DD246660B1

DD246660B1 - VOLTAGE REGULATOR FOR A BATTERY-OPERATED ELECTRONIC DEVICE

Info

Publication number: DD246660B1
Application number: DD28775386A
Authority: DD
Inventors: Gunther Papsdord; Burkhard Mann; Gerhard Fischer
Original assignee: Robotron Messelekt
Priority date: 1986-03-11
Filing date: 1986-03-11
Publication date: 1990-03-21
Also published as: DD246660A1

Description

Hierzu 1 Seite ZeichnungenFor this 1 page drawings

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft etnen Spannungsregler zur Erzeugung einer konstanten Versorgungsspannung zum Betrieb einer elektronischen Schaltung aus einer Batterie, sowie deren elektronische Ein- und Ausschaltung.The invention relates to a voltage regulator for generating a constant supply voltage for operating an electronic circuit from a battery, as well as their electronic switching on and off.

Die Schaltung ist vorzugsweise in portablen, batteriebetriebenen Meßgeräten für industriellen Einsatz mit Folien- oder anderen nichtrostenden Tasten als Bedienelemente einsetzbar.The circuit is preferably used in portable, battery-powered meters for industrial use with foil or other stainless keys as controls.

Characteristic of the known technical solutions

Elektronische Gerate, insbesondere digitale elektronische Meßgeräte mit Mikrorechnersteuerung, benötigen zum Betrieb eine konstante Versorgungsspannung von üblicherweise 5V ± 5%.Electronic devices, in particular digital electronic measuring devices with microcomputer control, require a constant supply voltage of usually 5V ± 5% for operation.

Die Ein- und Ausschaltung dieser Geräte erfolgt durch rastende mechanische Schalter oder unter Verwendung von elektromechanischen Relais. Zur Regelung der Versorgungsspannung sind je nach Leistungsbedarf des elektronischen Gerätes und der zum Einsatz kommenden Batterie Längsregler oder Transverter gebräuchlich. Zur Ein- und Ausschaltung mit nichtrastenden Tasten sind ständig an der Batterie arbeitende Flipflops in CMOS-Technik bekannt, die einen der Regelung vorgeschalteten Transistorschalter ansteuern, oder es wird zusätzlich zur Regelung der Transverter damit gesteuert.The switching on and off of these devices is carried out by latching mechanical switches or by using electromechanical relays. To regulate the supply voltage, depending on the power requirements of the electronic device and the battery used for use longitudinal regulator or transverter common. For switching on and off with non-latching buttons are constantly working on the battery flip-flops in CMOS technology known to control a control of the upstream transistor switch, or it is controlled in addition to the regulation of the transverter.

Beide Prinzipien benotigen einen relativ hohen Bauelementeaufwand und haben bei einer Batteriespannung von 7,2 V einen schlechten Wirkungsgrad, der sich in einer unwirtschaftlichen Batterieausnutzung bzw. kurzen Betriebszeit je Ladung äußert.Both principles require a relatively high component cost and have at a battery voltage of 7.2 V poor efficiency, which manifests itself in an uneconomical battery usage or short operating time per charge.

Die Nutzung des Leistungstransistors eines Längsreglers zur Unterbrechung der Ausgangsspannung wird in der US-PS 4176309 beschrieben. Die Erzeugung der Referenzspannung und die Speisung des Regelverstärkers müssen hier zur Gewährleistung der Funktion durch die nichtstabilisierte Rohspannung erfolgen. Nachteilig sind hierbei der ständige Energieverbrauch für Referenzelement und Regetverstärker. Die Ansteuerung könnte hier in der obengenannten Weise durch eine gesonderte CMOS-Logikschaltung, die ständig in Betrieb ist, erfolgen.The use of the power transistor of a series regulator for interrupting the output voltage is described in US-PS 4176309. The generation of the reference voltage and the supply of the control amplifier must be done here to ensure the function of the non-stabilized raw voltage. The disadvantage here is the constant power consumption for reference element and Regetverstärker. The drive could here in the above manner by a separate CMOS logic circuit, which is constantly in operation, take place.

