DE1513375A1 - Schaltungsanordnung zur Spannungsueberwachung und Herbeifuehrung eines Schaltvorganges - Google Patents

Description

Schaltungsanordnung zur Spannungsüberwachung und Herbeiführung

eines Schaltvorgangs

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur SpannungsuDerwachung und Herbeiführung eines SchaltVorgangs bei Abweichung der Spannung von einer Sollspannung, bei der über eine Kippschaltung aus zwei Transistoren ein dritter Transistor entgegengesetzten Leitungstyps gesteuert wird.

Bei dieser bekannten Schaltungsanordnung liegt die zu überwachende Spannung an einem Spannungsteiler aus einer Zener-Diode una einem Widerstand. Die Kippschaltung ist an die Zener-Diode angeschlossen und der Auslösepunkt ist durch den Wert der Zener-Spanriurig der Zener-Diode festgelegt.

Kippschaltungen aus zwei Transistoren gleichen Leitfähigkeittyps sind bekannt.

weiter ist bereits eine Schaltungsanordnung zur Sparmungsüberwachung bekannt, bei der ein Steuertransistor eine Signalspannung liefert, die einem Haupttransistor zugeführt wird, der seinerseits den Schaltvorgang kontrolliert. Eine Spannungsabwoiuhung wird bei dieser bekannten Schaltungsanordnung ebenfalls uurch eine Zener-Diode festgestellt, die zwischen einen Spannungs-

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teiler-Abgriff und die Basis des ersten Transistors geschaltet ist. Auch bei dieser Schaltungsanordnung ist also für das Auslösen der Schaltung der Durchoruch der Zener-Diode entscheidend. Me beiden Transistoren arbeiten lediglich als Diifereniialverstärker.

Weiter ist noch eine Schaltungsanordnung bekannt, bei der es sich um eine einfache Differentialverstärkerschaltung mit einer Zener-Diode im Eingang handelt. Hier wird beim Spannungsdurchbruch der Zener-Diode eine schalterähnliche Funktion dadurch hervorgerufen, daß der Ausgangstransistor gesperrt wird. Ebenso wie bei der zuvor beschriebenen bekannten Schaltungsanordnung wird dabei nicht die präzise Schaltwirkung einer Kippschaltung erreicht. Vielmehr wird die Schaltwirkung durch den mehr oder weniger langsamen Übergang des im Übersteuerungsbereich arbeitenden Verstärkers vom leitenden in den gespeirten Zustand erzielt. Der Auslösepunkt der Schaltung hängt dabei wieder von der Zener-Diode ab.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei präziser Schaltwirkung die Zener-Diode einzusparen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäü dadurch gelöst, daß die Basis des Eingangstransistors der Kippschaltung unmittelbar mit dem Abgriff eines Spannungsteilers aus spannungsunabhängigen Schaltelementen verbunden ist. Obwohl also beim Gegenstand der Erfindung eine Zener-Diode nicht mehr verwendet wird, erhält man das präzise Schaltverhalten einer Kippschaltung.

Diese erfindungsgemäße Schaltungsanordnung kann auch dazu benützt werden, eine Spannung in einer vorgegebenen Toleranz zu halten. Dazu wird die Spannung von einer Heihenschaltung aus mehreren Spannungsquellen abgenommen, die beispielsweise Batterien

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sind. Mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist es so
möglich, zu weitgehende Entladungen oder Überladungen von Trockenbzw. Akkumulatorbatterien zu verhindern. Bei Trockenbatterien
wird dadurch der sonst bei zu weitgehender Entladung häufige
Flüssigkeitsaustritt vermieden, i'ür Akkumulatorenbatterien wird eine Beschädigung bzw. ein Platzen der Batterie aufgrund des in ihr aufgebauten Überdrucks verhütet. Das wird durch die erfin- " dungsgemäße Schaltungsanordnung dadurch erreicht, daß die Schaltfunktion bei Ansteigen der Spannung über eine Bezugsspannung
oder bei Abfallen der Spannung unter eine Bezugsspannung ausgelöst wird. Die dafür bei bekannten Spannungen verwendete Zener-Diode wird bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung eingespart. Von der Kosteneinsparung abgesehen wird dadurch auch
noch eine Betriebsverbesserung erreicht, da für die Betriebsstabilität der Zener-Diode ein ständiger Stromfluß erforderlich ( ist. Der dadurch bedingte Energieverlust ist bei Energiequellen beschränkter Kapazität nicht zumutbar. Erfindungsgemäß wird ein derartiger Energieverlust ausgeschaltet.

Die Erfindung soll anhand der Zeichnung näher erläutert

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werden; es zeigen:

■ Fig. 1 ein Schaltbild eines Unterspannungsschalters gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 ein Ersatzschaltbild des erfindungsgemäßen Schalters im Aussehaltzustand;

Fig. 3 schematisch die Betriebskennlinie des erfindungsgemäßen spannungsempfindlichen Schalters;

Fig. 4 die Änderung der Ausgangsspannung einer Batterie, wenn diese geladen oder entladen wird;

Fig. b zum Vergleich die Kennlinien des Schalters nach Fig. und eines üblichen spannungsempfindlichen elektromagnetischen Relais;

Fig. 6 eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Unterspannungsschalters;

•J-

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Pig· 7 zum Vergleich die Kennlinie eines Unterspannungsschalters nach Pig· 6 und eines Schalters naoh Fig. 1;

Pig« 8 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Unterspannungsschaltersf

Pig· 9 ein Schaltbild eines erfindungsgemäßen Überspannungsschalters j

Pig·10 die Betriebskennlinie des Unterspannungssohalters nach . Pig. 9.1 ·.■· · .

Pig«11 ein Schaltbild'einer erfindungsgemäßen Spannungs-Tor schaltungj

Pig·12 die Betriebskennlinie des Unterspannungesohalterteils; Pig·13 die Betriebskenrilinie des Überspannungesohalterteils ι

?ig*14 die Betriebskennlinie der Gatterschaltung des Überspannungsschalterteils nach Pig. 13j .

Pig.15 ein Schaltbild einer Ausführungsform des automatischen Spannungsschalters j ■■·.·.. . ■

Pig«16 ein Schaltbild des Überspannungesohalterteile des Schalter« nach Pig· 15)

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BAD ORIGINAL -b-

- b

Ί 5-1 T37C

flg.17 die Ausgangskennlinie dee Schalters naoh iig.15;

Pig.18 ein Schaltbild einer anderen AuefUhrungsform eines automatischen Spannungsachaltera;

Pig.19 die Auegangskennlinie des Schalters nach Pig.18)

Pig.20 ein Schaltbild, bei dem der Unterspannungaechalter mit einer Temperaturkompensation versehen ist)

/ ■

Pig.21 eine graphische Darstellung der temperaturabhängigen

Änderung von Vbe von Vorstufentranaistoren des Unter- . spannungsschalters}

Fig,22 graphisch die Änderungen der Betriebsspannung bei

Temperaturänderungen für den Unterepannungsaohalter und einen anderen Schalter nach Pig.1;

' ' ■ " ' '
Pig.23 ein Schaltbild einer weiteren Ausführungsfonn, bei der die Temperaturkompensation bei dem Unterspannungaschalter naoh Pig.1 durchgeführt worden ist.

In der AuefUhrungsform nach Pig.1 sind ein NPN-Tranaistor ₁ und ein PHP-Transietor Tr₂ vorgesehen. Die Emitter beider Transistoren sind mit einem Widerstand R₅ verbunden* Eine Basis des Trans ist ore Tr₁ 1st an den Verbindungspunkt von swel Wider-

r'--'^;-^vv"· - -^! '■'· -■' ■■■»■■'■■■■·■ -—-^- -^-—^---——-——>—^--—

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HAD CRlGINAC'"

ständen R₁ und Eg angeschlossen, die parallel au einer Energiequelle B liegen· Der Emitter des Transistors !Dr₁ ist an den negativen Pol der Batterie B durch einen Widerstand R, angeschlossen und der Kollektor an den positiven Pol der Batterie B. Der Emitter des Transistors Tr₂ ist. an den positiven Pol der Batterie B durch einen Widerstand R- und der Kollektor an den

ι ι · ·

negativen Pol durch einen Widerstand Rg angeschlossen.

