Преобразователь напряжения для кварцевых наручных часов Советский патент 1989 года по МПК H02M3/335 

(1Ь

со

Од

сл

Изобретение относится к преобразованию электрической энергии и может быть использовано для создания преобразователей постоянного напряжения в постояннбс для кварцевых наручных часов, работакидих от серебряно- цинковьгх элементов с ЭДС 1 ,55 В.

Целью изобретения является улучшение качества напряжения на выходе устройства путем уменьшения пульсаций и времени нарастания при увеличении нагрузки.

На фиг.1 изображена принципиальная схема устройства; на фиг.2 - вариант выполнения детектора изменения нагрузки; на фиг.3 - временные диаграммы работы преобразователя.

Преобразователь напряжения (фиг.1) содержит ячейку умножения, образованную четырьмя основными МОП-транзисторами 1 - 4 и дополнительным МОП-транзистором 5 и конденсатором 6. Сглаживающий конденсатор 7 вклнзчен параллельно нагрузке 8 между общей 9 и выходной 10, шинами. Затвор МОП-транзистора 1 соединен с выходом инвертора, образованного МОП-транзисторами 11,12, вход инвертора соединен с затвором МОП-транзистора 3 и выходом кольцевого генератора, выполненного на инверторах И-НЕ 13 - 16 и элементе ИЛИ-НЕ 17. Вход элемента ИЛИ-НЕ 17 соединен с первым выходом делител 18, на котором формируется меандр с частотой следования импульсов от 32 до 1000 Гц, а выход элемента ИЛИ-НЕ 17 соединен с входом формирователя, вьтолненного в виде триггера на инверторах 19-21, выходы которого сое- динены с входами преобразователя уроней, выполненного в виде триггера на МОП-транзисторах 22-27.

Выход преобразователя соединен со входами инверторов, выполненных на МОП-транзисторах 28-31, исток МОП- транзистора 28 соединен с общей шиной 9 через ключевой элемент, выполненный в вуще МОП-транзистора 32, затвор KoTijporo соединен с выходом детектора 33 изменения нагрузки. Вход детекто1)а изменения нагрузки соединен с вторым выходом делителя 18,на котором гЬормируется меандр с частотой следования г импульсов I Гц На вход лелмтели подаются стабилизированные по частоте импульсы от квар иевого 1 еяерлтора 34.

5 0 5 0

5 j-

0

Отношение W/L для МОП-транзисторов 1-4 выбирается в пределах от 20 до 40, а для МОП-транзистора 5 - в пределах от 4 до 8, что обеспечивается существенное различие постоянных времени разряда конденсатора 7 и при включении МОП-транзистора 5 и одновременном включении МОП-транзисторов 5 и 2.

Детектор изменения нагрузки (фиг.2) содержит регистр сдвига, вы- пблненный на П-триггерах 35-38, два D-триггера 39,40, инверторы 41,42, элементы И 43,44 и преобразователь уровней, выполненный на МОП-транзисторах 45-50, включенных по схеме триггера.

Преобразователь напряжения работает следующим образом.

Кварцевый генератор 34 вырабатывает времязадающие импульсы с частотой, составляющей для кварцевых наручных часов 32 768 Гц, которые преч- образуются в делителе 18 в две последовательности импульсов - меандры с частотой п Гц на 1 Гц, где п составляет 32-1000. Поступающий на кольцевой генератор меандр с частотой п Гц преобразуется в две последовательности импульсов, вырабатьшаемых на выходах логических элементов 14,, 18, которые смещены на некоторое At, определяемое задержкой распространения сигнала. МОП-транзисторы 1 и 3, которые во включенном состоянии отделены электрически от выходной шины 10 закрытыми МОП-транзисторами 2,4,5 управляются с выходом инвертора 14: МОП-транзистор 3 непосредственно, а МОП-транзистор 1 г через инвертор на МОП-транзисторах 11,12, который обеспечивает смещение отрицательного уровня на затворе МОП- транзистора 1 до напряжения на его стоке, которое в установившемся режиме колеблется в пределах -1,5 + + -2,8 В. МОП-транзисторы 2,А и 5, связанные электрически с выходной шиной 10, управляются через преобразователь уровней, вьтолненный rta МОП-транзисторах 22-25. Формирователь вьтолненный на логических элементах 19-21, разделяет снимаемые с выхода элемента ИЛИ-НЕ 17 сигналы на две последовательности импульсов, находящихся в противофазе, необходимые для работы преобразователя .уровней. На выходе преобразователя уровней включены инверторы на МОП-транзисторах 28-31, обеспечивающие усиление сигнала по току.