Für industrielle Zwecke sind weiterhin Überwachungsschaltungen zur Kontrolle von Spannungen, Strömen oder anderen physikalischen Größen bekannt, die in ein elektrisches Äquivalent umformbar sind, die auf der Basis von Operationsverstärkern arbeiten bzw. eine ähnliche Wirkungsweise durch diskret realisierte Differenzverstärker erzielen.For industrial purposes monitoring circuits for controlling voltages, currents or other physical quantities are also known, which can be converted into an electrical equivalent, which operate on the basis of operational amplifiers or achieve similar operation through discretely realized differential amplifiers.

In der DD-PS 153655 wird eine diskrete Realisierung einer Überwachungsschaltung mit geringem Leistungsbedarf dargelegt, die gegenüber hochverstärkenden Operationsverstärkern bessere Eigenschaften erzielen soll. Der Einsatz dieses Prinzips zum Tiefentladeschutz einer Speisebatterie ist jedoch nicht möglich, da sie im Abschaltfalle weiterhin Energie verbraucht.In DD-PS 153655 a discrete realization of a monitoring circuit with low power consumption is set forth, which should achieve better properties over high-gain operational amplifiers. The use of this principle for deep discharge protection of a power supply battery is not possible because it continues to use energy in the shutdown case.

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zu schaffen, die mit wenigen rein elektronischen Bauelementen eine Spannungsregelung gestattet, wobei sie einen guten Wirkungsgrad besitzen, mechanisch robust und ohne Verschleiß arbeiten muß und gegenüber Umgebungstemperaturanderungen unempfindlich istThe aim of the invention is to provide a circuit arrangement which allows voltage control with a few purely electronic components, wherein they have a good efficiency, must be mechanically robust and work without wear and is insensitive to ambient temperature changes

Explanation of the essence of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es, mit dieser Schaltungsanordnung gleichzeitig die Funktionen des Gerateschalters und eines Tiefentladeschutzes fur die Speisebattene sowie des Unterspannungsschutzes fur die zu versorgenden elektronischen Schaltungen auszuübenThe object of the invention is to simultaneously exert the functions of the device switch and a deep discharge protection for the feed batten and the undervoltage protection for the electronic circuits to be supplied with this circuit arrangement

Die Aufgabe wird mit einem Spannungsregler fur ein batteriebetriebenes Gerat mit Tiefentladeschutz der zur Speisung eingesetzten wieder aufladbaren Batterien sowie Ein- und Ausschaltung des Gerätes über nichtrastende Bedienelemente unter Verwendung eines Langsreglers dadurch gelost, daß erfindungsgemaß die positiven Betriebsspannungsklemmen eines Regelverstarkers und eines Sollwertgebers, der aus einem Widerstand und einer in Reihe angeordneten Referenzspannungsquelle besteht, mit dem Kollektor des Langsreglers verbunden sind und die Basis des Langsreglers einerseits an die Ausgangsklemme des Regelverstarkers und andererseits an eine Anlaufschaltung angeschlossen ist Diese Anlaufschaltung besteht aus einem Vorwiderstand, und einem weiteren Widerstand, zu dem ein Kondensator parallel geschaltet ist und ist über einen Schalter mit Masse verbunden Parallel zur Referenzspannungsquelle ist eine Ausschalttaste vorgesehen, sie ist einerseits mit dem Referenzeingang eines Komparators und andererseits mit Masse verbunden Die positive Betriebsspannungsklemme liegt an dem Kollektor des Langsreglers an Der Eingang des Komparators ist über einen aus zwei Widerstanden bestehenden Spannungsteiler an die Battenespannungsquelle und an den Emitter des Langsreglers angeschlossen Der Ausgang des Komparators ist mit der Basis eines invers betriebenen Abschalttransistors verbunden, der den nichtinvertierenden Eingang des Regelverstarkers mit dem Kollektor des Langsreglers verbindet Es ist vorteilhaft den Regelverstarker und den Komparator als Doppeloperationsverstarker mit Open-Collektor-Ausgangen auszubildenThe object is achieved with a voltage regulator for a battery-powered device with deep discharge protection of the rechargeable batteries used for feeding and switching on and off the device via non-latching controls using a Langsreglers characterized in that according to the invention the positive operating voltage terminals of Regelverstarkers and a setpoint generator, consisting of a Resistor and a series-arranged reference voltage source is connected to the collector of the regulator and the base of the regulator is connected on the one hand to the output terminal of Regelverstarkers and on the other hand to a start-up circuit This start-up circuit consists of a series resistor, and another resistor, to which a capacitor is connected in parallel and is connected via a switch to ground Parallel to the reference voltage source, a switch-off is provided, it is on the one hand to the reference input of a comparator and on the other hand connected to ground The positive operating voltage terminal is connected to the collector of the regulator The input of the comparator is connected via a two-resistor voltage divider to the Battenes voltage source and to the emitter of the regulator The output of the comparator is connected to the base of an inversely operated turn-off transistor, connecting the non-inverting input of the control amplifier to the collector of the slow controller It is advantageous to design the control amplifier and the comparator as double operation amplifiers with open collector outputs

