Spannungsregeleinrichtung für batteriegespeiste Geräte
Die Erfindung betrifft eine Sp annungsregeleinrich- tung mit einem Regler und einer Regelstrecke für batteriegespeiste elektronische Geräte.
Spannungsregeleinrichtungen dieser Art für batteriegespeiste elektronische Geräte sind an sich bekannt, sei es, dass die Regelung von Hand erfolgt, sei es, dass sie automatisch durch einen elektronischen Regler vorgenommen wird. Diese Regeleinrichtungen hatten aber bisher stets den schwerwiegenden Nachteil, dass sie falsche bzw. unbrauchbare Ergebnisse zeitigten, wenn die Batteriespannung unter einen Minimalpegel des Regelbereiches der Automatik absinkt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, diesen Nachteil zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass dem Regler ein Schwellwertschalter zugeordnet ist, der derart ausgebildet ist, dass er die geregelte Ausgangsspannung mit der Batteriespannung vergleicht und den Regler abschaltet, sobald die Batteriespannung einen Minimalpegel unterschreitet.
Damit ist eine Regeleinrichtung geschaffen, die es ermöglicht, je nach Betrag der Regelgrösse am Eingang oder der Belastung am Ausgang eines von zwei am Ausgang möglichen Niveaus der Regelgrösse einzustellen.
Welches der beiden Niveaus vorliegt, hängt dabei von einem im Regler festgelegten Schwellwert ab, durch den über das jeweils einzustellende Niveau entschieden wird.
Hat insbesondere das eine Niveau den Wert 0, dann ist die Regelgrösse somit entweder stationär 0 oder auf einem endlichen Wert stationär geregelt.
Eine solche Regeleinrichtung ist z. B. dann vorteil haft, wenn elektronische Messgeräte aus Batterien gespeist werden, wenn also die Eingangsgrösse schwanken kann. Schaltet man nämlich diese Regeleinrichtung zwischen Batterie und Messgerät, dann kann das Gerät nur mit der richtigen Betriebsspannung oder gar nicht benutzt werden. Die Überwachung des Betriebszustandes der Batterie entfällt dadurch und Fehlmessungen sind ausgeschlossen.
In einer vorteilhaften Verwendung der Erfindung ist die Spannungsregeleinrichtung in einem Messgerät angeordnet, in dem die Betriebsspannung durch einen Taster im Messkopf nur für die Zeitdauer der Messung auf den Messfühler geschaltet ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben; es zeigen
Fig. 1 eine Spannungsregeleinrichtung im Blockschaltbild,
Fig. 2 eine elektrische Schaltung der Spannungsregeleinrichtung,
Fig. 3 ein Temperaturmessgerät mit der Regeleinrichtung in schematischer Darstellung.
Bei einer Spannungsregeleinrichtung nach Fig. 1 wird die Eingangsspannung U1 auf einer Serienregelstrecke S durch den Regler R so geregelt, dass an Punkt 1 eine konstante Spannung U anliegt. Diese Spannung wird bei Punkt 2 als Schwellspannung an einen Schwellwerteingang Ts eines Schmitt-Triggers T gegeben, während an dessen Messwerteingang Tm die Spannung U1 von Punkt 4 liegt. Der Schmitt-Trigger vergleicht eine der Eingangsspannung U, proportionale Teilspannung mit U2. Wenn diese Teilspannung unterhalb des Schwdl- wertes U2 liegt, kippt der Schmitt-Trigger und verstellt momentan den Regler R so, dass dieser durch die Regelstrecke S die Spannung U abschaltet.
In Fig. 2 sind zunächst die gleichen Bausteine R, S und T wie in Fig. 1 verwendet. Zusätzliche Einzelheiten kommen jedoch hinzu. So sorgt eine Diode D2 zwischen Schwellwertschalter T und Regler R dafür, dass T nur dann auf R einwirkt, wenn T gekippt ist. Weiterhin besitzt die Regelstrecke S eine gleichspannungssperrende und Impulse übertragende Serieanordnung aus einer Diode D1 und einer Kapazität Ct im Nebenschluss. Dadurch entsteht beim Einschalten der Anordnung ein Impuls, der für eine kurze Zeit die Referenzspannung an Regler und Schwellwertschalter erzeugt und damit die Anordnung in Betrieb setzt. Der Vorteil der Verwendung einer nur Impulse übertragenden Verbindung zwischen S und R besteht darin, dass sich die Anordnung nicht mehr einschalten kann, nachdem sie sich selbst ausgeschaltet hat.
