Iadeachaltung für elektrische Uncrgiespeicher#, Es sind mechanische
Energleapeicher beispielsweise aufgezogene Federn bekannt, die bei Ausfall. der
elektrischen Strouversorgung fUx ständig in Betrieb zu haltende Geräte die erforderliche
Betriebeenergie an die Geräte abgeben.Load circuit for electrical Uncrgiespeicher #, There are mechanical energy storage, for example, known springs, which in the event of failure. the electrical power supply fUx, devices to be kept in operation deliver the required operating energy to the devices.
Derartige Geräte können beispielsweise mitmessende oder zeitanzeigende
Geräte sein.Such devices can, for example, measure or display time
Be devices.
Aufgabe der Erfindung ist es die mechanische Speicherein.#Ichtung
durch elektrische Euergiespeicher d.h. Kleinspeicher zu ersetzen. Dieser Aufgubenatellung
liegt die besondere Problemetellung zu Grunde, eine Ladeschitltung anzugeben, die
nach Ausfall der Stromversorgung, d,h. des Netzes oder dergleinhen den in der Zwischenzeit
vom Verbraucher inanspruchgenommenen Speicher durch eine Schnelladung mit optimal
vorgegebener Ladestromstärke wieder auf volle Ladekapazität zu bringen, ohne den
Speicher durch diesen Ladestrom zu gefährden, damit der Speicher bei einem erneuten
nicht vorherzusehenden Spannungeausfall abermals seine volle gespeicherte
Energienenge zur VerfUgung stellen kann. Hat der Spei. cher aeine volle Ladekapazität
zurUckerhalten so soll er fUr beliebig lange Zeit auf selner vollen ledekapazität
gehalten werden, PUr Kleinspeicher sind Ladeachaltungen bekannt, die mit einer Trat
eistorkaskadenschaltung und einer Zenerdiode arbeiten; die zwar cine spannungebei;renzende
Funktion habent aber keinen stromstabilinierenden Bereich in der Ladekerinlinie.The object of the invention is to replace the mechanical storage device with electrical energy storage devices, ie small storage devices. This Aufgubenatell is based on the particular problem of specifying a charging switch, which after failure of the power supply, d, h. of the network or the like, to bring the storage device that has been used by the consumer in the meantime back to full charging capacity by rapid charging with an optimally specified charging current, without endangering the storage device by this charging current, so that the storage device can again use its full amount of stored energy in the event of a new, unforeseeable voltage failure Can provide. Has the spei. If a full charging capacity is to be retained, it should be kept at full charging capacity for any length of time. Small storage tanks are known to have charging circuits that work with a step-icing cascade circuit and a Zener diode; Although the function of limiting the voltage, it does not have a current-stabilizing area in the charge line.
Die Strometabilielerung bei Anordnungen, die mit Halbleitern atbeiten
- wird auf.einfache Weise durch die Erfindung gelöst.
Die eingangs gestellte-Aufgabe einer Ladeschaltung für elektrische
Energiespeicher, insbeuondere gaadichte Kleinzellen, bei welcher
eir
oteaerbarer lialbleiter beis,)ielaweise ein Transistor Im Ladekreie
des Speichers liegty ist so auseefUhrte daß die Basis des Transis-
torn an einem 2unkt eines parallel zur Kollektor-cEmitterstrecke
ge#
schalteten Spannungstellers angeschlossen ist, und da2'die
beiden
Elemente des Spannun,:-steilers so auf einander abgestimmt
;ind, daß
unabhängig von der Kollektor-Emitterspannung die Spann ung
am Element
zwischen Nmitter und Basis annähernd konstant bleibt. In der
Zeick
nung wird die Erfindung an Hand zweier SchztltungBbeispiele
näher be-
schrieben und erläutert. In. Pig. 1 stellt
1 einen Transistor dar,
der in seiner Wirkung als ateaerbarer Vorschaltwiderstand Im
Lade-
kreie einer Batterie 5 liegt. Die Basis des Transistors
1 J-iegt an
der Anode seiner Zenerdiode 4 sowie an einem 2unkt
6 eines Spannunge
tellerag der aus den Widerständen 2 und 3 aufgebaut
isG, die paralle
zur Kollektor-EmItterstrecke des Transistors 1 geschaltet
slud. Der
Wtderstand 3 der im Emitter.-Baeiskreis liegt Ist FT
#!--Inriingsab-
hängiger Widerstand (sogenannter Varistor), derisen werte
mit zunehmender Spannung kleiner werden, Der Widerp#-...
