電，這樣，便可維持時鐘的計時基本功能。下面，說明這時的電路工作情況。圖1的充電控制電路9用來轉換步進電機驅動定時和充電定時，充電控制電路9內的選擇信號(產生“選擇”信號的與門33和或門32的時間圖如圖6所示。分頻電路2輸出的“64赫”、“32赫”、“16赫”和“8赫”等各種信號輸給與門33，與門33輸出的信號及分頻電路2輸出的“4赫”、“2赫”和“1赫”等信號輸給或門32，或門32輸出“選擇”信號。)從1赫的后沿到117.2毫秒之間為零，這時，輸給FET12的控制極信號GP1選擇與/或選擇器25、26、23中的與門25導通，輸出GP01作為GP1。另外，輸給FET14的控制極信號GN1的與門27也輸出GN01。同理，輸出GP02作為FET13的控制制極信號GP2，輸出信號GN02作為FET15的控制極信號GN2。GP01、GN01、GP02和GN02是電機驅動波形合成電路3的輸出信號，用來形成SP0、SP1、P1、SP2和P2一連串電機驅動脈沖。(SP0和SP1表示磁場檢測脈沖，P1表示第一電機脈沖，SP2表示轉動檢測脈沖，P2表示第二修正電機脈沖，詳細情況，請參看特開昭60-260883號公報。)因此，在“選擇”信號等于零的區(qū)間，進行步進電機驅動。下面說明“選擇”信號等于1時，即充電定時的情況，這時，電壓檢測電路10(后面介紹限幅器的控制時將說明)的信號為1，如果“選擇”信號等于1，則輸出信號GP1的與/或選擇器25、26、23中的與門26導通，從而使GP1＝“限幅”信號＝1。同理，使GP2＝“限幅”信號＝1，另外，當輸出信號GN1的與門27在“選擇”信號為1時輸出為0，從而使GN1＝0。同理，使GN2＝0。于是，F(xiàn)ET12～15與電機驅動波形合成電路3的輸出信號無關，全部被控制為截止狀態(tài)，可以充電。
其中，從輸出P2到充電定時之前的時間為Ti＝25.4毫秒，這是實現(xiàn)穩(wěn)定的步進電機驅動所需要的時間，下面說明其理由目前，步進電機的驅動方式，如特公昭57-40759號專利所提出的方案在電機脈沖輸出之后，將電機驅動器Pch端的兩個FET或Nch端的兩個FET控制為導通狀態(tài)，在電機線圈中流過反向感應電流，對轉子進行制動，從而得到穩(wěn)定的步進電機驅動。圖7表示電機線圈中流過的電流，如果電機線圈中沒有反向感應電流流通，則電流為虛線所示的電流波形，實際上由于有反向感應電流，所以電流為實線所示的電流波形。當轉子停止轉動時，反向感應電流消失，所以，在圖7中電流值為零的時刻。就是轉子停止轉動的時刻。但是，在充電定時期間，由于FET12～15全部處于截止狀態(tài)，所以，一旦從電機驅動脈沖之后進入充電定時狀態(tài)，便不能再期望反向感應電流產生制動作用，于是，就不能穩(wěn)定地驅動步進電機。結果，當通常的兩極步進電機必須轉動180°的時候，不能停止在正規(guī)的磁穩(wěn)定點上，會引起返折轉動或二次轉動等現(xiàn)象。圖8示出了正常轉動(180°)、返折轉動和二次轉動的情況。因此，在本實施例中，當輸出電機脈沖后，先使PchFET12和13處于導通狀態(tài)，待定子完全停止之后，再使FET12～15全部處于截止狀態(tài)，進入充電定時。這樣，既能穩(wěn)定地驅動步進電機，同時又可以進行充電。此外，在本實施例中，考慮了余量取Ti＝25.4毫秒，但是，對于通常手表中的步進電機，還會隨轉子的慣性和驅動脈沖的寬度而有所不同，如果取Ti＝20毫秒，則轉子停轉之后，立刻便可進入充電定時狀態(tài)。