Sie kann also nur durch erneutes Anlegen der Versorgungsspannung U1 wie der eingeschaltet werden.
Die Funktion der Bausteine R, S und T wird nachstehend beschrieben:
Der Regler R ist ein elektronischer Serienregler. Er erzeugt eine Referenzspannung an R2 mit Hilfe in Durchlassrichtung betriebener Silizium-Dioden D4 und D, die einen geringen differentiellen Innenwiderstand haben. Die Messspannung für die Regelstrecke, die der Ausgangsspannung U proportional ist, wird am Spannungsteiler R11 - P1 - R4 - R3 / / R15 bei P1 abgenommen - der NTC-Widerstand R15 dient dabei zur Kompensation des Temperaturganges der Referenzspannung. Ein Transistor T1 vergleicht Mess- und Referenzspannung, verstärkt die Abweichung so, dass bei einer Vergrösserung der Ausgangsspannung U2 sein Kollektorstrom sinkt. Der Sollwert kann hierbei mit dem Potentiometer P1 eingestellt werden.
Ein Transistor T5 der Regelstrecke S wird durch den Kollektor des Transistors T1 über R5 an der Basis angesteuert und wirkt seinerseits auf einen Transistor T2, der als Längswiderstand die Ausgangsspannung U korrigiert. Durch einen Gleichspannungsverstärker aus den npn- und pnp-Transistoren T; und T2 wird die Rückwirkung der schwankenden Eingangsspannung Ut auf die Regelgüte soweit vermindert, dass eine Vorregelung auch bei grossem Spannungshub von Ut nicht benötigt wird. Die Kollektor-Basisstrecke des Transistors T, ist zur Vermeidung von HF-Instabilitäten mit einem Kondensator C2 überbrückt.
Die Regelung kann durch eine Störgrössenaufschaltung über Spannungsteiler R9 - P3 R2 und Rlo - R2 für den Emitter von T1 noch weiter verbessert werden.
Der Schwellwertschalter T arbeitet nach dem Prinzip des Schmitt-Triggers als Spannungsdiskriminator.
R8 stellt dabei den Schweliwerteingang Ts, R12 den Messwerteingang Tm von Fig. 1 dar. Transistor T4 ist leitend, solange ein an P liegender Teil Um der Messspannung U1 grösser ist als eine über R8 - R; - R13 der Spannung U proportionale Schwellspannung Us an R1. Es wird hier also aus schaltungstechnischen Gründen nicht wie in Fig. 1 U mit einem Teil U1 verglichen, sondern ein Teil Us von U2 mit dem Teil Um von U1. Das Ergebnis ist jedoch das gleiche wie in einer Anordnung nach Fig. 1.
Beim Unterschreiten des Schwellwertes Us durch Um an P2 wird Transistor T, über die Kopplung Rt T4 - R8 - R; - R15 über RG leitend. Dadurch kippt der Trigger in bekannter Weise und sperrt Transistor T4.
Über die Diode D2, deren Strom nur durch die Anordnung R13 - R3 / / R15 begrenzt wird, wird der Arbeitspunkt des Transistors T1 und damit der Sollwert des Reglers R soweit und solange verstellt, dass die Ausgangsspannung U2 verschwindet. Wenn die Spannung Um an P unterhalb des Abschaltschwellwertes Us bleibt, lässt sich die Ausgangsspannung nicht mehr durchschalten. Wenn sich die Spannung U1 jedoch wieder vergrössert, entsteht beim Einschalten über die Diode Dr durch die Kapazität C1 ein Schaltimpuls, der die Regelung erneut in Betrieb setzt. Eine Schalthysterese zwischen Abschalt- und Einschaltschwellwert von U1 besteht nicht, da die Versorgungsspannung des Triggers bei Abschaltung immer mitgeschaltet wird, während die Steuerspannung bestehen bleibt und der Trigger deshalb sofort in die Ausgangslage zurückkippt.