An den Kollektor des Transistors Tr₉ ist die Basis eines NPH-

Transistors Tr,, eines Stromverstärkers, angeschlossen, dessen Emitter an den negativen Pol Und dessen Kollektor an den posl<tiven Pol der Batterie B angeschlossen ist.

Das besondere Merkmal der Erfindung) besteht in einer Rüokkopplung durch einen Widerstand Re des Emitters eines Gleiohstromverstärkers, in dem Transistoren Tr₁ und Tr₂ unterschiedlichen leitfähigkeitstyps verwendet werden sowie ein Detektor für Änderungen der Eingangsspannung, der durch Verbindung der Basis des Vorstufentransistors Tr₁ mit dem Verbindungspunkt der Widerstände R₁ und Rp gebildet ist, die parallel zur Batterie B liegen, so daß eine modifizierte Triggersohaltung gebildet wird. Der Transistor Tr₅ ist ein Stromveretärkungstranaistor, der intermittierend einen großen laststrom durchläßt.

Wenn bei der dargestellten Beziehung der Transistoren Tr₁, und Tr, der Transistor Tr₁ leitend ist, sind auch die Transistoren Tr₂ und Tr, leitend, und wenn der Transistor Tr₁ sperrt,

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"ORIGINAL !NSPECTH)

- ο

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sperren auch die Transistoren Tr₂ und Tr,, so daß der Laststrom unterbrochen wird·

Entsprechend der Beziehung der Basisspannung Eb₁, der Emitterspannung Ee₁ und der Betriebsspannung Vbe-j des Transistors Tr₁ wird der Transistor leitend, wenn die folgende Beziehung erfüllt

·■·■(· ist:

Eb₁ - Ee₁ a YbO₁ O)

Eine Ersatzschaltung für die Energiequelle im gesperrten Zustand des Schalters besteht aus einem geschlossenen Kreis mit den > Widerständen B₁ und Rg und einem geschlossenen Kreis aus den

Widerständen R,- R_c und R«, so daß der Betrieb des Schalters 3.5 t

beim Einschalten nur duroh diese Widerstände festgelegt ist.

Dementsprechend wird die Basisepannung Eb₁ durch die Widerstände R₁ und R₂ sowie durch die Eingangsspannung Ein wie folgt festgelegt» j

Auf der anderen Seite wird die Emitterspannung Ee₁ durch die Widerstände R,, Rr und R₇ und die Eingangsspannung Ein gemäß folgender Beziehung festgelegt! .

^Ee1

3 (3)

"■■■·"——

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CRiQLU INSPEGTED

Der Wert E- der Eingang β spannung Ein beim Übergang der Schaltung vom gesperrten zum leitenden Zustand wird aus den Beziehungen (1) bis (?) erhalten; daraus ergibt eichi

^R1

(4)

Sobald die Eingangs spannung Ein zu E₁ wird, dann ist

und der KoIlektoretrom fließ,t in den !Transistor folgende Aufsohaukelung eintritt!

wobei die

KoIl ei:t or st rom in

beginnt

I—^Eb₁ - Ee₁ ¹ \

Vbe₁ —^Kolloktorstroa -⁵^Eb₅, steigt ' in 5!r wachet

in 5!r₂ wachet

Ee₁ fällt«

Nachdem Eb₁ - Ee₁ * Vbe^ erreicht ist, wird die Spannung E + im Funkt F dem Ausgang aufgedrückt, indem in der Periode der Eingang8spannung S₁ duroh diese Aufsohaukelung gemäß Fig. 3 getriggert wird. In der Aus gangs spannung Έ>_01Λχ wird in dieser Periode TCe₅(SAT) klein, weil der fransistor Tr₅ gesättigt ist. Dann steht eine Spannung über der Last, die faßt gleich der Eingangsspannung ist· Selbst wenn die. Eingangespannung ansteigt und E_Q erreioht, wird eine Ausgangsspannung E_QUt proportional zur Eingangsspannung erreicht, weil d,er Arbeitspunkt stabil, ist

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Der Schalter schaltet Vom leitenden in den gesperrten Zustand, wenn die Beziehung .

-Ee₁-A <Vbe₁ erfüllt ist.

Durch eine der oben beschriebenen entgegengesetzte Aufsohaukelung kehrt der Strom vom Punkt 7* auf KuIl eurück» D.h., der Kollektor strom von Tr₂ fällt auf folgende Weiset

—>Eb_n - Ee₁ - A <£ Vbe--^ Kollektor st rom - > Ee₂ fällt

in Tr₂ verringert sich

steigt·

Wie in ?ig· 5 dargestellt ist, beträgt die Eingangespannung beim übergang von Einschaltung fcu Sperrung E₂t und es gilt E^ ^> E₂, was sich durch den toten Gang ergibt, der in jeder Schalttransistor schaltung enthalten ist. Die Größe dieses Wertes hängt von der Schleifenverstärkung ab· Wenn also A - 1, ergibt sieh E₁- E₂) wenn A <Ti, gilt E₁ < E₂, und wenn A > 1, gilt E₁ > E₂.

Weil bei dem erfindungsgemäSen Schalter A^?1, kann sioh die Spannungsdifferenz zwischen E₁ und E₂ oder die Größe des Hysteresiswertes mit der Änderung der erwähnten Schleifenverstärkung A andern, und damit kann eine erwünschte Sohaltung aufgebaut werden, indem die Schleifenverstärkung mit dem Wert

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ORiCiNAL !NSFECTED

'15..1.3.3 7 S

des Wideretandes R^ festgelegt wird. Wenn der Wert des Widerstandes R₅ klein ist, ist die Hysteresis groß, und wenn der Widerstand R^ groß ist, ist der Hysteresiswert klein.

Indem also die Emitter der Transistoren Tr₁ und Trg unterschiedlichen Leitfähigkeitstyps miteinander durch einen Widerstand Rc verbunden werden und die Basis des Torstufentransiators Tr- an den Verbindungspunkt der Widerstände R- und Rp geführt ist, die parallel zur Energiequelle B liegen, ist es möglich, einen aus- ; ι gezeichneten Schalterbetrieb zu erreichen, so daß entsprechend j dem aus der formel (4) erhaltenen Wert unterbrochen oder gesättigt werden kann.

Es let jedoch zu erwähnen, daß bei Fehlen des Widerstandes R_c zwischen den Transistoren Tr^ und Tr₂ die Spannung zwieohen der Basis und dem Emitter des Vorstufentransistors Tr* eine Betriebsspannung Vbe.j erreicht und dadurch die Transistoren Tr^, Tr« und Tr, leitend werden. Wenn die Eingangsspannung ansteigt und vom ungesättigten Zustand zum gesättigten läuft, wird die Kennlinie ( des AnstiegSYorgang· schlecht, so daß es unmöglich wird, eine vollständige Unterbrechung zu erzielen, und zwar wegen der langen Betriebszeit des erregten Bereiches und der Elektronenlawine, wie in der Vbe-I_Q-Kennlinie des Transistors erkennbar ist.

Eine Ausführungsform, bei der der oben beschriebene Unterspannungsschalter als Einrichtung zur Verhinderung einer zu starken Entladung einer Trockenbatterie verwendet wurde, soll nunmehr beschrieben werden.

