DE1588279A1 - Transistorisierte Schaltungsanordnung zur Spannungsregelung in Akkumulatorladeschaltungen - Google Patents

Description

Ingen,, den 16·7·69 ΡΑΤ/Dr.Fa/Sl

Richard Hirschmann, Radiotechnischea Werk in Esslingen /ffeckar Aktenzeichen ι Ρ 15 88 279*8 -32 ^ Transistorisierte Schaltungsanordnung aur Spannungsregelung in oo

K) Akkumulatorladeschaltungen» <O

CD Die Erfindung "betrifft eine transistorisierte Schaltungsan - Ordnung nur Spannungsregelung in Akkumulatorladesohaltungen, bei der der durch einen mit der Speieequelle in Serie liegenden Längs« widerstand fliessende Ladestrom duroh Änderung des Widerstandes der im Akkumulatorladestromkreis liegenden Kollektor - Bmitterstrecke eines Leistungstransistors regelbar ist, dessen Basis an den Kollektor eines aus dem gleichen Leitfähigkeitstyp wie der des Leistungetransistors bestehenden Steuertransistors angeschlossen ist, dessen Basis mit einem ersten Ohmwiderstände enthaltenden Spannungsteiler rerbunden ist«

Eine durch die USA-Patentschrift Ir. 3 123 759 bekannte Sohaltungs ~ anordnung dieser Art dient sum Aufladen eines an einen Yerbrauoher angeschlossenen Akkumulators mit möglichst gleiohmässigem Lade · strom, der unterbrochen wird, wenn die Akkumulatorspannung einen . bestimmten Höohstwert erreicht hat, und erst wieder selbsttätig eingeschaltet wird, wenn die Akkumulatorspannung duroh die Strom -entnahme des Terbrauchers auf einen bestimmten Mindestwert abge -•unken ist*

Da· auslösende llement für die Unterbrechung de· Ladestroms ist •in aieiohriohter (Diode), der mit dem negatiren Pol de· Akkumulator· und der Baal· des Steuertransietors rerbunden ist. Venn die Akku -■ulatorspannung den erwähnten löohstwert erreicht hat, wird dieser Qleiohriohter leitend und rermrsaoht einen Strom duroh die imitter -

BAD ORIGINAL

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Kollektorstrecke des Steuertransietors, an dessen Emitter eine durch ein· Zenerdiode etabilierte gegenüber den positiven Pol des Akkumulators negative Spannung liegt und dessen Kollektor direkt mit der Basis des Leistungstransistors und über einen Torwiderstand mit dem negativen Pol der Ladespannungsquelle ver ·· Runden ist« Der durch den erwähnten Emitter~Kollektorstrom des Steuertransistors bewirkte Spannungsabfall an diesem Torwider -stand verringert die negative Basisspannung des Leistunge ·» transistors soweit, daß der Ladestrom durch die Kollektor -Smitterstreoke des Leistungstransistors unterbrochen wird. Er wird erst wieder selbsttätig eingeschaltet, wenn die Akkumulator·· spannung so weit abgesunken ist, daß ein dem erwähnten ersten Oleichrichter parallel gesohalteter zweiter Gleichrichter mit umgekehrter Polarität leitend wird und die Unterbrechung des Stromes durch die Emitter-Kollektor-Streoke des Steuer -transistors verursacht«

Durch die Erfindung ist die Aufgabe gelöst, eine Schaltungs&n -Ordnung zur Spannungsregelung in einer Akkumulatorlade -schaltung zu schaffen, an der der Akkumulator ohne Stroment -nähme duroh einen Verbraucher ständig angeschlossen »ein kann, um ihn im vollgeladenen Zustand au erhalten· Siesee Ladegerät ist zweokaässig für Akkumulatoren von Geräten, die stets betriebs ~ bereit sein sollen, auch dann, wenn sie längere Zeit nicht be -nutzt werden* Solohe Geräte sind z«B« elektrische Taschenlampen, foto-Blittliohtgeräte, Elektrorasierer und elektrische Meßgeräte. Der nach der Benutzung ganz oder teilweise entladen· Akkumulator wird mit relativ großem Strom in relativ kurzer Zeit aufge ·· laden·

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Anschiieseend wird der Ladestrom so gesteuert, daß nur mehr die Selbstentladung ausgeglichen, der Akkumulator aber nicht überladen und dadurch beschädigt wird«