Kollektor-Basiakreie lieg-tp ist ein Fest-viiderstundw Uu.#
aL>' ve--
stimmte Widerstandswerte einstellbar sein kann. Die
5 liet
zwis,ohen den Ausgangsklemmen 11 und 12 an die ein Verbral-m##.her
a)t-
schließbar ist, so daß die Batterie 5 in aeiner sogenannten
Puffer-
schaltung zwischen der erfindungegemäpen Ladeschaltung und
einem
nicht bezeichneten Verbraucher geschaltet ist.
Angenommen der Sveicher 5 ist entladen und an die LinGangsklemmen
9 und 10 wird eine Ladespannung gelegt, die eine
nicht zitabilisierte
geglättete Gleichspannung sein kanng so fließt ein Batter).enachlade-
strom liber die Kollektor-Emitterstrecke des Transistors
't. Dabei ist
In an sich bekannter tu'eiae die Durchläsoißkeit des Transistors
1 vor
der Baein-Emitterspannung bzw. dem Basisstrom unablicingigp
die wiede-
rum durch das SpannungsteilerverhUltnis der Widerstände 2 und
3 und
die an 13 und 14 liegende Kollektor-Nmitterspannung
bestimmt ist.
Die Wirkungeweise des Spannungstellers ist der folgenden Besehreibur.i
zu entnehren.
Der S#annun'esteilerp' der wie gesagt-aus einem in Reihe geschalteten
einstellbaren Fest-Widerstand 2 und einem spannungBabhängigen
Wi-
derstand 3 bestehtg liegt an den 2unkten 13 und
14 an der-Kollektor
Leitterspannung dea Transistors 1" Wie am Beispiel eines
noch zu
beschreibenden Ladevorganges aufgezeigt wird, nimmt die Kollektor-
Umitterspannung im Maße der ansteigenden Batteriespannung ab.
Der
Spannungeteiler ist nun derart wirksamp daß unabhängig davon
die
Spannung in den Punkten 6*und 13 des spannungsabhängigen
Widerstan-
des nahezu konutant bleibt. Eine derartige an sich bekannte
Span-
nungestabiliaierungsechaltung (VUR-Ocelit-Variatorenv C.Conradtyv
Nürnberg Firmenschrift 2.60.395 SV) wird nun in der
Erfindung da.
fUr benutzt# um währezxd des Ladevorganges eine annähe#,.,ii(_I
1,leii..,itante
Basis-Emitterspannung (annähernd konstanter Baaisetrom# zu.
erhalten,
wodurch ein im wesentlichen konstanter Nachladestrom
wird.
Nach der Brklärung der Wirkungsweise den Spannungsteilc,,.;.,.,:
aun-
mehr auch die Wirkungeweise der Ladeschaltung verständlich,
Nach
Maßgabe des ladezu.Otanden der Batterie 5 bewirkt der
annähernd kon-
etante Nachladestrom entsprechend der annähernd konetn nt-gehaltenen
Basis-Emitterspannung ein Ansteigen der Spannung an den Kl
emmen der
Batterie 5. Im gleichen Maße mit dem Ansteigen der Batteriespannung
nimmt die Kollektor-Emitterspannung ab. Die Durchbruch8spannung
der
Zenerdiode ist nun so gewähltg daß sie gleich der Ladegrenzspannung
der Batterie ist. Die Batteriespannung kann daher nicht größer
wer-
den als die Zenerdurchbrachsßpannung bzw. die an der Zen erdiode
lie-
gende Spannung, zusatimengeeetzt aus BatterieBpannung und Baein-Em.i.t-
terspannung den Transistors 1, kann die Zenerdurchbruchaspannung
nicht übersteigen. Steigt die Batteriespannung bei ihrer annähernd
vollgezogenen Iadung raschauf ihren Endwert, so wird die Bania-Emit
terspannung ih gleicher Weise rasch kleiner und schließlJah
annähern.