909835/0564 ^?ORIGINAL 1NSPECTEB1 c-

Zunächst wurde eine LaBt zwischen den positiven und den negativen Pol geschaltet, um die Entladung einzuleiten. Wenn die Spannung eine bestimmte Entladungsendspannung erreicht, wurde die Last abgeschaltet und die Batteriespannung überprüft. Das dabei erzielte Ergebnis ist in Pig. 4 dargestellt. Wenn die Last ab- sichtlich beim Erreichen einer Endspannung eine Zeit t^ nach dem Entladen unterbrochen wird, geht die Ausgangsspannung sofort von einem Punkt 0 zum Punkt P. Wenn die Last wieder angeschaltet und

die Entladung am Punkt P begonnen wird, erreicht die Spannung die Entladungsendspannung wieder nach einer Zeitspanne tg· Auf dieee Weise wird der gleiche Vorgang mehrfach wiederholt.

Wenn der Schalter als Unterspannungsschalter arbeitet, um eine zu tiefe Entladung einer Batterie zu verhindern, und wenn der Hysteresiswert zu klein ist, kommt es oft vor, daß die Batterlespannung gleich darauf wieder auslöst und der Schalter, der gerade abgeschaltet hat, wieder einschaltet, so daß bei Unterbrechung des Laststrome ein "Klappern¹¹ eintritt. Eine solche Spannungsauslösung der Batterie hängt von der Art und Betriebsweise der Batterie ab, so daß der Widerstand Re vorzugsweise einstellbar gemacht wird, so daß verschiedene HyBteresiswerte entsprechend den vorhandenen Eigenschaften eingestellt werden können. '

Die Betriebsspannung der erfindungsgemäßen Schaltung wird entsprechend dem Tellverhältnis der Widerstände R₁ und Rp festgelegt, so daß der Betriebspunkt leicht einstellbar ist.

■wan

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wird durch den Stromverbrauch der Widerstände R₁ und R₂ sowie R₅, Rj und R^ bestimmt, wie sich aus dem Ersateschaltbild Pig.2 ergibt, so daß durch Auswahl großer Widerstandswerte für diese widerstände es möglioh ist,· den Energieverlust klein eu halten.

Beispielsweise ist ein Vergleich bezüglich der Betriebseigenschaften des Unterspannungsschalters für eine Abschaltspannung von 4 Volt und einen Laststrom von 150 Milliampere nach der Erfindung mit einem üblichen spannungsempfindlieheri elektromagnetischen Relais durchgeführt worden· Das Ergebnis ist in Fig. 5 dargestellt. Bei Durchführung des Vergleichs hatte die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung folgende Betriebswerteι

R-jselO Kiloohm, R₂*59 Kiloohm, Ra»510,0hm, R^22 Kiloohm, R₅=?,5 Kiloohm,. R₆=*2,2 Kiloohm, R^«1 Kiloohm, Tr^Tyρ 2SO - 183, Tr₂»Typ 2SB - 172, Tr,»Typ 2SO - 182.

Ein belastungsfreier Strom im leitenden und im gesperrten Zustand sowie der Hystereaiswert für den leitenden und gesperrten Zustand Bind in der folgenden Tabelle dargestellt, aus der sich ergibt, daß der erfindungsgemäße Schalter ausgezeichnete Eigenschaften hat.

	Ein (V)	Aus (V)	Ein (mA)	Aus (m/0	Hysteresis- MQVt
Stand der Technik	A	1	23	Aus-zu-Ein 22 Ein-zu-Aua 6	3
Erfindunge gemäuer Sehalter	4,1	4,0	3,5	0,55	0,1

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In Pig· 5 wird mit dem Pfeil ^Ein¹^ (On) ein Betriebspunkt bezeichnet, bei dem geschaltet wurde, wenn die Spannung allmählioh von Null ansteigt, während mit dem Pfeil "Aus" (Off) der Punkt , bezeichnet wird, an dem die Schaltung schaltet, wenn die Spannung von höheren Werten abfällt· In diesem Palle zeigt H den ... Hysteresiswert oder die Spannungsdifferens zwischen dem Ein- und dem Ausschaltvorgang. ._: V .. ,. _;

Ψ Eine weitere Aus führung s form eines, erfindungsgemäßen Unterepannungsschalters ist in Pig· 6 dargestellt.

Bei der Aueführungsform nach Pig. 1 wird ersichtlich der Lastkreis unterbrochen, wenn die Eingangsspannung den Grenzwert erreicht, so daß der Laststrom auf Hull fällt, und wie in Pig· ersichtlich ist, dem Ersatzschaltbild für den ausgeschalteten Zustand, fließen normalerweise'noch einige hundert Milliampere durch die Widerstände R₁, H₂ bzw· R , R₅ und E_, wodurch ein Verlust erreicht wird· Wenn der laststrom ferner nur einige Milliampere beträgt, ist der Plüssigkeitsaustritt aus der · Batterie zur Verhinderung der Tiefenentladung in der Wirkung stark verringert· Sie Ausftihrungsform nach Pig· 6 ist nun so

1 ■ ■ ■ -

aufgebaut, daß dieser Stromverlust so gering wie möglich gehalten wird. Der Unterschied dieser AusführungBform gegenüber der nach Fig. 1 Hegt in der Lage des Strooverstärkertraneiator· Tr₅ In der 8ohaltung, bei der Ausführungefortt nach Pig*. 6 let der Transistor Tr, an den negativen Batteritpol g·Behaltet· Wenn

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OBIQIMA INSPECTED

———W^i' ' ' ''-<mmm*mmWW»——mm ι '

hei dieser Sohaltung ausgeschaltet wird, werden die !Energieversorgung sowohl für den Schalter als auch für die Last unterbrochen, und der Eingangestrom wird Null*

Bei der "beschriebenen Schaltungsanordnung werden Widerstände zwischen die Emitter der Transistoren Tr- und Tr₂ unterschiedlichen Leitfähigkeitstype geschaltet, so daß ein modifizierter Trigger gebildet wird. Die Basis des HPN-Transistora in der Vorstufe ist an den Verbindungspunkt der Widerstände R₁ und Rg angeschlossen· Zwischen den Widerstand R₁ und der negativen Elektrode liegt der NPN-Transietor Tr,, so daß der Emitter an einer Seite dee negativen Pols der Batterie B und der Kollektor

an einer Seite dee Widerstandes H₁ liegt. Die Basis des Transistors Tr, ist an den Kollektor dee PNP-Transistors Tr₂ in der nachgeschalteten Stufe angeschlossen. Mit 0 ist ein Kondensator bezeiphnet, der zum Anlassen dient, er liegt zwischen dem Emitter und dem Kollektor des Transistors Tr,. Dieser Kondensator ermöglicht es, die Eingangsspannung Ein sofort an beide Enden der Widerstände R₁ und R₂ zu geben. Ein Widerstand Rg ist vorgesehen, um den Strom herabzusetzen; er liegt zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors' Tr,. Die Last R^ liegt zwischen dem positiven Pol der Batterie B und dem Kollektor des Transistors Tr,. Im Betrieb wird der Transistor Tr, in gesättigtem Zustand verwendet, so daß die Spannung Vce,(SAT) zwischen dem Emitter und dem Kollektor extrem klein ist und die Energiequellenspannung Ein und die über dem Spannungsteiler R₁ und R₂ stehende Spannung

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-1G-

fast gleich Bind. Dementsprechend ist der Zustand der Schaltung im Zustand "Ein" und "Aus¹¹ gleich dem Zustand der Ausführungsform nach Tig· 1, wo, wenn der Unterschied jswisehen der Baeisspannung Eb₁ und der Emitterspannung Ee₁ des Transistors Tr₁ höher ist als die Betriebsspannung Vbe-j, die Schaltung im Zustand "Ein" bleibt und im umgekehrten !Falle im Zustand "Aus".

Weil die an die Basis desTransistors Tr, angelegte Spannung Null wird, wenn die Schaltung im Zustand "Aus" ist, schaltet der Transistor Tr, vollständig ab, und der Strom von der Energiequelle wird fast Null\ es bleibt nur der Strom für den Transistor Tr₃. Die Batterie B ist dann praktisoh lastfrei, so daß die Batteriespannung voraussichtlich augenblicklich triggert und "Einⁿ-sohaltet, wieder, wie in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben. Bei dieser Ausführungsform sind die Transistoren Tr₁» Tr₂ und Tr^ jedoch so geschaltet, daß nach "Ein^M~Sehalten der Transistoren Tr₁ und T^ der Transistor Tr, nur verzögert einschaltet, so daß die Batteriespannung durch diese Triggerwirkung nicht wieder eingeschaltet wird. .

