DE1196773B - Schaltungsanordnung zur Spannungsueberwachung - Google Patents

Schaltungsanordnung zur Spannungsueberwachung

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DE1196773B
DE1196773B DEH46277A DEH0046277A DE1196773B DE 1196773 B DE1196773 B DE 1196773B DE H46277 A DEH46277 A DE H46277A DE H0046277 A DEH0046277 A DE H0046277A DE 1196773 B DE1196773 B DE 1196773B
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DE
Germany
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voltage
circuit arrangement
relay
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transistor
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Pending
Application number
DEH46277A
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English (en)
Inventor
Edwin Alfred Bergmann
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Herrmann K G
Original Assignee
Herrmann K G
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Publication date
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Publication of DE1196773B publication Critical patent/DE1196773B/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/20Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess voltage
    • H02H3/202Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess voltage for dc systems

Landscapes

  • Measurement Of Current Or Voltage (AREA)

Description

  • Schaltungsanordnung zur Spannungsüberwachung Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur überwachung einer Gleichspannung, bei der in Abhängigkeit von der Spannung ein Relais betätigt und damit ein bestimmter Schaltvorgang ausgelöst wird.
  • Auf vielen Gebieten der Elektrotechnik werden Relais dazu verwendet, Schaltvorgänge in Abhängigkeit von einer Spannung auszulösen, indem bei Erreichen eines bestimmten Spannungswertes das Relais anzieht und dabei verschiedene Kontakte schließt und bei Unterschreiten eines gegebenenfalls anderen Spannungswertes abfällt und dabei die Arbeitskontakte wieder geöffnet werden. Es können auch Ruhekontakte vorgesehen sein, die beim Anziehen des Relais geöffnet und beim Abfallen geschlossen werden.
  • In den meisten Fällen reicht die Genauigkeit, mit der das Relais auf die Änderung der Spannung anspricht, vollkommen für den beabsichtigten Zweck aus. In anderen Fällen ist man jedoch gezwungen, auf die Verwendung von Relais zu verzichten und statt dessen wesentlich aufwendigere Anordnungen und Schaltmittel zu verwenden, da die erforderliche Ansprechgenauigkeit mit einem Relais nicht erreichbar schien.
  • Die Erfindung zeigt nun einen Weg, wie mit verhältnismäßig geringem Aufwand die Ansprechgenauigkeit eines Relais so weit erhöht werden kanen, daß damit auf vielen Gebieten wesentlich kompliziertere und aufwendigere Anordnungen ersetzt werden können.
  • Bei der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung liegt das Relais im Kollektorkreis eines Transistors, dessen Basispotential von der zu überwachenden Spannung beeinflußt wird. Um eine möglichst impulsartige Durchsteuerung des Transistors zu erzielen; wird das Basispotential über eine Zenerdiode beeinflußt.
  • Es sind zwar Schaltungsanordnungen dieser Art bekannt. Diese haben jedoch den Nachteil, daß sie einen ziemlich großen Aufwand an .Schaltungselementen erfordern und daß bei Ausfall bestimmter Bauelemente die Gefahr besteht, daß ein kritisches Gebiet erreicht wird, d. h., daß die zu überwachende Spannung einen unzulässig hohen Wert erreicht und dadurch nachgeschaltete Geräte oder Anlagen gefährdet werden. Bei einer bekannten Schaltungsanordnung dieser Art zur Spannungsüberwachung sind zwei Transistoren zu einer bistabilen Kippschaltung zusammengeschaltet. Das Relais liegt im Kollektorkreis des zweiten Transistors und ist angezogen, wenn die Größe der zu überwachenden Spannung unter dem Schwellwert liegt. Das Relais fällt ab, wenn die Schwellspannung überschritten wird. Wenn das Relais bei der bekannten Anordnung beim Erreichen der Schwellspannung anziehen soll, so ist noch ein weiterer Transistor erforderlich. Außerdem kann bei der bekannten Schaltungsanordnung Ansprechwert und Abfallwert nicht unabhängig voneinander eingestellt werden.
  • Es sind auch bereits Schaltungsanordnungen zur Verbesserung des Halteverhältnisses eines Relais bekannt. Es ist jedoch nicht Aufgabe der Erfindung, das Halteverhältnis eines Relais zu verbessern, sondern das Flattern des Relais zu vermeiden und ein exaktes Ansprechen zu erzielen.
  • Schließlich ist eine Schaltungsanordnung zur überwachung einer Gleichspannung bekannt, bei der ein Relais in Reihe mit dem Emitter-Kollektor-Kreis eines Transistors an der zu überwachenden Spannung liegt und .eine Teilspannung der zu überwachenden Spannung über eine Zenerdiode der Basis des Transistors zugeführt wird.
  • Die Erfindung besteht in einer vorteilhaften Weiterbildung der zuletzt genannten Schaltungsanordnung und ist dadurch gekennzeichnet, daß das Relais einen zusätzlichen Kontakt aufweist, durch den Schaltungselemente zu- bzw. abgeschaltet werden, die eine sprunghafte Verschiebung der Teilspannung in Richtung der vorhandenen Spannungstendenz be= wirken.
  • Bei der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung werden nur wenige Bauelemente benötigt, im Gegensatz zu den bekannten Anordnungen. Außerdem besteht nicht, wie bei der bekannten Anordnung die Gefahr, da.ß bei Ausfall des Transistors ein unerwünschter oder gefährlicher Schaltzustand eintritt. Schließlich kann bei der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung der Spannungswert, bei dem das Relais abfällt, unabhängig vom Anzugswert eingestellt werden. Mit dieser Schaltungsanordnung können nun Schaltaufgaben gelöst werden, die bisher einen weit größeren Aufwand erforderlich machten und bei denen man die Verwendung von Relais für unmöglich hielt.