Eine vorteilhafte Anwendung eines bistationären Reglers in einem Messgerät, beispielsweise einem Temperaturmessgerät, zeigt Fig. 3. Ein Messwertgeber M, der einen der Brückenwiderstände B einer Messbrücke MB enthält und bei solchen Geräten im allgemeinen räumlich getrennt wird vom Messgerät, ist über ein Kabel mit diesem verbunden. Um den Verbrauch einer Batterie Q auf die reine Messzeit zu beschränken, wird eine Spannungsregelung U durch einen Taster T am Messwertgeber M nur während der Messzeit eingeschaltet. Es stellt sich bei Einschaltung sofort die Nennspannung für das Messgerät ein und das Gerät ist ohne weitere Kontrolle betriebsbereit.
PATENTANSPRUCH 1
Spannungsregeleinrichtung mit einem Regler und einer Regelstrecke für batteriegespeiste elektronische Geräte, dadurch gekennzeichnet, dass dem Regler ein Schwellwertschalter zugeordnet ist, der derart ausgebildet ist, dass er die geregelte Ausgangsspannung mit der Batteriespannung vergleicht und den Regler abschaltet, sobald die Batteriespannung einen Minimalpegel unterschreitet.
PATENTANSPRUCH II
Verwendung der Einrichtung nach dem Patentanspruch I in einem Messgerät, in dem die Betriebsspannung durch einen Taster im Messkopf nur für die Zeitdauer der Messung auf den Messfühler geschaltet ist.
Voltage regulator for battery-powered devices
The invention relates to a voltage control device with a controller and a control system for battery-powered electronic devices.
Voltage regulating devices of this type for battery-powered electronic devices are known per se, be it that the regulation is carried out manually or that it is carried out automatically by an electronic regulator. However, these regulating devices have always had the serious disadvantage that they produced incorrect or unusable results when the battery voltage falls below a minimum level of the automatic control range.
The invention is based on the object of avoiding this disadvantage.
According to the invention, this object is achieved in that the regulator is assigned a threshold switch which is designed such that it compares the regulated output voltage with the battery voltage and switches off the regulator as soon as the battery voltage falls below a minimum level.
This creates a control device which makes it possible, depending on the amount of the controlled variable at the input or the load at the output, to set one of two levels of the controlled variable possible at the output.
Which of the two levels is present depends on a threshold value set in the controller, which is used to decide on the level to be set.
If, in particular, one level has the value 0, then the controlled variable is either steadily 0 or controlled to a finite value.
Such a control device is z. B. advantageous when electronic measuring devices are powered by batteries, so when the input variable can fluctuate. If you switch this control device between the battery and the measuring device, then the device can only be used with the correct operating voltage or not at all. There is no need to monitor the operating condition of the battery and incorrect measurements are excluded.
In an advantageous use of the invention, the voltage regulating device is arranged in a measuring device in which the operating voltage is switched to the measuring sensor by a button in the measuring head only for the duration of the measurement.
An embodiment of the invention is shown in the drawing and is described in more detail below; show it
1 shows a voltage regulating device in a block diagram,
2 shows an electrical circuit of the voltage regulating device,
3 shows a temperature measuring device with the control device in a schematic representation.
In the case of a voltage regulating device according to FIG. 1, the input voltage U1 is regulated on a series regulating system S by the regulator R in such a way that a constant voltage U is present at point 1. At point 2, this voltage is given as a threshold voltage to a threshold value input Ts of a Schmitt trigger T, while the voltage U1 from point 4 is applied to its measured value input Tm. The Schmitt trigger compares a partial voltage proportional to the input voltage U, with U2. If this partial voltage is below the threshold value U2, the Schmitt trigger tilts and momentarily adjusts the controller R so that it switches off the voltage U through the controlled system S.