Zur Erzeugung der konstanten positiven Betriebsspannung wird ein pnp-Transistor als Langsregler eingesetzt, der von einem als Regelverstarker arbeitenden Operationsverstärker angesteuert wird Als Istwertgeber wird, wie üblich, ein Spannungsteiler verwendet Ein elektronisch erzeugtes Spannungsnormal dient als Sollwertgeber Die elektronische Ein- und Ausschaltung wird dadurch erreicht, daß der Regelverstarkerund das Spannungsnormal selbst aus der geregelten Spannung gespeist werden Durch eine einfache Hilfsschaltung wird ein Anlaufen dieser selbsthaltenden Schaltungsanordnung gewährleistet, wahrend die Abschaltung,durch Kurzschließen des Spannungsnormals, der Ausgangsspannung oder Verbinden der Ausgangsspannung mit dem nichtinvertierenden Eingang des Regelverstarkers erfolgen kannTo generate the constant positive operating voltage, a pnp transistor is used as a long controller, which is controlled by a working as Regelverstarker operational amplifier As actual value, as usual, a voltage divider is used An electronically generated voltage standard serves as setpoint The electronic switching on and off is achieved That the Regelverstarkerund the voltage standard itself are fed from the regulated voltage by a simple auxiliary circuit, a start-up of this latching circuit arrangement is ensured, while the shutdown can be done by shorting the voltage standard, the output voltage or connecting the output voltage to the non-inverting input of Regelverstarkers

Gleichzeitig dient das Spannungsnormal zum Vergleich mit der über einen weiteren Spannungsteiler reduzierten Batteriespannung als Abschaltkriterium fur die Ansteuerung eines Abschalttransistors durch einen als Komparator arbeitenden zweiten Operationsverstärker Die Schaltung laßt sich in analoger Weise mit Transistoren des entgegengesetzten Typs fur negative Betriebsspannung realisierenAt the same time, the voltage standard is used for comparison with the battery voltage reduced by means of a further voltage divider as switch-off criterion for driving a switch-off transistor by means of a second operational amplifier operating as a comparator. The circuit can be realized in an analogous manner with transistors of the opposite type for negative operating voltage

exemplary

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausfuhrungsbeispiels naher erläutert werden In der Zeichnung ist ein Spannungsregler mit elektronischer Selbstschaltung dargestelltThe invention will be explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment in the drawing, a voltage regulator with electronic self-circuit is shown

Die Batteriespannung wird durch einen Regeltransistor V1 auf die erforderliche Große reduziert Angesteuert wird dieser vom Regelverstarker A1, der seinen Sollwert vom Spannungsnormal, das aus Widerstand R1 und Referenzspannungsquelle Ur^ besteht und seinen Istwert vom Spannungsteiler R 2, R3 beziehtThe battery voltage is reduced by a control transistor V1 to the required size is controlled by the Regelverstarker A1, which its setpoint from the voltage standard, which consists of resistor R1 and reference voltage source Ur ^ and its actual value of the voltage divider R 2, R3 relates