  • So besteht beispielsweise bei Batterieladegeräten die Aufgabe, den Spannungszustand der Batterie während des Ladevorganges zu überwachen, um eine Überladung der Batterie zu vermeiden und den Ladevorgang in Abhängigkeit vom Ladezustand zu steuern. In manchen Fällen ist es auch erforderlich, die Kennlinie des Ladegerätes zu ändern. Bekanntlich können Ladegeräte eine Widerstandskennlinie (W-Kennlinie), eine Konstantspannungskennlinie (U-Kennlinie) oder eine Konstantstromkennlinie (1-Kennlinie) haben. Meist werden Ladegeräte mit kombinierter Kennlinie, z. B. mit IUW-Kennlinie, verwendet.
  • Zur Erzielung der W-Kennlinie sind keine besonderen Regelmittel erforderlich, dagegen ist zur Erzielung einer U- oder I-Kennlinie ein beträchtlicher Aufwand an Regelmitteln erforderlich, durch den das Ladegerät erheblich verteuert wird.
  • Es ist nun einfach, die W-Kennlinie bezüglich der Strom- und Spannungsachse parallel zu verschieben. Die Umschaltung von einer W-Kennlinie auf eine andere W-Kennlinie kann nun mit der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung so genau bei einer einstellbaren Spannung durchgeführt werden, daß beispielsweise durch Aneinanderreihen mehrerer W-Kennlinien eine U-Kennlinie nachgebildet werden kann. Diese verläuft natürlich nicht exakt parallel zur Spannungsachse, aber infolge des exakten Ansprechens des Relais bei der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung können hierbei Spannungstoleranzen eingehalten werden, wie sie bei Konstantspannungsgeräten verlangt werden.
  • Es ist weiter möglich, fest eingestellte Geräteteile mit verschiedener Kennlinie zu verwenden und die Umschaltung abhängig von der Batteriespannung mit der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung vorzunehmen.
  • In allen diesen Fällen ist der Aufwand an Schaltmitteln wesentlich geringer, wenn die Relaisschaltung gemäß der Erfindung verwendet wird, so daß dadurch nicht nur eine erhebliche Vereinfachung und Gewichtsersparnis, sondern auch eine wesentliche Verbilligung der Geräte erzielt wird.
  • Es können natürlich noch viele andere Schaltaufgaben mit dieser Schaltungsanordnung gelöst werden.
  • Die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung soll an Hand der Figuren näher beschrieben werden. F i g. 1 zeigt die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung, und F i g. 2 zeigt den Spannungsverlauf bei der Puffereng einer 12-Volt-Batterie: An den Eingangklemmen 1 und 2 liegt die zu überwachende Spannung, beispielsweise die Batteriespannung. Die Widerstände R1, R2 und R3 bilden einen Spannungsteiler. Zwischen den Widerständen R1 und RE wird eine Teilspannung der zu überwachenden Spannung abgenommen und über eine Zenerdiode Z an die Basis des Transistors T gelegt, die über den Widerstand R4 mit der Eingangsklemme 2 verbunden ist. Der Emitter des Transistors T liegt ebenfalls an der Eingangsklemme 2, und der Kollektor ist über die Wicklung des Relais Rel mit der Eingangsklemme 1 verbunden. Die Arbeitskontakte des Relais sind in dem dargestellten Beispiel als Umschaltkontakt r2 ausgebildet, der die Anschlußklemmen 3, 4 und 5 besitzt. Durch den Ruhekontakt r1 ist der Widerstand R3 kurzgeschlossen. Der Kondensator C dient zur Glättung, um den Einfuß der Welligkeit der Eingangsgleichspannung auszuschalten.
  • So lange die abgenommene Teilspannung kleiner ist als die Zenerspannung der Zenerdiode Z bleibt R4 stromlos. Die Basis des Transistors T liegt dann auf Emitterpotential, und der Transistor ist gesperrt. Das Relais Rel ist abgefallen und der Widerstand R3 über den Ruhekontakt r1 kurzgeschlossen. Übersteigt die zwischen den Widerständen R1 und R2 abgenommene Spannung die Zenerspannung, so wird die Basis des Transistors gegenüber dem Emitter negativ, es fließt ein Strom im Emitter-Kollektor-Kreis, und das Relais zieht an. Bei geringfügiger Bewegung des Ankers wird der Ruhekontakt r1 geöffnet und damit der Widerstand R3 in den Spannungsteiler eingeschaltet. Dadurch wird die abgenommene Teilspannung geändert, d. h. das Potential zwischen R1 und R2 negativer. Das Relais zieht also jetzt noch besser an. Auf diese Weise werden unstabile Zustände vermieden, und das Relais spricht sicher und schnarrfrei beim Erreichen der Ansprechspannung an.
  • Unterschreitet das Potential zwischen R1 und R2 den Wert der Zenerspannung, so fällt das Relais wieder ab. Auch der Abfall erfolgt exakt, da hierbei der Luftspalt zwischen Pol und Anker vergrößert wird. Schließt bei weiterem Abfall wieder der Ruhekontakt r1, so wird der Widerstand R3 wieder kurzgeschlossen und das Potential zwischen R1 und R2 positiver als beim Abfallen des Relais, so daß der Transistor einwandfrei gesperrt wird. Die vorhandene Spannungstendenz wird also immer unterstützt.
  • In F i g. 2 sind die Spannungsverhältnisse bei der Pufferung einer 12-Volt-Batterie dargestellt. Auf der Abszisse ist die Batteriespannung aufgetragen und auf der Ordinate die Relaisspannung. Die Spannung der Batterie soll im Bereich von 13,2 bis 14,4 Volt gehalten werden, was einer Spannung von 2,2 bis 2,4 Volt pro Zelle entspricht. Die drei Horizontalen stellen die Abfallspannung bei 3 Volt, die Ansprechspannung bei 7 Volt und die Nennspannung dar. Bei A spricht das Relais an und bei B fällt es ab. Aus dem Kurvenverlauf kann entnommen werden, daß die Spannung an der Batterie genau in den angegebenen Grenzen gehalten werden kann.