Ersichtlich tritt die Schaltung zunächst von dem Zustand "Aus" in den Zustand "Ein", wenn der Schalter SW eingeschaltet wird, sofern die, Eingangsspannung größer ist als die durch die Beziehung (4) gegebene Spannung, oder wenn die Batterie durch eine andere Energiequelle ersetzt wird, wenn der Schalter SW eingeschaltet bleibt» Auf «Grund eines solchen Vorgangs tritt kein "Klappern" auf, wenn der Laststrom unterbrochen wird, unabhängig von der Größe der Hysteresis·.

_|_j₁ i_i_i_i_ j_u ι Ol. ■ au ■ ■ ι '■ n iiiii -1Ί ι ι nn —'—^: ——-

90983 5/0564 ~^r'-

Der Kondensator 0 dient dazu, die Transistoren Tr₁ und ₂ Beginn zu starten, indem die Eingängespannung Bin auf beide Seiten der Widerstände R₁ und R₂ im gleichen Moment gegeben wird, in dem der Schalter SW eingeschaltet wird. Nachdem die Transistoren Tr^ und Tr₂ leitend geworden sind» erhält die Basis des Transistors Tr, durch den Kollektor des Transietors Tr₂ Spannung. Der Transistor Tr, wird dann ebenfalls leitend und der Last R,. . wird die Spannung E^ aufgedrückt, die etwa gleioh der Eingangs-

spannung ist·

Die Betriebseigenschaften dieser Ausführung sollen nunmehr mit Bezug auf Pig· 7 im Vergleich zu der Ausführungsform naoh Pig. erläutert werden. Der Unterepannungsschalter ist in durchgezogenen Linien dargestellt. Wenn die Eingangsspannung Ein allmählich fällt und einen Betriebspunkt im "Auβ"-Zustand erreicht, wird die Schaltung -vollständig unterbrochen. Bei der Schaltungsanordnung naoh ?ig· 1 bleibt jedoch ein RestStromverbrauch durch die Widerstand· R₁ und R₂ bzw. R,, Rc und R~, wie durch die unterbrochene Linie dargestellt ist·

Bei dieser Ausführungsfern tritt also während des "Aus"-Zustandeβ Join Energieyerluei auf* und beim Abschalten «ines Laststrome tritt kein "Klappern¹¹ auf, unabhängig Ton der Groß· der Hysteresis. " .· .. '■;-.' . ' '..'■·

In Pig. θ ist eine weitere Aueführungsfora einte Unterspannung··

sohalters dargestellt» die gegenüber der naoh fig« 6 etwa· Ttr-

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BAD

,aiii,

-1ο-

bessert ist.

Bei der Ausführungsform naoh Pig· 6 liegt ein Kondensator C zum Anlassen der Schaltung zwiechen dem Emitter und dem Kollektor des Transistors Tr₅, und dieser Kondensator muß eine Kapazität, haben» die ausreicht» den Laststrom kurzzeitig fließen zu lassen, und es * muß deshalb eine große elektrostatische Kapazität entsprechend dem Laststrom verwendet werden·

Im Vergleich dazu zeigt die Ausführungsform nach Pig· 8, daß der Anschlußpunkt des Kondensators C zwischen dem Emitter des Transistors Tr, und der Basis des Transistors Tr₂ liegt, während die übrigen Teile der Schaltung gleich der der Ausführungsform naoh I¹Ig. 6 Bind. ■ ^v ' · ,

Im Betrieb dieser Ausführungsform nach Pig. 8 ergibt sich ein leicht geändertes Verhalten. Bei der Ausführungeform nach Fig. 6 werden die Translatoren Tr^ und Tr₂ sofort leitern, sobald die Eingangsspannung Ein über den Widerständen R₁ und R₂ steht, und anschließend wird der Iransietor Tr, leitend. Bei der Aus- . führungsform naoh Fig« 8 wird der Transistor Tr₂ durch die Emitter-BasiB-Strecke des Transistors Tr₂ und den Kondensator O sofort leitend, und dadurch wird der Transistor Tr₅ leitend, um einen stabilen Betrieb zu erhalten,. Zu Betriebebeginh ist es deshalb abglich, den Betriebezustand mittels der Transistoren Tr₂ und Tr₅ herzustelle», «nut Hüoksioht auf den Transistor Ir₁, so daft die Ansprechzeit YerkÜrit werden kann« Di· Kapazität des

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-Vj-

Kondensators C kann auch klein gewählt werden, es genügt, wenn ein ausreichender Strom an die Basis dee Transistors Tr₂ fließt) er kann deshalb wesentlich kleiner sein als der Kondensator bei der Ausführungsform nach Pig. 6.

Diese AuBfÜhrungsform ist also wirtschaftlicher ale die nach Pig· 6, weil sich eine kürzere Ansprechzeit ergibt, eine höhere Stabilität und eine kleinere Kapazität des Kondensators 0.

Es soll nunmehr ein Überspannungssohalter besprochen werden, der den Lastkreis abschaltet, wenn die Eingangβspannung über eine Bezugsspannung ansteigt, im Gegensatz zu dem bisher behandelten Unterspannungssohalter, der die Last abschaltet, wenn die Eingangsspannung unter eine feste Bezugsspannung fällt, und ferner soll eine Spannungs-Torschaltung beschrieben werden, mit der Strom an die Last Über die Kombination eines Unterspannungsschalters mit einem überspannungβschalter nur dann geliefert wird, wenn die Eingangsspannung innerhalb eines bestimmten Bereiches bleibt.

Pig. 9 zeigt eine Ausführungeform eines solchen Überspannungsschalters ι diese besteht aus festen Widerständen R₁, R₂ ·..· Ry» zwei HPN-Transietoren Tr₁ und Tr₂, einem PHP-Transistor Tr₅, , einer Batterie B und einer Belastung R^. Aus den Transistoren Tr- und Tr₂ gleichen LeitfähigkeitBtyps und den Widerständen R, bis R₇ wird ein Schmidt-Trigger gebildet. Am Abgriff des Spannungsteilers R₁ und R₂, der parallel zur Batterie B liegt,

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- 2ü -

wird ein !Detektorpunkt gebildet, an dem Änderungen der Batteriespannung festgestellt werden, und der Ausgang des Schmidt-Triggers ist an einen Stromverstärker aus dem Transistor Tr, angeschaltet, der einen anderen Leitfähigkeitstyp hat als die den Schmidt-Trigger "bildenden Transistoren. Der eur Last R_L am Kollektor des Stromverstärkers und einem Ende der Batterie B fließende Strom fließt intermittierend bei einem Wert Inder Nähe einer Bezugsspannung, die durch die Kreiskonstante festgelegt ist.

Dieser Schalter arbeitet wie folgt. Wenn die Eingangsspannung Ein kleiner ist als die Bezugsspannung, ist der Transistor Tr₁ gesperrt und der Transistor Tr₂ leitend, und gleichzeitig leitet Tr,, so daß die Ausgangsspannung Ε_ου^ fast gleich der Eingangsepannung Ein wird. Umgekehrt, wenn die Eingangsspannung Ein größer ist als die Bezugsspannung, leitet der Transistor Tr₁ und ist der Transistor Tr₂ gesperrt, so daß der Transistor Tr^ sperrt, und damit wird die Ausgangaepannung Null.

Das Verhalten und die Betriebsanforderungen des Schalters sollen jetzt näher erläutert werden.

Bei dieser Ausführungsform bedeutet die Bezugsspannung die Eingangsspannung, wenn die Differenz zwischen der Baslsspannung und der Emitterspannung Ee^ des Traneietors Tr₁ zu einer Betriebsspannung Vbe,j in der ι Besiehung Eb₁ - Ee₁ * Vbe-j (siehe oben) wird.