Die Erfindung besteht darin, daß von dem Steuertraneistor den? Emitter mit dem Pluspol des Akkumulators und der Kollektor über einen Serienwiderstand mit der Basis des Leistungstransistors verbunden ist, die mit dem Abgriff eines zweiten, zweiteiligen Spannungsteilers mit einer zur Stabilisierung der Basisvor ~ spannung dienenden Zenerdiode verbunden ist, und daß die Basis des Steuertransistors über eine Seriensohaltung aus einem Wider stand und einer zweiten Zenerdiode mit dem Abgriff des ersten, an den Verbindungspunkt zwischen dem Längewiderstand und dem Leistungstransistor angeschlossenen Spannungsteilers verbunden ist«

Bei der erfindungsgemässen Anordnung wird die Sperrung des Lade stromes direkt dadurch ausgelöst, daß die Spannung am ersten Leistungstransistor negativer wird, weil die Akkumulatorspannung ansteigt und dadurch der Ladestrom und der Spannungsabfall am Torwiderstand des Leistungstransistors abnehmen· Dabei baut sich an der zweiten Zenerdiode eine Spannung auf, die sich in stärkerem Maße ändert, als die am Emitter des Steuertransistors liegende Hkkumulatorspannung, Diese größere Änderung ist durch die Strom « verstärkung des Steuertransistors gegeben« Das ist das Terhältnis des Kollektorströme zum Basisetrom,

Wenn die Spannung an der zweiten Zenerdiode einen ziemlich genau festzulegenden Wert erreicht hat, wird diese Zenerdiode leitend« Dadurch kann über die Emitter-Kollektoritrecke des Steuertraneistors ein großer Strom fliesstn, duroh den die am ersten Spannungsteiler abgegriffene stabilisierte negative Gleichspannung erheblich ver ringert wird« Das Potential der Basis des Leistungetransistors

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wird dadurch verlagert, daß der Ladestrom über die Emitter -Kollektorstrecke des Leistungstransistors fast ganz auf Hull zurückgeht» Z.B. liegt an einem gasdichten Nickel-Cadmium·· Akkumulator mit einer Kennspannung von 3,7 Volt eine Lade -spannung von ungefähr 4»5 Volt» wenn der Akkumulator vollge -laden ist» Nach dem Abtrennen der Ladeeinrichtung geht die Akkumulatorspannung sofort auf ca· 4t35 ToIt zurück« Nach etwa einer Stunde sinkt sie auf ca· 4,15 Volt. Um sicherzu -stellen, dass ein solcher Akkumulator voll aufgeladen, aber nicht überladen wird, muss die Unterbrechung des Ladestroms ziemlich präzise bei 4»5 Volt Ladespannung erfolgen« Dazu dient die Zenerdiode oder ein ähnliches Bauteil mit einer steilen Richtkenn -linie im Basiskreis des Steuertransistors· Die erfindungsgemäsee Schaltungsanordnung ermöglicht es, den richtigen Zeitpunkt für die Abschaltung des Ladestromes in ein -faoher Weise einzustellen« Dazu ist die Steuerspannung, die der Basis des Steuertraneistors über eine Zenerdiode und einen Wider -stand zugeführt wird, am einstellbaren mittleren Abgriff eines Spannungsteilers abgegriffen, der an den Pluspol der Gleich -Spannungsquelle und den Kollektor des Leistungstransistore angeschlossen ist«

Wenn ein Akkumulator an die Ladevorrichtung angeschlossen wird, soll der Ladestrom unabhängig vom Ladezustand einsetzen und so lange flieesen, bis sich bei dem erwähnten Beispiel eine Lade -spannung von ca, 4,5 ToIt am Akkumulator aufgebaut hat· Bei der beschriebenen, erfindungagemäesen Schaltungsanordnung ist aber die Möglichkeit nicht ausgeschlossen, dass naoh dem Ansohliessen eines nicht ganz entladenen Akkumulators der Strom über die

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Emitter ·* Kollektor - Streoke des Steuertraneistore zuerst flieset,

eodass der Ladestrom über die Kollektor - Emitter » Streoke des

Leistungstransistors nicht fliessen kann« Biese Unsicherheit

wird durch eine rorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemässen

Schaltungsanordnung beseitigt, bei der der Kollektor « Emitter - Streoke des Leistungstransistors ein Kondensator parallel ge -

schaltet ist«

Jach dem Einschalten des Ladegerätes flieset der Ladestrom über

diesen Kondensator bis er sich auf die Betriebsspannung des

Leistungstransistors aufgeladen hat* Sie gleiche Wirkung kann auoh durch einen Kondensator erreicht werden,

der der Basis - Emitter „ Streoke des Steuertransistors parallel geschaltet ist und im Einschaltaugenblick die Steuerspannung des