Claims (1)

  1. Patentansprüche: 1. Schaltungsanordnung zur Überwachung einer Gleichspannung, insbesondere in Batterieladegeräten in Abhängigkeit von der Batteriespannung, bei der ein Relais in Reihe mit dem Emitter-Kollektor-Kreis eines Transistors an der zu überwachenden Spannung oder einer Hilfsspannung liegt und eine Teilspannung der zu überwachenden Spannung über eine Zenerdiode der Basis des Transistors zugeführt wird, d a d u r c h gekennzeichnet, daß das Relais (Rel) einen zusätzlichen Kontakt (r,) aufweist, durch den Schaltungselemente zu- bzw. abgeschaltet werden, die eine sprunghafte Verschiebung der Teilspannung in Richtung der vorhandenen Spannungstendenz bewirken. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch die mit dem zusätzlichen Relaiskontakt zu- bzw. abgeschalteten Schaltungselemente eine sprunghafte Änderung der Teilspannung erzielt wird. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Eingangsklemmen (1, 2) drei Widerstände (R1, R2, R3) in Reihe liegen, daß zwischen den ersten (R1) und zweiter Widerstand (R2) die Teilspannung abgenommen wird und daß der dritte Widerstand (R2) bei abgefallenem Relais durch den zusätzlichen Relaiskontakt (r1) kurzgeschlossen ist. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche Relaiskontakt (r1) so ausgebildet ist, daß er vor dem Schließen der Arbeitskontakte (r2) geöffnet wird. 5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der .erste (R1) und zweite Widerstand (R2) zusammen als Potentiometer ausgebildet sind. 6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des Transistors über einen Widerstand (R4) an die zweite Eingangsklemme (2) angeschlossen ist, der groß ist gegenüber der Summe der drei an die Eingangsklemmen angeschlossenen Widerstände (Ri> R23 R3). 7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilspannung durch parallelgeschaltete Kondensatoren (C) geglättet- wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 328 646; deutsche Auslegeschrift Nr. 1121187.
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