Допустим схема находится в состоянии, при котором МОП-транзисторы 1,3 включены, а 2,4,5 - выключены. В этом состоянии конденсатор 6 заряжается через открытые транзисторы 1,3, а конденсатор 7 разряжается через нагрузку 8. В конце стадии заряда конденсатор оказывается заряженным до напряжения - Е,, а конденсатор 7 - разряженным до некоторого напряжения . В следующем состоянии схемы МОП-транзисторы 1,3 выключены, а 2,4 или 2,4,5 - включены. В этом состоянии схемы конденсатор 6 разряжается через МОП-транзисторы 2,4 или 2,4,5 на конденсатор 7 и нагрузку 8, а конденсатор 7 - заряжается. По окончании стадии р азряда напряжение на конденсаторе 6 уменьшается до некоторого значения з напряжение на конденсаторе 7 - увеличивается до значения UjjjancВ установившемся режиме (интервал времени t j) величины мин фиксируются на постоянном уровне, определяемом внутренним сопротивлением нагрузки 8, частотой следования импульсов п и параметрами элементов схемы.

Таким образом, в процессе работы преобразователя на выходной шине 10 вырабатывается напряжение, меняющееся за время одного цикла (1/п с) в пределах b gn, 1 ммн- UM«KC.

Изменение нагрузки 8 происходит в моменты времени t,,t j- синхронно с появлением секундного импульса. Детектор изменения нагрузки 33 (фиг.2) обеспечивает формирование из последовательностей импульсов пГц и 1 Гц сигналов, синхронных с сигма- лом 1 Гц и длительностью К/п с, где К - число триггеров в регистре сдвига; для варианта схемы, изображенного на фиг.2 К 4. Регистр сдвига на триггерах 35-38 осуществляет задержку в схеме на 4 такта, а на триггерах 39,40 вместе с комбинационной логикой, выполненной на логических элементах 41-44, обеспечивают формирование на выходах триггера 40 импульсов длительностью 4/п с, синхрон- ньос с сигналом I Гц. Преобразователь уровня, выполненный на МОП-транзисторах 45 - 50 осуществляет смещение уровня ЛОГ.1 от 1,5 В до 1потен- циала на шине 10 около - 2,88 В. Появление потенциала низкого уровня на выходе детектора изменения нагрузки 33 приводит к открыванию МОП-транзистора 32, благодаря чему на выходе инвертора на МОП-транзисторах 28,29 формируются перепады напряжения,

0 обеспечивающие включение МОП-транзистора 2 синхронно с МОП-транзистором 5 (фиг.З). Поключение МОП-транзистора 2 с большим отношением W/L уменьшает постоянную времени заряда конден5 сатора 7.

Сочетание в предлагаемом преобразователе малого уровня пульсаций С малой инерционностью открывает возможность создания на его основе квар0 цевых наручных часов, обладающих

большим сроком службы и хорошей читаемостью жидкокристаллического индикатора, что обеспечит повышение технических и потребительских качеств

5 кварцевых наручных часов.

Формула изобретения

1. Преобразователь напряжения для 0 кварцевых наручных часов, содержащий ячейку умножения, состоящую из четырех МОП-транзисторов и конденсатора, исток первого МОП-транзистора соединен с шиной источника питания, сток

с первой обкладкой конденсатора и г

стоком второго МОП-транзистора, исток которого соединен с выходной шиной,исток третьего МОП-транзистора соединеной с общей шиной, второй обкладкой конденсатора и

стоком четвертого МОП-транзистора, исток которого соединен с шиной источника питания, преобразователь уровней, на выходе которого включен первый инвертор, выход которого соединен с затвором второго МОП-транзистора, цепь питания соединена с выходной шиной, и кольцевой генератор, выполненный в виде цепочки из четырех