In FIG. 2, the same building blocks R, S and T as in FIG. 1 are initially used. However, additional details are added. A diode D2 between the threshold switch T and the controller R ensures that T only acts on R when T is switched. Furthermore, the controlled system S has a DC voltage blocking and pulse-transmitting series arrangement of a diode D1 and a capacitor Ct in the shunt. As a result, when the arrangement is switched on, a pulse is generated which for a short time generates the reference voltage at the controller and threshold value switch and thus starts the arrangement. The advantage of using a connection between S and R that only transmits pulses is that the arrangement can no longer switch itself on after it has switched itself off.
It can therefore only be switched on again by applying the supply voltage U1 again.
The function of the blocks R, S and T is described below:
The controller R is an electronic series controller. It generates a reference voltage at R2 with the aid of forward-biased silicon diodes D4 and D, which have a low differential internal resistance. The measuring voltage for the controlled system, which is proportional to the output voltage U, is taken from the voltage divider R11 - P1 - R4 - R3 / / R15 at P1 - the NTC resistor R15 is used to compensate for the temperature variation of the reference voltage. A transistor T1 compares the measurement and reference voltage, amplifies the deviation in such a way that when the output voltage U2 increases, its collector current decreases. The setpoint can be adjusted with the potentiometer P1.
A transistor T5 of the controlled system S is driven by the collector of the transistor T1 via R5 at the base and in turn acts on a transistor T2, which corrects the output voltage U as a series resistance. By a DC voltage amplifier made up of the npn and pnp transistors T; and T2, the effect of the fluctuating input voltage Ut on the control quality is reduced to such an extent that pre-regulation is not required even with a large voltage swing of Ut. The collector-base path of the transistor T is bridged with a capacitor C2 in order to avoid RF instabilities.
The regulation can be improved even further by applying a disturbance variable via voltage dividers R9 - P3 R2 and Rlo - R2 for the emitter of T1.
The threshold switch T works on the principle of the Schmitt trigger as a voltage discriminator.
R8 represents the threshold value input Ts, R12 represents the measured value input Tm from FIG. 1. Transistor T4 is conductive as long as a part Um of the measurement voltage U1 connected to P is greater than that across R8-R; - R13 threshold voltage Us proportional to voltage U at R1. For reasons of circuit technology, U is not compared with a part U1, as in FIG. 1, but a part Us of U2 with the part Um of U1. However, the result is the same as in an arrangement according to FIG. 1.
When the value falls below the threshold value Us through Um at P2, transistor T, via the coupling Rt T4 - R8 - R; - R15 conducting via RG. As a result, the trigger flips in a known way and blocks transistor T4.
Via the diode D2, the current of which is only limited by the arrangement R13 - R3 / / R15, the operating point of the transistor T1 and thus the setpoint value of the controller R is adjusted to such an extent that the output voltage U2 disappears. If the voltage Um at P remains below the switch-off threshold value Us, the output voltage can no longer be switched through. If, however, the voltage U1 increases again, a switching pulse is generated via the diode Dr through the capacitance C1, which starts the control again. There is no switching hysteresis between the switch-off and switch-on threshold value of U1, since the supply voltage of the trigger is always switched on when it is switched off, while the control voltage remains and the trigger therefore immediately returns to its starting position.
An advantageous use of a bistation controller in a measuring device, for example a temperature measuring device, is shown in FIG. 3. A measuring transducer M, which contains one of the bridge resistors B of a measuring bridge MB and is generally spatially separated from the measuring device in such devices, is connected to the measuring device via a cable connected. In order to limit the consumption of a battery Q to the pure measuring time, a voltage control U is switched on by a button T on the measuring transducer M only during the measuring time. When it is switched on, the nominal voltage for the measuring device is set immediately and the device is ready for operation without any further checks.
PATENT CLAIM 1
Voltage regulating device with a regulator and a controlled system for battery-powered electronic devices, characterized in that the regulator is assigned a threshold switch which is designed such that it compares the regulated output voltage with the battery voltage and switches off the regulator as soon as the battery voltage falls below a minimum level.
PATENT CLAIM II
Use of the device according to claim I in a measuring device in which the operating voltage is switched to the measuring sensor by a button in the measuring head only for the duration of the measurement.