另外，在本實施例中為了使Ti＝25.4毫秒，而把選擇信號等于零的區(qū)間取為117.2毫秒。也就是說，從“1赫”信號的后沿開始輸出一連串的電機驅動脈沖，從“1赫”信號的后沿經(jīng)過91.8毫秒后，輸出P2。由于“選擇”信號還與“1赫”信號同步地等于零，所以，有Ti＝117.2-91.8＝25.4(毫秒)。因此，通過改變圖1中的與門33和或門32的邏輯，即可改變選擇信號等于零的區(qū)間寬度，從而可以很方便地得到適合任意步進電機的最佳定時。在本實施例中，是根據(jù)輸出P2的時間來計算Ti的，這是因為充電時磁場是根據(jù)SP0或SP1進行檢測而變成P2脈沖驅動的緣故，但是，對于只有P1脈沖驅動而不檢測磁場的時鐘，也可以根據(jù)輸出P1的時間進行計算。
另外，為了實現(xiàn)穩(wěn)定的電機驅動，在本實施例中，將時鐘外部充電器11產生的交流磁場的頻率設定為1千赫。如果這個頻率太低，則轉子會被交流磁場感應而引起共振轉動、指針走錯和指針抖動等現(xiàn)象。本實施例的轉子的直徑為1.2毫米，實驗證明，只要頻率大于600赫，這一直徑的轉子就會與交流磁場同步，轉子的慣性矩不會影響步進電機的驅動。
下面，說明充電時的限幅控制。目前所使用的二次電池，如果由于過充電而超過耐壓數(shù)值，將會降低電池的性能或者損壞電池。因此，通常需要監(jiān)測圖1中二次電池8的充電電壓值，使之不超過耐壓數(shù)值，電壓檢測電路10就是為了檢測二次電池的電壓而設置的。其中，21是二次電池電壓的降壓電阻，用來將二次電池電壓(VDD-VSS)限制在比較電路20的工作范圍之內;22是基準電壓發(fā)生電路，它的輸出電壓值是限幅設定值降壓后的數(shù)值，其降壓比與降壓電阻21的降壓比相同。這樣，當二次電池電壓值超過限幅設定值時，比較電路20便可準確地檢測出來，這時，比較電路20輸出的“限幅”信號為零，所以，必須將限幅設定值設定為不超過二次電池8的耐壓數(shù)值。限幅器的工作信號即“限幅”信號為零時，如果“選擇”信號等于1，即處于充電定時狀態(tài)時，如前所述，電路的工作狀態(tài)是GP1＝GP2＝“限幅”信號，GN1＝GN2＝0。即“限幅”信號＝0，則PchFET12和13導通，而NchFET14和15截止。圖9示出了限幅器工作時的電流通路，在圖9中，當電機線圈7的右端電位高時，電流沿箭頭38(虛線)所示的路徑流通;當電機線圈7的左端為高電位時，電流沿箭頭39(點畫線)所示的路徑流通。這樣，電流就會有限制地流過二次電池8，從而可以防止過充電。另外，在本實施例中，設定限幅器工作時，PchFET12和13導通，但是，如果反過來設定NchFET14和15導通，作用也是相同的。還有，在本實施例中，電壓檢測電路10通常監(jiān)測的是二次電池8的電壓，但是，當使用內阻大的二次電池時，則必須利用采樣方式檢測電壓，當采樣時必須先使限幅器工作。也就是說，充電時，二次電池電壓的表觀電壓將會因充電電流在內阻上的壓降而增高，從而使誤檢測的危險性也增大。因此，對于這種情況，必須采用圖10所示的電壓檢測電路。下面說明該電路的工作情況。在2毫秒信號的有源期間，“采樣”信號為零，每10秒鐘出現(xiàn)一次有源期間。(下面把“采樣”信號＝0的期間叫做采樣時間。)