Null# wenn die Batteriespannung auf den Wert der Zenereineatzepannun,
.,angewachsen ist" Das heißtg in der gleichen Weise wie
die Basis-Emit,
terspannung auf ihren Kleinstwert zuläuft# wird der
Transiotor ge-.
drosselt und'schließlich g-e'np'etrt. Dä die Batterie
einen j-"eniseen
Selbst-,--entladeetrom hatg wird der Transistor nicht voll#zugea.teuerl,
JJ
sondern die Baein-Emitterspannung wird sich auf einen Wert
ein-
stel r mit der Batteriespaanung addiert einen-Zert ergibt,
der a-l"e011b#le
/der entsprechenden Zenerepann-ang ist und bewirkt, daß ein
kleiner
Restladestrom über die Kollektor-Emitterstrecke fließen kann.
Ist an der Batterie ein Verbraucher angeschlossen, so wird entsprechend der Ladeßtrom
auf einen Restladestrom geregelt, der der Summe aus dem Selbetentladestrom für die
Batterie und dem fUr den Verbraucher benötigten Arbeitaatrom entspricht. Ist also
die Spannung an der Batterie 5 kleiner als die Spannung an der Zenerdiode
49 so wird die Batterie aufgeladen# wobei die Ladeachaltung eine stromstabilisierende
Wirkung hat. Nähert oich die Spannung der Batterien stark der Zenerdurchbracheapannungg
so hat die Ladeschaltung niinmehr eine spannungebeGrenzende Wirkung. Steigt die
Spannurig an .den Klemmen der Batte:#ie aufgrund von Netzsoh%ankungen oder durch
plötzlichen Abwerfen des Verbrauchers über einen Wert der Batteriespannung
im Ladezustand, so fließt der äomentan erhöhte Strom über den Widerstand
3 und die Zenerdiode 4 ab, da die gnerdiode ober-halb ihi#er Zenerdurchbracheagannuab
bekanntlich einen sehr kleinen Innenwiderstand besitzt. In einem solchen Falle nimmt
die Spannung an dem Widerstand 3 einen negativen Wert an, d.h. die Spannungerich
tung an den Klemmen 6 und 13 kehrt sich gegenüber der Spannung beim
Ladevorgang umv so daß der Transistor weiterhin gesperrt bleibt. In Figo 2v in der
die gleichen Elemente und die gleichen Schaltpunkte mit gleichen Wirkungen mit-den
ßleichen Bezugezeichen vereahen sind, ist anstelle des Widerstandes 2 in Pig.
1 ein strometabilisierendes Halbleiterelement geschaltet und statt des spannu
ffl abhängigen Widerstandes 3 ist ein Widerstand 16 geschaltet.The current stabilization in arrangements that work with semiconductors - is achieved in a simple manner by the invention. The initially asked task of a charging circuit for electrical
Energy storage, especially very dense small cells, in which eir
oteaerbaren semiconductors at,) ielaweise a transistor in the charging circuit
of the memory is designed in such a way that the basis of the
torn at a 2-point of a parallel to the collector-emitter path ge #
switched voltage regulator is connected, and that the two
Elements of tension: - steeper so coordinated with one another; ind that
the voltage on the element regardless of the collector-emitter voltage
remains approximately constant between Nmitter and base. In the time
The invention will be described in more detail by means of two estimation examples.
written and explained. In. Pig. 1 , 1 represents a transistor,
which acts as a breathable series resistor in the charging
a battery 5 is located. The base of the transistor 1 J-iegt
the anode of its zener diode 4 and at a 2 point 6 of a voltage
tellerag which is built up from resistors 2 and 3 , the parallel
switched to the collector-emitter path of transistor 1 . Of the
Wtderstand 3 which lies in the emitter base circle Is FT #! - Inriingsab-
pending resistance (so-called varistor), which values
become smaller with increasing voltage, The Widerp # -...