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Es soll jetzt angenommen werden, daß die Eingangβspannung Ein klein 1st und allmählioh τοχα gesperrten Zustand des Transistors Sr₁ und dem leitenden Zustand des Transistors Xr₂ steigt, und daß der Transistor Tr₁ leitend wird. Der Sohaltungs zustand zu

diesem Zeitpunkt, d.h. wenn der Transietor Tr₁ leitend wird, ist durch die Besiehung gegeben}

(5)

J)Ie obige Basisspannung Eb₁. im gesperrten Zustand des !Transistors Tr^ wird durch die Widerstände R₁ und R₂ und die Eingangsspannung Sin festgelegt· Deshalb gilt

χ Ein

(6)

Weil die Emitterspannung Ee₁ des Transistors Tr₁ von den Widerständen Rg und S» und dem Emitter-Basis-Widerstand Reb, des Transistor« Tr, und der Eingangsspannung Ein abhängt, ergibt eich

Ee.

R« χ Reb

χ Ein.

(7)

Dementsprechend wird die Eingangsspannung, bei der der Transistor Ir₁ rom gesperrten in den leitenden Zustand uasohaltet und der Transietor Tr₂ yo» leitenden in den gesperrten Iustand umiolialtet au· dtm leiiehungen (5), .'(«) und (7) tut . '·" ' ^{; !}

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-22-

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^L6

R₁ + R₉ " R« χ

¹ *■ R^ + -L

^l6 ^T ST +

Me BezugsSpannung E- während des Betriebs kann also erhalten werden· '

Wenn das Verhalten jedes Teils des Schalters untersucht wird, wird zunächst festgestellt, daß bei niedriger Eingangsspannung Ein der Transistor Tr₁ sperrt und der Transistor Tr₂ leitet, und daß die Kollektor »-Emitter-Spannung Ece₂ und die Betriebespannung Vbe₂ des Transistors Tr₂ die Sättigungewerte annehmen (E_ce2(SAT) und VUe₂(SAT)), eo daß der Kollektorstrom I_c2 gemäß folgender

Besiebung fließt und Immer auf einem stabilen Punkt bleibt: Ein - Ece₂(SAT) - Ee ■ . , '

x Be

R₇ + Rebj

« ( ^Eia " EOe₂(SAT) « Ee) (R₇ + R»b_?) ^j R₇ χ Rebj ;. ;

Daduroh wird die Ausgangsepannung E_QU^ gemäß Tig. IO erhalten und dies· auf die Last R₁. gegeben. · , '

Wenn die llngangeapannung S^_n ansteigt und dl· Bedingungen dor ölflehlng (5) elngeittllt werdtn, flltfit dtr lellektoretrom im trtBiiftor tr_t ♦ imwh Am folgend«

909 8 3 57 OSI i

BAD ORIGINAL

kehrt der Strom schnell vom Punkt P gemäß Pig· 2 auf üfull zurüokj

die Eingangβspannung zu dieser Zeit beträgt E-.

Von Eb₁ - Ee^ J> E^₁ ¹Qi fließt heraus-r

^bI -^Ee1>^Ybe1^^Ec1 wächst ^E_q1 fällt

-Ee fällt <*8-~ Eb₂ fällt-

Umgekehrt, wenn die Eingangsspannung hoch ist und der leitende Transistor Tr₁ sperrt und der gesperrte Transistor Tr₂ leitend wird, springt die Ausgangsspannung τοη Null zum Punkt P*, wobei

die Eingangespannung E₂ gemäß Fig» 10 ist, und zwar durch ein umgekehrtes Aufeohaukeln gegenüber dem soeben behandelten Fall. Es ergibt sich also

Eb- - E^₄ - A / V_Vä.T (Α ist eine Schleifenverstärkung) * ι ei ^- oei

Eb wird also folgender Zyklus erhalten:

¹Vl *β1. ^A<isYbe E_e steigt <r-E_t2 steigt

Es besteht ferner die Beziehung E₁^E₂ zwischen der Betriebsspannung S₁, sofern die Eingangsspannung allmählich τοη niedrigeren auf höhere Werte gesteigert wird und der Transistor Tr₁ leitend wird und der Transistor Tr₂ sperrt, und der Betriebsspannung E₂, wenn die Eingangsspannung allmählich von höheren au niedrigeren Werten Terringert wird und der Transistor Tr₁ sperrt und der Transistor Tr₂ leitend wird, und diese Beziehung wird durch, den "Totgangaeffekt" ausgelöst, der*der Transistor-

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schaltung innewohnt. Die Größe der Differenz E₁ -' E„ hängt in diesem Falle von der erwähnten Schleifenverstärkung A ab.

Aus A » 1 folgt E₁ » E₂» es ist jedoch nicht zweckmäßig» den Viert von A zu klein zu wählen» weil sich die Kennlinie beim Anstiegsvorgang dann verschlechtert.

Wie früher bereite beschrieben worden ist, arbeitet der Überspannungsschalter bei dieser Ausführungsform der Erfindung entweder als Sperre oder im gesättigten Bereich, sobald geschaltetwird, es ergibt sich jedoch kein Betriebszustand im aktivierten Bereich (ungesättigten Bereioh), so daß diese Sohaltung als überspannungasohalter mit ausgezeichneten Betriebseigenschaften arbeiten kann.

Wenn beispielsweise der Schalter zwischen eine Speicherbatterie und eine Ladeeinrichtung geschaltet wird, und eine Betriebsspannung derart angelegt wird, daß die elektrische Ladung, die der Speicherbatterie zugeführt wird, bei einer Lade-Enflspannung unterbrochen wird, es gut möglich ist, Unfälle auf Grund einer Überladung der Speicherbatterie zu verhindern.

Es ifct auch möglich, die Ansprechepannung des Sohalters entsprechend dem Seilverhältnis des Spannungsteilers aus R₁ und R₂ veränderlich zu gestalten, und es ist möglich, den Schalter gegen

Schwingungen oder Stöße unempfindlich zu machen, so daß er auf Grund seiner kontaktlosen Konstruktion eine vollständige Unter-

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brechung durchführen kann. Günstigerwelse ergibt sich nur sehr wenig "Klappern¹· und Hysterese "beim Abschalten des laststromsj ferner ergeben sich sehr geringe elektrische Verluste.

Es soll nunmehr in Verbindung mit Pig. 11 eine Spannungs-Torschaltung beschrieben werden· Tig, 11 ist in zwei duroh strichpunktierte Linien eingeschlossene Sektionen I und II aufgeteilt) die Sektion I ist ein Unterspannungsschalter nach Fig.1 und die Sektion II ein Überspannungssohalter nach Pig.9. Ersieht lioh ist der an den positiven Batterieansohluß anzuschlie-Sende Anschluß des Überspannungsschalters II in der Weise an den UnterSpannungsschalter I angeschlossen, daß der positive Anschluß des Überspannungssohalters an den positiven Anschluß des Unterspannungsschalters I angeschlossen 1st und die negative Elektrode des Überspannungsschalters II an den Kollektor dee Transistor· Tr,.