Durch einen SchalterSI, einen Kondensatoren und einen Widerstand R6 wird die Anlaufschaltung realisiert, indem beim Schließen von Schalter S1 ein durch den Widerstand R6 und den Kondensator C1 vorgegebener Basisstrom fließt, der den Regeltransistor V1 öffnet und ein Anlaufen der Schaltung bewirktBy a switch SI, a capacitor and a resistor R6, the start-up circuit is realized by the closing of switch S1, a predetermined by the resistor R6 and the capacitor C1 base current flows, which opens the control transistor V1 and causes a start of the circuit

Der durch den Kondensator C1 exponentiell abklingende Basisstrom vom Regeltransistor V1 wird durch die einsetzende Regelung durch den Regelverstarker A1 abgelost, der einen Open-Collector-Ausgang aufweist Durch Schließen der Ausschalttaste S2 wird die Ausgangsspannung dem Sollwert der Referenzspannungsquelle U_Ref = OV nachgefuhrt und die Schaltung schnürt sich durch Fehlen der notwendigen Versorgungsspannung des Regelverstarkers A1 und der Referenzspannungsquelle U_Ref abThe exponentially decaying by the capacitor C1 base current from the control transistor V1 is replaced by the onset of control by the Regelverstarker A1, which has an open-collector output By closing the switch-off S2, the output voltage of the setpoint reference voltage source U _Re f = OV nachgefuhrt and the Circuit constricts by lack of the necessary supply voltage of Regelverstarkers A1 and the reference voltage source U _Ref

Ein als Tiefentladeschutz wirkender Komparator A2 der die durch die Widerstände R4 und R 5 geteilte Batteriespannung mit der Referenzspannung U_Ref vergleicht, wirkt auf einen Abschalttransistor V2, der bei Batterieunterspannung durchgesteuert wird Hierbei wird der Abschalttransistor V2 invers betrieben, um eine geringere Kollektor-Emitter-Restspannung zu erzielen Em Entladewiderstand R7 dient der Entladung des Kondensators C1, um die Schaltung erneut einschalten zu könnenA comparator A2 acting as a deep discharge protection, which compares the battery voltage divided by the resistors R4 and R5 with the reference voltage U _Ref , acts on a turn-off transistor V2, which is turned on in the event of battery undervoltage. In this case, the turn-off transistor V2 is operated inversely to produce a lower collector emitter -Rest voltage Em discharge resistor R7 is used to discharge the capacitor C1 to turn on the circuit again

Claims

1. Voltage regulator for a battery-powered electronic device with depth discharge protection of the rechargeable battery used for feeding and switching on and off the device via non-latching controls using a series regulator with a start-up circuit, characterized in that the reference voltage source, consisting of the resistor (R 1) and the series-arranged reference element (U _Ref ), to which a switch-off button (S2) is connected in parallel, the control amplifier (A 1) and the deep discharge protection comparator (A2) whose output drives the inversely-operated switch-off transistor (V2), which is connected to the resistor (R2 ), consisting of the resistors (R2) and (R3) actual value detector is connected in parallel to the stabilized output voltage (U _Aus ) are connected and that at the base of the control transistor (V 1), the starting circuit is connected, which consists of a series circuit of Resistor (R6), discharge resistor (R7) and the to the Entl Adresistor (R7) parallel capacitor (C 1) is connected, which is connected via a switch-on (S 1) to ground potential.

2. Voltage regulator according to claim 1, characterized in that the control amplifier (A 1) and the deep discharge protection comparator (A2) are designed as a double operation amplifier with open collector outputs.

3. Voltage regulator according to claim 1, characterized in that the reference element (U _Ref ) for the voltage regulation as a reference potential to the inverting input of Tiefentladeschutz comparator (A2) is turned on, the non-inverting input via a voltage divider consisting of the resistors (R4 ) and (R5), to the emitter of the control transistor (V 1) is connected.