在采樣時間內，通過使晶體管40處于導通狀態(tài)，接通比較電路20、降壓電阻21和基準電壓發(fā)生電路22的電源，從而可以檢測二次電池電壓(VDD-VSS)。另外，采樣時利用與門42強制地使“限幅”信號等于零，起動上述限幅器使充電電流不流過二次電池，從而可防止電壓誤檢測。自鎖電路41在采樣時鎖定比較電路20的輸出，直至下一個采樣之前仍保持該狀態(tài)。自鎖電路41的時鐘信號即“自鎖”信號與“采樣”信號同步，在1毫秒期間等于零，在“自鎖”信號的前沿將比較電路20的輸出信號輸給自鎖電路41。采用圖10所示的電壓檢測電路，除了可以防止二次電池電壓的誤檢測，還可以節(jié)省電能。也就是說，由于不采樣時比較電路20、降壓電阻21和基準電壓發(fā)生電路22與電源不通，沒有電流流通，所以不消耗電能。即使使用內阻不太大的二次電池，采用圖10所示的電壓檢測電路也可以減少電能消耗。這里舉出的采樣周期和采樣寬度只是一個例子，還可以根據(jù)不同系統(tǒng)的需要進行變換。
如上所述，按照本實施例，由于僅將電機驅動器FET形成閉環(huán)便可構成限幅電路，特別是由于不必另外附加限幅元件，所以，只在現(xiàn)有的模擬電子表所用的集成電路中附加少量邏輯電路，而不必外加電子電路和充電機構，便可制成充電式模擬電子表。因此，在設計方面可以提供與通常的薄型裝飾手表沒有任何區(qū)別的小型充電式電子表。此外，由于沒有增加提高成本的因素，所以，可以提供價格低的充電式電子表。
以上介紹的是將電機驅動器FET的寄生二極管作為整流元件的實施例，但是，本發(fā)明的應用范圍并不只限于這種情況，例如，也可以采用圖11所示的那種結構。其中，43～46是開關元件。當這種結構不能形成寄生二極管、或者雖能形成寄生二極管但不能通過電流時，只要附加上47～50所示的二極管，便可獲得與寄生二極管方式完全相同的作用。另外，二極管47～50的電路結構與通常的用來旁路靜電輸入的二極管完全相同，所以，也可以把這種用來旁路靜電輸入的二極管作為整流元件使用，這樣，便可不必特別另外附加作為整流用的二極管，因此，也不會增大電子表所用的等成電路的面積。
如上所述，按照本發(fā)明，在至少具有電機驅動電路、步進電機和可充電的二次電池作為驅動電源的模擬電子表中，將MOS型FET用于上述電機驅動電路，利用外部交流磁場在上述步進電機的線圈中感應交流電壓，通過上述MOS型FET的基片與漏極之間形成的寄生極管進行整流，便可給上述二次電池進行充電，充電線圈可兼用步進電機的線圈，整流電路可以利用寄生二極管。另外，如實施例所述，作為限幅電路，可以利用電機驅動器FET。因此，只在現(xiàn)有的模擬電子表所用的集成電路中附加少量邏輯電路，不需特別外加電子電路和充電機構，便可制成充電式模擬電子表，并且效果很好，這種小型充電式電子表在設計方面與通常的薄型裝飾手表沒有任何區(qū)別。此外，由于沒有增加提高成本的因素，所以，可以提供價格低的充電式電子表。按照本實施例，在電機驅動指針運行的同時可以進行充電，這與充電時必須使提針停止運行的情況相比，不會影響電子表的正常走時，所以，不必再考慮充電后重新對時的問題。