Der Unterspannungsschalter I arbeitet naoh den gleichen Prinzipien und Betriebeeigenschaften wie die Ausführungsform naoh ?ig. 1) der Überspannungsechalter II arbeitet entepreohend der Schaltung naoh Pig. 9 und die Arbeltsweise ist in Pign. 12 bzw. 13 dargestellt·

Genauer gesagt, wenn di« Eingangsspannung Ein größer ist als E^, schaltet der Unterspannungsechalter I ein, und eine Spannung Eab steht über den Ausgang, und wenn die Eingangsspannung kleiner ist

909835/0564 ~^2b

als E^, sohaltet der Lastkreis ab und die Ausgangsspannung wird

Null· . . ' - "

Andererseits ι wenn die Eingangsspannung Sab des überspannungsschalters II größer ist als Eg» wird der Laststrom abgeschaltet und die Ausgangespannung zu Null, und wenn die Eingangsspannung Eab kleiner ist als E_H» wird der Lastkreis eingeschaltet und die Spannung E _u^ steht über dem Ausgang»

► ' ^{: ;} ■ , · ^:' ■■ ■■■ ,

Die Betriebsspannung/^ und E^ werden duroh folgende Besiehungen

angegeben:

\"'h ε—^:£iL—ε—-:.· ''0O)

	I	V	Vbe1	H3	R13	x Reb6
			5	■ R14	+ E*b6
		2 E3 +
R8	9 - . ■
	13

(11)

Hier befinden sich die Transistoren Tr* und Tr^ in einem roll« ständig gesättigten Zustand» und der Spannungsabfall Yce(SAT) der Transistoren Ir« und Tr^ i»t sehr klein· . . "

Damit wird

Ein«* Eab und Eab^ Eout ' Damit wird

Eins** Eout

909835/0564. -27-

ORiGiNAL INSPECTED

Wenn dementsprechend die Beziehimg der Betriebsspannung E«. dee Unterepannungeschaltere I und die Betriebsspannung Err des Überspannungsschalters II angenommen wird zu ^Er ^ Ejn» wird eine Spannung Eout an die Last zwischen den Ausgangsklemmen c, d der in Pig. H dargestellten form gelegt, sofern die Eingangsspannung angenommen wird zu

Ein

Die in dieser Ausführungsform dargestellte Spannungs-Torschaltung wird zweckmäßigerweise in einigen elektrischen Fräzisionsgeräten verwendett bei denen eine Energiequelle begrenzter und veränderlicher Spannung als Batterie verwendet wird, sofern die Gerätepräzision nicht gewährleistet ist, wenn die Eingangsspannung nicht in einem bestimmten Spannungsbereich bleibt.

Der Unterspannungsschalter und der überspannungssohalter sind jeweils durch das Teilverhältnis der Spannungsteiler R₁ und H₂ bzw« R_ß und Rq festgelegt, so daß die Betriebsspannung entsprechend den Betriebserforderniaeen festgelegt werden kann.

Im folgenden Beispiel wird eine modifixierte Ausführungsform des überspannungeschalters nach Fig. 9 bezüglich eines opannungeempfindlichen automatischen Schalters gegeben. In Pig· 15 sind mit B₁, Bp ··· B zusammen η Batterien dargestellt, die hintereinander geschaltet sind. Die überspannungssohalter SW₁,

SW gemäß Pig* 16 weisen Eingangsklemmen a.., a₂ ... auf, die

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jeweils an die Pluspole der Batterien B₁, B₂ ··· oder die Kontaktpunkte F₁, P₂*** ^Pn ^dor Ba**·*¹·®¹¹ angeschlossen sind. Die EingangBklemmen b-, bp ··· Bind an die Minuspole der Batterien angeschlossen.

Die Ausgangsklemmen O₁, O₂ ··· der Schalter SW₁, SW₂ «.» SW sind mit Gleichrichtern De₁, De₂ .·· De in der Vorwärtsrichtung mit einem gemeinsamen Punkt verbunden, an den ein Ende einer Last B angeschlossen ist, die mit dem anderen Ende am Minuspol der Batterie liegt· :

Es soll jetzt angenommen werden, daß die Betriebsspannung der Sohalter SW-,, SWg ..· SW_n den Wert E hat, so wird die Betriebsspannung abgeschaltet, wenn die EingangBspannung der jeweiligen Schalter höher liegt als E, und die Betriebsspannung wird abgeschaltet, wenn die Eingangsspannungen kleiner sind als E, so daß, wenn die Eingangsspannung V₁ des Schalters SW₁, nämlich die Gesamtspannung der Batterie in einer Gruppe wird V₁-CE, dor Schalter SW₁ einschaltet und der Last R eine Spannung entsprechend V₁ zugeführt wird. Zu diesem Zeitpunkt sind die Eingangsspannungen V₂ ·.. V_n der Sohalter SW₂ ·.· SW_n kleiner als E, die Schalter SW₂ ..· SW_Q schalten ein und die Last R wird mit V₂ ... V beaufschlagt. Solange gilt V₁^V₂ > •••/^>^_n» fließt kein Strom» selbst wenn die Schalter SW₂ ··· SW_n eingeschaltet haben. Vom Schalter SW₁ wird jedoch neben dem Laststrom ein gesoKLoosener Stromweg gebildet» der'durch die Sohalter SW₂ ... SW_n und

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ebenso duroh die einzelnen Batterieanschlüsse P₁ - P„ ·.· P -P₁ verläuft. Diese Konstruktion würde also einen beträohtliohen Energieverlust verursachen, so daß die Gleichrichter De₁ ··· De eingeschaltet werden, um den Stromrüokfluß eu verhindern.

Wenn die Eingangsspannung Y₁ den Schalter SW₁ beaufschlagt, wird V₁ > E, V₂ ... V_n<£E, weil die Batterieansohaltung geändert wird, der Schalter SW₁ schaltet ab und die Schalter SW₁ ··· SW_n schalten ein. Es steht dann nur Vg über R.

Ein ähnlicher Vorgang findet statt, wenn die Spannung ansteigt und allein V_n kleiner wird als E, und daraufhin wird V_Q allein auf die Last R gegeben·

Es soll jetBt der umgekehrte Fall betrachtet werden, daß die Batteriespannung allmählich fällt· Wird angenommen, daß aunäohst

V <C E, Y_n1 } S, so wird zunäohst nur Y_n angeschaltet und über*

der Last R steht ausschließlich Y_n* Beim anschließenden Spannungsabfall ändert sich die Eingangsspannung beispielsweise auch Ve <. E, Vg y E, dann wird der Last R nur die Spannung Ve aufgedrückt.

Wenn also die Spannung fällt und sich von V_1y> E ändert in V_I <lE, wird die Spannung V₁ der Last R aufgedrückt*

Ersichtlich wird aleo auch bei sich ändernder Spannung der . Batterien B₁, Bo ··· B eine fast konstante Spannung auf die

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-3u-

Last R gegeben» die durch die Betriebsspannung S der Schalter SW₁, SW₂ ... SW_n festgelegt wird. . -

Sie Beziehung zwischen der Temperatur änderung und der Klemmenspannung V₁ einer Brennstoffzelle (fuel cell) wurde untersucht, so als ob sie aus einer Vielzahl von in Reihe geschalteten Batterien mit veränderlicher Klemmenspannung je nach dem Anwendungszustand versehen wäre, und es wurde dabei festgestellt, daß die Ausgangsspannung V₁ eich kräftig mit der Temperatur ändert, wie durch die Kurve V₁ in fig. 17 angedeutet ist» Die AusgangsSpannung Vout konnte jedooh faat auf einem festen Wert gehalten werden, indem ÜberspannungsBehalter gemäß fig. 16 verwendet wurden, wenn sich auch nooh eine gewisse Spannungsänderung ergab. _v

Ein solcher Änderungsbereich der Spannung wird durch die Batteriespannung und die Zahl der Batterien zwisohen den Schaltern SW₁ -° SW₂t SW₂^SW,, .·. ^sw _n_i^^svr _n festgelegt, woraus sich ergibt, daß die Spannungsänderung umso kleiner ist» je kleiner die Spannungsdifferenz «wischenden Schalterniet·

Entsprechend der Konstruktion dee ÜberspannungssOhalters gemäß Fig. 16 und der Verwendung eine« Transistors im überep*nnungsschalter und eine· Transistor· umgekehrter Polarität, können die Aneohlüeee dereelben entepreohend der Änderung der Polarität verändert werden, wobei ein ähnlich·· Verhalten wieder erhalten

909835/0564 "³¹

werden kann« Wenn es bei einem Überspannungsschalter erforderlioh ist, den Basisstrom des Transistors TH, mit einem Laststrom zn verwenden, der größer ist als der um die Stromverstärkung multiplizierte Wert, kann eine Kompositschaltung in der Ausgangsstufe ■ aufgebaut werden, so daß eine Schaltung aufgebaut werden kann, die jeden beliebigen Laststrom führen kann·