Collector-Basiakreie lieg-tp is a festival-viiderstundw Uu. # AL>'ve--
correct resistance values can be adjustable. The 5 liet
between the output terminals 11 and 12 to which a transfer m ##. her a) t-
can be closed so that the battery 5 is in a so-called buffer
circuit between the erfindungegemäpen charging circuit and a
unspecified consumer is switched.
Assuming the Sveicher 5 is discharged and connected to the input terminals
9 and 10 , a charging voltage is applied that has not been quoted
can be smoothed DC voltage, so a battery flows.
current through the collector-emitter path of the transistor 't. It is
The permeability of transistor 1 is known per se
the base-emitter voltage or the base current unablicingigp the re-
through the voltage divider ratio of resistors 2 and 3 and
the collector-to-mid voltage at 13 and 14 is determined.
The mode of operation of the voltage regulator is as follows: i
to disgrace.
The S # annun'esteilerp 'as I said-from a series-connected
adjustable fixed resistance 2 and a voltage-dependent Wi-
The stand 3 is on the 2points 13 and 14 on the collector
Conductor voltage dea transistor 1 " As in the example of one more
descriptive charging process is shown, the collector
Umitter voltage in the measure of the increasing battery voltage. Of the
The voltage divider is now so effective that the
Voltage in points 6 * and 13 of the voltage-dependent resistance
which remains almost conutant. Such a known clamping
nungestabiliaierungsechaltung (VUR-Ocelit-Variatorenv C.Conradtyv
Nuremberg company publication 2.60.395 SV) is now there in the invention.
used for # to during the loading process an approximate #,., ii (_I 1, leii .., itante
Base emitter voltage (to obtain an approximately constant Baaisetrom #.,
thereby a substantially constant recharge current
will.
After clarifying the mode of operation, the voltage divider c ,,.;.,.,: Aun-
the mode of operation of the charging circuit is also more understandable, according to
Depending on the charging rate of the battery 5 , the approximately
etante recharge current corresponding to the almost constant nt-held
Base emitter voltage an increase in the voltage at the terminals of the
Battery 5. As the battery voltage increases
the collector-emitter voltage decreases. The breakdown voltage of the
Zener diode is now chosen so that it is equal to the charge limit voltage
the battery is. The battery voltage can therefore not be increased
as the Zener breakdown voltage or the one at the Zener diode
low voltage, additionally from battery voltage and Baein-Em.it-
voltage the transistor 1, the Zener breakdown voltage
not exceed. The battery voltage rises at its approximate
When the charge is completed quickly to its final value, the Bania-Emit becomes
In the same way, the voltage quickly becomes smaller and closer.
Zero # if the battery voltage has reached the value of the zener unit voltage,
., has grown "That means in the same way as the base emit,
terspannung on their minimum value converges # of Transiotor is overall.
throttles and finally g-e'np'etrt. Dä the battery a j- "eniseen
Even -, - discharging electricity, the transistor is not fully closed.
JJ
but the base-emitter voltage will adjust to a value
stel r added to the battery voltage results in a cert,
the al "e011b # le
/ of the corresponding Zenerepann-ang and causes a small
Residual charge current can flow through the collector-emitter path.