另外，按照本發(fā)明，在至少具有可充電的二次電池、步進電機、將上述步進電機的線圈的兩端與上述二次電池的正極相連接的兩個開關元件、將上述步進電機的線圈的兩端與上述二次電池的負極相連接的兩個開關元件和與上述各開關元件相并連的PN結的模擬電子表中，在上述步進電機的驅動脈沖前沿之后的10毫秒?yún)^(qū)間以外，上述各開關元件中至少有三個處于截止狀態(tài)，這樣在電機驅動指針運行的同時可以進行充電，所以，充電線圈可兼用電機線圈。整流電路可用寄生二極管，并且不需要限幅元件，所以，只在現(xiàn)有的模擬電子表所用的集成電路中附加少量邏輯電路，便可制成不需外加電子電路和充電機構的充電式模擬電子表，從而可以提供在設計方面與通常的薄形裝飾手表沒有任何區(qū)別的小型充電式電子表，此外，由于沒有增加提高成本的因素，所以，可以提供價格低的充電式電子表。
最后，按照本發(fā)明，在至少具有步進電機、驅動上述步進電機的開關元件、與上述開關元件相并連的PN結、可充電的二次電池、上述二次電池的電壓檢測器和與上述電壓檢測器相連接的充電控制電路的模擬電子表中，當二次電池電壓值超過設定值時，只要將步進電機線圈的兩端短路便可形成防止過充電電路。如本實施例所述，如果利用電機驅動器MOS型FET作為線圈短路器，則不需增加新的限幅元件，效果也很好，集成電路的面積與通常的電子表所用的集成電路沒有什么區(qū)別，成本也不高。可見本發(fā)明為小型化價格低的充電式電子表作出了較大的貢獻。
權利要求
1.一種模擬電子表，其特征在于在至少具有步進電機、驅動上述步進電機的開關元件和可充電的二次電池的模擬電子表中，利用外部交流磁場在所述步進電機的線圈中感應交流電壓，通過與上述開關元件相并連的PN結進行整流，可以給上述二次電池進行充電。
2.按權利要求1所述的模擬電子表的特征在于用MOS型FET作為驅動步進電機的開關元件;作為PN結，利用的是MOS型FET的基片與漏極之間形成的寄生二極管。
3.按權利要求1所述的模擬電子表的特征是作為PN結，利用的是設置在步進電機的線圈輸入端用來旁路靜電輸入的二極管。
4.模擬電子表的特征在于在至少具有可充電的二次電池、步進電機、將所述步進電機的線圈兩端與所述二次電池的正極相連接的兩個開關元件、將所述步進電機的線圈兩端與所述二次電池的負極相連接的兩個開關元件和與所述各開關元件相并連的PN結，并利用外部交流磁場在所述步進電機的線圈中感應交流電壓，通過所述PN結進行整流，從而可給所述二次電池進行充電的模擬電子表中，在所述步進電機的驅動脈沖前沿之后的10毫秒?yún)^(qū)間以外，至少在所述各開關元件中有三個處于截止狀態(tài)。
5.模擬電子表的特征在于在至少具有步進電機、驅動所述步進電機的開關元件、與所述開關元件相并連的PN結、可充電的二次電池、所述二次電池的電壓檢測器和與所述電壓檢測器相連接的充電控制電路，并利用外部交流磁場使所述步進電機的線圈中感應交流電壓，通過所述PN結進行整流，從而可給所述二次電池進行充電的模擬電子表中，當上述電壓檢測器檢測所述二次電池的充電電壓值達到予先設定的數(shù)值時，便由所述充電控制電路在輸出所述步進電機的驅動脈沖時間以外，將所述步進電機的線圈短路。
全文摘要
本發(fā)明的模擬電子表，在至少具有步進電機、驅動所述步進電機的開關元件和可充電的二次電池的模擬電子表中，使外部交流磁場在所述步進電機線圈中感應的交流電壓，通過與所述開關元件相并連的PN結進行整流，在指針運行的同時，可給二次電池進行充電，不需外加電子電路和充電機構，從而可以提供小型化、價格低的模擬電子表。
文檔編號G04C10/00GK1032246SQ8810677
公開日1989年4月5日 申請日期1988年9月20日 優(yōu)先權日1987年9月21日
發(fā)明者吉野雅士, 早川求 申請人:精工愛普生株式會社