Bei solchen Brennstoffzellen, die entsprechend dem Anwendungszustand sehr stark veränderliche Batteriespannung haben, kann die erfindungsgemäße Schaltung die Nützlichkeit von Brennstoffen deutlich anheben und die Betriebskosten herabsetzen«. Die erfindungsgemäße Schaltung kann auch in Verbindung mit Beservebatterlen verwendet werden, die zusätzlich zu der normalerweise betriebsmäßig erforderlichen Batteriezahl in Reihe geschaltet

sind, so daß eine unzureichende Spannung automatisch erhöht werden kann, was zweckmäßig let, wenn eine Energiequelle in einem unbemannten Bereich betrieben werden soll·

Eine weitere Ausführungsform eines automatischen Spannungsscheitere in Verbindung mit einem überspannungsechaIter soll in Verbindung mit Pig. 18 beschrieben werden·

Gemäß Fig. 18 ist ein Überspannungsschalter gemäß Fig. 9 (durch unterbrochene Linien eingeschlossen) zusammen mit einem elektromagnetischen Schrittschalter By dargestellt, der zwischen den Ausgangsklemmen c-d dee Schalters liegt, wobei eine feste KlemmeH

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des Schalters Hy an den Pluspol a des Überspannungaschalters an*- geschlossen let und die freien Kontakte 1 ... η an die Pluspole P₁, P₂ .·· P_n der Batterien B₁, B₂ ··· B_n der Batterie angeschlossen sind, die η hintereinander geschaltete Batterien be-

ι grenzter Spannung enthält» und die Minuspole der Batterien sind an den Minuspol des Überspannungsschalterβ angeschlossen, wobei die Last Br zwischen den Eingangs klemmen a und b des Überspan-» nungSBChalters liegt·

Diese Ausführungsform wird in der Weise betrieben, daß, wenn die angelegte Spannung zwischen den Eingangsklemmen a und b des Überepannungsschalters höher ist als die Betriebs-Bezugsepannung E, die Transistoren Ir₂ und Tr, sperren, und wenn sie kleiner ist als E, die Transistoren Sr₂ und Tr₅ leiten·

Wird jetzt angenommen, daß das bewegliche Schaltmesser N¹, das zum festen Anschluß K des Schritt schalters Hy führt, am Kontakt liegt, so steht die Spannung V₁ der Batterie B₁ über den Eingangsklemmen a und b des Überspannungssohalters. Wenn die Spannung Y₁ größer ist als die Betriebs-Bezügespannung E des überspannungsschalters,'ist dieser gesperrt und das Schaltmesser N¹ liegt weiter am Kontakt 1 an, wobei der Last R^ die Spannung Y₁ aufgedrückt wird«

Sie Eingangsspannung Y₁ fällt dann allmählich von diesem stabilen Betriebspunkt und erreicht' die Betriebs-Bezugssx>annung E, daraufhin nimmt der überepannungsechalter einen leitenden Zustand an,

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xind der Schrittschalter R- arbeitet. Das Schaltmesser N¹ bewegt

if

sich zum Kontakt 2. Auf die Last R^ wird die zusammengefaßte Spannung der Batterie B₁ und der Batterie B₂ gegeben. Wenn das Schaltmesser N^f am Kontakt 2 anliegt, ändert sich die über dem Überspannungssohalter stehende Spannung in V₂» dieser Wert lot . größer als die Betriebs-Bezugsspannung E_f bo daß der Überspannungsschalter sofort sperrt, und die Anlage des fichaltmeesers N* am Kontakt 2 bleibt unverändert erhalten.

Wenn die angelegte Spannung V₂ in der gleichen Weise unter die Spannung Έ fällt, wird das Schaltmesser IT* an den Kontakt 3 weitergeschaltet, und in ähnlicher Weise wandert das Schaltraesser IT* nacheinander von Kontakt 2 zum Kontakt n, wodurch der Schalt-Vorgang eingeleitet wird und der Last Rt eine Spannung aufgedrückt wird, die größer.ist als die Bezugsspannung E des überepannungsschalters. . . .

Die Ausgangskennlinie eines solchen automatischen SpannungsSchalters ist in Pig· 19 veranschaulicht» Diese Ausgangsspannung, nämlich die über der last Rt stehende Spannung, kann Veränderungen Innerhalb eines gewissen Bereiches zwischen Maximum und Minimum hervorrufen. Das Minimum ist der Wert der Betriebs-Bezugsspannung E des Überspannungssohalters, und das Maximum ist der Wert der Bezugsspannung E, vergrößert um die Batteriespannung zwischen den verschiedenen Kontakten, und diese Werte werden durch die Anzahl der Batterien zwischen den Kontakten und den Spannungen dieser Batterien festgelegt· Es ist jedoch zu erwähnen, daß der Anschluß

wkm

.909835/0564 "³⁴~

der Kontakte des elektromagnetischen Schrittschalters durch den positiven Anschluß des Überspannungssohalters ersetzt und an den negativen Eingang angeschlossen werden kann.

Der automatische Spannungsschalter nach dieser Ausführungsform ist im Gegensatz zu der Ausführungsform nach Pig· 15 in bestimmten Anwendungsfällen günstiger· Bei dieser Ausftthrungsform ist besonders günstig, daß die Kontakte nicht elektrisch in den Kreis eingeschaltet sind, wodurch Verluste hervorgerufen werden, und Gleichrichter nicht erforderlich sind, um einen Hucketrom zu verhindern.

Es wird eine weitere Ausführungsform noch erläutert, bei der der Unterspannungsschalter und der überspannungs schalt er mit einer Temperaturkompensation versehen werden, so daß der lastkreie bei Erreichung einer festen Bezugsspannung unterbrochen wird, auch ~ wenn sich die Umgebungstemperatur ändert.

Sowohl bezüglich der Sohalter nach 3?ign. 1,6 und β als auch des Schalters nach Pig. 9 sind die am stärksten temperaturabhängigen Größen die von V^₀1^ und Ico der Transistoren und dies· Faktoren werden gemeinsam al β Änderungen von Y^₀ der Emitter-Basis-Spannung,, des Transistors in der ersten Stuf« behandelt.

Die Temperaturabhängigkeit einer VorwärtaSpannung einer Sperr-Bchichtdiode wird durch folgende Besiehung dargestellt, worin die Temperaturkoeffiaienten sowohl für Germanium- als auoh für 8illaiumflioden mit 2»3 mV/°fl

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■' Vbe « ■ in (1 -Of)

Worin« k» Boltzmann¹sehe Konstante . Ti absolute Temperatur

4 t Elektrische Ladling
t

Die Temperaturabhängigkeit der Transistoren wird ähnlich der der Vorwärtsspannung der Sperrschichtdiode betrachtet· Beispielsweise ist in Fig.¹ 21 eine graphische Darstellung der tatsächlichen Werte eines Vorstufentrans ist ore einer Ausführungsform der Erfindung (Pig· 1) dargestellt. Im dargestellten fall ergab sich ein konstanter Wert Ton etwa -2 aV/°C.

Bei dem oben erwähnten UnterBpannungeschalter und dem Überspan» ,nungsBohalter ergibt sich die Betriebebedingung der Spannung durch die Gleichung V^₁ * E^-j - Ee^. Um diese Besiehung bezüglich der Änderung ron V^ « durch Temperaturänderungen eu Yervoll- ständigen, kann die rechte Seite der Gleichung geändert werden» d»h· es kann entweder E^₁ oder E_e1 fttr temperaturabhängige Änderungen Ton Vj₃₆-J kompensiert werden.

Um zunächst E, - eu kompensieren» kann das Teilrerhältnis des Spannungsteilers R₁, R₂ temperaturabhängig gemacht werden. Das wird dadurch erreicht, daß Koapensationselemente in die Widerstände R₁ oder R₂ eingeschaltet werden. . . .