последовательно соединенных инверторов, включенных между выходом и первым входом элемента ИЛИ-НЕ, -второй вход которого соединен с первым выходом делителя частоты, к входу которого

подключен выход кварцевого генератора, а также сглаживающий конденсатор, который включен между выходной и обей чинами, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества

напряжения на выходе устронства путем уменьшения пулыаци и времени нарастания при увели 1ении нагрузки, в него введены ,детектор изменения нагрузки, ключевой элемент, формирователь, щестой и седьмой инверторы и дополнительный МОП-транзистор, сток которого соединен со стоком, исток - с истоком второго МОП-транзистора, а затвор - с выходом шестого инвертора, вход которого соединен с выходом преобразователя уровней, первый инвертор соединен с общей шиной через ключевой элемент, вход которог соединен с выходом детектора изменения нагрузки, седьмой инвертор включен между первой обкладкой конденсатра и общей шиной, его вход соединен с затвором третьего МОП-транзисто- ра и точкой соединения второго и третьего инверторов кольцевого гене- ратора, а выход соединен с затвором первого МОП-транзистора, выход элемента ИЛИ-НЕ соединен через формирователь с выходами преобразователя уровней, а первый инвертор кольцевого генератора имеет второй вход, который соединен с затвором дополнительного МОП-транзистора.

2.Преобразователь по п.1, о т - личающийся тем, что преобразователь уровней выполнен в виде триггера.

3,Преобразователь по п.I, о т л чающийся тем, что формирова тель выполнен в виде триггера.

.-

10

jcсп . и-

976958

4. Преобразователь по п.1, о т - личаюпийся тем, что детек- тор изменения нагрузки содержит ре гистр сдвига, который выполнен на D-триггерах, два D-триггера, для инвертора, два элемента И и преобразователь уровней, тактовый вход триггеров регистра сдвига соединен с выходом первого элемента И, первый вход которого соединен с инверсным выходом последнего триггера и D-BXO- дом первого триггера регистра сдвига, второй вход через первый инвертор соединен с первым выходом делителя, а третий вход соединен с вторым выходом делителя и через второй инвертор - с первым входом второго элемента И, второй вход которого соединен с вторым входом первого элемента И, тре гий вход - с прямым выходом последнего триггера регистра, а выход соединен с тактовым входом первого D-триггера, D-вход которого соединен с третьим входом второго элемента И, R-вход - с первым входом первого элемента И, а прямой выход - с R-БХОдами триггеров регистра сдвига, инверсный выход предпоследнего триггера регистра сдвига соединен с D-входом второго D-триггера, тактовый вход которого соединен с выходом первого элемента И, а выходы - с входами преобразователя уровней.

25

30

35

Изобретение относится к преобразованию электрической энергии и может быть использовано для создания преобразователей постоянного напряжения в постоянное для кварцевых наручных часов. Целью изобретения является улучшение качества напряжения на выходе устройства путем уменьшения пульсаций и времени нарастания при увеличении нагрузки. Преобразователь напряжения содержит конденсаторную ячейку умножения, выполненную на четырех МОП-транзисторах 1-4, преобразователь уровней, кольцевой генератор, дополнительный МОП-транзистор 5, включенный параллельно выходному МОП-транзистору 2 ячейки, детектор 33 изменения нагрузки и формирователь на элементах 19-21. 3 з.п.ф-лы, 3 ил.

Регистр сдвига

к быВодд 1Г dttamu 1в

к 1н6оЗд пГи Оио- тем 18

кштяЮ

Фанг

кятйорцтя - mpiMS2

п

- Включенное состояние

Состояние МОП тр-ра 2

пп п

Состояние fiOn mp-poS4,5

пппппппппппппп

Состояние ПОПпр-ро61,3

ппппппппппппппп

Выход детектора изменения нагрузки 33

2 Вывод

делителяЮ

/ SbiSod делителя IB /«пГи

ti ti

итга uu uu

if

ts

u u u

ts-ti- Фие.З

ппп

u

ts

ts

u u u u