If a consumer is connected to the battery, the charging current is regulated accordingly to a residual charging current which corresponds to the sum of the self-discharging current for the battery and the working current required for the consumer. If the voltage on the battery 5 is lower than the voltage on the Zener diode 49, the battery is charged # with the charging circuit having a current-stabilizing effect. If the voltage of the batteries closely approaches the Zener breakdown voltage, the charging circuit no longer has a voltage-limiting effect. If the voltage increases. The terminals of the battery: #ie due to mains voltage drops or by sudden dropping of the consumer above a value of the battery voltage in the state of charge, the current increased current flows through the resistor 3 and the zener diode 4, because the generator diode above half ihi # Zenerdurchbracheagannuab he is known to have a very small internal resistance. In such a case, the voltage across the resistor 3 assumes a negative value, ie the voltage direction at the terminals 6 and 13 is reversed relative to the voltage during the charging process so that the transistor remains blocked. In Figo 2v in which the same elements and the same switching points with the same effects are provided with the same reference numerals, instead of the resistor 2 in Pig. 1, a current-stabilizing semiconductor element is connected and instead of the voltage-dependent resistor 3 , a resistor 16 is connected.
Das strommtabilisieren4e Halbleiterelement 15 hat die inverse
Wirkungeweine einer Zenerdiode, d.ho in einem bestimmten Spannungabereich bleibt
der Strom$ der durch das Element fließtg konstant und bei Brreichen einer
unteren Kniespannung fällt der Strom rasch gegen null ab, Die Berienschaltung'einee
stromstabillsierendes Halbleiterelementeap bekannterweiee auch als Currector bezeichnet
wird#
mit einen ohmschen Widerstandt läßt bei variabler Spannung
an diesen Spannungeteller In einem bestimmten Spannungabereich einen konetanten
Spannungsteileretrom fließeng der wiederum eine konstante Teilerspannung an dem
ohmschen Widerstand entstehen läßt. Dabei Übernimmt der Currector die Differenzepannung
zur Gesamtspannung am Spannungeteiler. Die Basis-Emitterspannung des Tranaintorn
1
liegt an diesem Spannungoteiler 15 und 16 (Fig. 2), der damit
in dem angegebenen Bpaanungsbereich von einem konstanten Steueretrom durchfloseen
wird.The current stabilizing semiconductor element 15 has the inverse effect of a Zener diode, i.e. in a certain voltage range the current flowing through the element remains constant and when a lower knee voltage is reached, the current rapidly drops to zero, the series circuit is also known to be a current stabilizing semiconductor element is referred to as a currector # with an ohmic resistor allows a constant voltage divider current to flow in a certain voltage range at this voltage plate with a variable voltage, which in turn creates a constant divider voltage at the ohmic resistor. The currector takes over the voltage difference to the total voltage at the voltage divider. The base emitter voltage of the tranaintorn 1 is applied to this voltage divider 15 and 16 (FIG. 2), through which a constant control current flows in the specified Bpaanungsbereich.
2» ist noch zu sagen, daß in den Schaltungen nach ?lg.
1 und 2 ein Kondensator 8 vorgesehen ist, der parallel zur Zenerdiode
liegt und als Glättungekondeneator dient . Schließlich kann es von
Vorteil sein in dem Baein-Nuitterkrein der Schaltungen nach rig. 1
und 2 zusätzlich
eine nicht dargestellte Sperrdiode mit geringen Durchlaßwiderstand zu schalteng
wodurch bewirkt wird, daß bei Ausfall der Iadespannung kein Räckstrom Uber die-Elemente
3 bzw. 16 und die Zenerdiode 4 fließtg wie oben ohne eine derartige
Diode erläutert ist. 2 » is to be said that in the circuits after? Lg. 1 and 2, a capacitor 8 is provided which is parallel to the Zener diode and serves as a smoothing capacitor . Finally, it can be of advantage in the Baein-Nuitterkrein of the circuits after rig. 1 and 2 additionally to switch a blocking diode (not shown) with low forward resistance, which has the effect that if the charging voltage fails, no residual current flows through the elements 3 or 16 and the Zener diode 4, as explained above without such a diode.