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- 3b -

Im vorangegangenen Beispiel muß bei Temperaturkompensation duroh den Widerstand Rg dieser einen positiven Temperaturkoeffizienten habenj bei Temperaturkompensation durch den Widerstand R- muß dieser einen negativen Temperaturkoeffizienten haben* Weil Widerstandselemente mit negativen Temperaturkoeffizienten, beispielsweise Thermistoren, leioht und billig erhalten werden können, im Vergleich zu solchen mit positiven Temperaturkoeffieienten, ist es zweckmäßiger, ein Widerstandselement mit einem negativen Temperaturkoeffizienten in einem bestimmten Teil des Widerstandes R₁ zu verwenden· ■ ■■■

Pig· 20 zeigt den Unterspannungsschalter nach Pig. 1 mit Temperaturkompensation, wobei R₁' ein Widerstandselement mit negativem Temperaturkoeffizienten darstellt, beispielsweise einen Thermietor. Beim Vergleich des Unterspannungssohalters nach Pig. 20 mit dem nach Pig· 1 bezüglich der Änderungen der Betriebsspannung bei Temperaturänderungen ist ein deutliches Resultat gemäß Pig. 22 erhalten worden, wo jedoch die Schaltung so eingestellt war, daß bei 4· Volt abgeschaltet wurde, wie bereits bei der. Ausfuhrungsform nach Pig. 1 festgelegt, und der Kompensations-Thermistor wurde experimentell festgelegt·

Wie in den Zeichnungen erkennbar ist, beläuft sich die ,änderung der Betriebsspannung duroh Änderung um + 2O⁰O gegenüber der Kormaltemperatur von 20⁰O bei einer Schaltung nach Pig· 1 auf + 6 - 7$, während bei einer Schaltung nach Pig. 20 die Änderung kleiner als £ 1# iet.

tLaaia·

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Wenn^die Kompensation bei Ee₁ vorgenommen werden soll, genügt es, das Teilverhältnie dee Widerstandes R₅ und der Widerstände H^ und Bn bezüglich Temperaturänderungen zu ändern, so daß das Widerstandselement mit dem negativen Temperaturkoeffizienten anstelle des Wideretandes R„ wie im vorliegenden Pailβ eingesetzt werden kann. . -

Pig. 23 zeigt eine Möglichkeit zur Temperaturkompensation einer Auefuhrungsform eines Unterspannungssohaltere, wie sie in Pig. dargestellt ist. .

Jl ■'

Die Temperaturkompensation kann in.gleicher Weise bei dem Unterspannungsschalter nach Pig. 8 als auch bei dem Überspannungoschalter nach Pig. 9 vorgenommen werden.' Das Widerstandselement zur Kompensation kann sogar einfach für die Widerstände R-. und R₅ eingesetzt werden, oder es können andere Widerstände parallel oder in Reihe damit verwendet werden, so daß die Temperaturkompensation je nach den. Erfordernissen verändert werden kann·

Durch die Erfindung wird also eine Signaldetektorschaltung verfügbar gemacht, die durch die Verbindung der Basis eines Toretufentransistors einer Triggerschaltung aus zwei Transistoren mit dem Verbindungspunkt von zwisohen die Eingangsklemmen geschalteten zwei Widerständen verbunden wird, und ein Stromveretärkerkreie durch die Verbindung des Kollektors eines Naohstufentransistore mit der Basis eines Transistors anderen Ieit-

909835/0564 Original, inspected-3_d_

fähigkeitstyps verbunden wird, die dadurch gekennzeichnet ist, daß als Hauptbestandteile ein Unterspannungeaohalter verwendet wird, bei dem Transistoren unterschiedlichen Leitfähigkeitstyps in der Triggerschaltung verwendet werden und zwisohen den Emitterklemmen der beiden Transistoren Widerstände eingesetzt sind, und ein ÜberspannungsBehälter eine gewöhnliche. Triggerschaltung enthält, die Transistoren gleichen Leitfählgkeitstyps enthält. Durch die Erfindung wird erreicht, daß ein epannungs empfindlicher Schalter mit geringen Energieverlusten verfügbar

/·
gemacht wird, der abnutzungsfest und schwingungsfest ist und der kein "Klappern*¹ wie auch keine Hysteresis kennt, und es wird ferner ein Spannungsgatter verfügbar gemacht, das durch die Kombination des Unterspannungeschalters mit dem tiberspannungssohalter gebildet wird, sowie ein automatischer Spannungssohalter unter Verwendung eines Überepannungseohalters.

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Claims (1)

1. Patentansprüche :

   1. Schaltungsanordnung zur Spannungsüberwachung und Herbeiführung eines Schaltvorgangs bei Abweichung der Spannung von einer Sollspannung, bei der über eine Kippschaltung aus zwei Transistoren ein dritter Transistor entgegengesetzten Leitungstyps gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des Eingangstransistors (Tr1) der Kippschaltung (Tr1, Tr2) unmittelbar mit dem Abgriff eines Spannungsteilers aus spannungsunabhängigen Schaltelementen (E1, K2) verbunden ist (Fig. 1, Fig. 9).

   2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 zur Herbeiführung eines SchaltVorgangs bei Unterschreiten der Sollspannung, da- . durch gekennzeichnet, daß die Kippschaltung aus zwei Transistoren (Tr1, Tr2) unterschiedlichen Leitungstyps besteht, deren Emitter galvanisch (Ki)) gekoppelt sind (Fig. 1).

   der

   3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, bei der dritte

   Transistor zwischen der Spannungsquelle und einem Ende des Spannungsteilers liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitter-Kollektor-Strecke des dritten Transistors mit einem Kondensator (C) überbrückt ist (Fig. 6, Fig. 8).

   4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Überbrückungskondensator (C) zwischen dem Emitter des dritten Transistors (Tr3) und der Basis des Ausgangstransistors (Tr2) der Kippschaltung liegt (Fig. 8).

   t>. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitter der beiden Transistoren (Tr1, Tr2) der Kippschaltung mittels eines temperaturabhängigen Widerstandes (Ii¹5) gekoppelt sind (Fig. 23).

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   6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 zur Herbeiführung eines Schaltvorgangs bei Überschreiten der Sollspannung, dadurch gekennzeichnet, daß die Kippschaltung in an sich bekannter Weise aus zwei Transistoren (Tr1, Tr2) gleichen Leitungstyps besteht, deren Emitter galvanisch (R4) gekoppelt sind (Fig. 9).

   7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler wenigstens einen temperaturabhängigen Widerstand (RM) enthält (Fig. 20).

   8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 zur Herbeiführung eines SchaltVorgangs sowohl bei Über- als auch bei Unterschreiten der Sollspannung, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schaltungsanordnung nach Anspruch 6 oder 7 an den Ausgang einer Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 5 oder 7 angeschlossen ist.

   9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 zum Einhalten einer Spannung mit einer vorgegebenen Toleranz, dadurch gekennzeichnet, -daß die Spannung von einer Reihenschaltung aus mehreren Spannungsquellen (B1, B2 ... Bn) abgenommen wird, und daß an die einzelnen Spannungsquellen (B1, B2 ... Bn) jeweils eine Schaltungsanordnung nach Anspruch 6 oder 7 angeschaltet ist (Fig. Vj, Fig. 18).

   10. Schaltungsanordnung nach Anspruch y, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Anzahl der Spannungsquellen (B1, B2 ...Bn) entsprechende Anzahl von Schaltungsanordnungen (SW1, SW2 ... SWn) vorgesehen ist, die jeweils über eine Entkopplungsdiode (Lei, l/e2... Den) mit einem gemeinsamen Ausgang verbunden sind (Fig. 1d).

   11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung über einen Schrittschal-

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   ter (J\i) an die einzelnen Spannungsquellen (B1, B2 ... Bn) angeschaltet ist, dessen Antriebswicklung im Ausgangskreis des dritten Transistors (Tr3) liegt.

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