Steuertransistors kurzsohliesst* Bei einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemässen Ladevor -

richtung ist der Kollektor - Emitter - Streoke des Leistungs - transistors ein Widerstand parallel geschaltet« Dieser Wider - stand ist so gross, dass über ihn nur der geringe Ström flieset, der zum Ausgleich der Selbstentladung eines angesohloseenen

Akkumulators erforderlich ist· Daduroh behält ein Akkumulator

■tändig seine rolle Ladung, wenn er an der Ladmepannung ange - schlossen bleibt» nachdem er roll aufgeladen ist»

Eine weitere rorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemässen Lade··

rorriohtung besteht darin, dass als Widerstand swisohen dem Minus - pol der Oleichspannungsquelle und dem Kollektor de· Leistung· - transistors ein Kaltleiter oder eine Üühlampe dient«

Da der Widerstand τοη Kaltleitern und Glühlampen mit steigendem Strom

lunimmt» wird der Ladestrom, der bei gans entladenem Akkumulator am

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grössten ist und dann allmählich abnimmt, gleichmässiger·

Sie Glühlampe leuchtet auf, wenn ,.ein ausreichender Ladestrom flieset

und zeigt durch Erlöschen an, daß der angeschlossene Akkumulator voll geladen ist« Wenn ein Tollgeladener Akkumulator an die Ladevor - richtung angeschlossen wird, leuchtet die glühlampe nur kurze Zeit schwach auf"

In der Zeichnung ist das Schaltbild eines AusfUhrungsbeispiels der er ~

findungsgemässen Torriohtung sum Aufladen von elektrischen Akkumulatoren wiedergegeben«

An den Pluspol einer Spannungsquelle mit der Gleichspannung U,

ist der Pluspol eines aufzuladenden Akkumulators A mit der

Spannung TJ. angeschlossen« Der Minuspol der Gleichspannungsquelle TL ist über einen Widerstand R, und die Kollektor « Emitter - Strecke eines Leistungstransistors T- »it dem Minuspol des Akkumulators A verbunden· An die Gleichspannungsquelle TJ. ist weiterhin ein Spannungsteiler angeschlossen, der aus dem festen Torwiderstand B„

und dem Widerstand R, besteht, dem eine Zenerdiode Z- parallel ge ·» schaltet ist, die die Spannung am Widerstand B. stabilisiert, d.h.

annähernd konstant hält« wenn sich die Spannung TL in gewissen

Grenzen ändert* Zwisohen dem Pluspol der Gleichspannungsquelle TL^

und dem einstellbaren mittleren Abgriff des Widerstandes R, wird die Spannung TL abgegriffen, die grosser ist, als die während des

Ladevorgangs ansteigend« negative Akkumulatorspannung TL · Sie Steuerspannung TJ₂ des Leistungstransistors T,, die gleich der

» Differenz der Basis spannung TJ^ des ^.eistungstransistors T^ und der

Akkumulatorspannung TJ. ist, wird während der Aufladung des Akkumulator» A allmählioh kleiner« Daduroh wird der über die Kollektor · Emitter « Streoke des Leietungstransistors T^

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fliessende Ladestrom etwa im Yerhältnis Io ι 1 herabgesetzt, wenn ein ganz entladener liokel-Kadmium Akkumulator voll aufgeladen wird. An den Pluspol der Gleichspannungsquelle TJ_T und den Kollektor des

Leistungstransistors T- ist ein Widerstand R. angeschlossen, an dem die Kollektorspannung IT, des Leistungstransistors T- liegt. Zwischen dem Pluspol der Spannungsquelle TJ und dem einstellbaren mittleren Abgriff des Widerstandes R. wird eine Spannung TS. abgegriffen, die über eine zweite Zenerdiode Z₀ und einen Widerstand R_c der Basis eines Steuertransistors T„ zugeführt wird. Bei dem Steuertransistor Tp ist der Emitter mit des Pluspol der Gleichspannungsquelle IL und der Kollektor über einen Widerstand Rg mit der Basis des Leistungstransistors T- rerbunden· Sie Spannung TJ., die Riohtkennlinie der Zenerdiode Z„ und der Widerstand R₁. sind so gewählt, dass der Strom durch die Zenerdiode Z„ einsetzt, wenn die Akkumulatorspannung TJ. bei Tollgeladenem Akkumulator A ihren Höchstwert erreicht. Sann flieset über die Emitter-Kollektor-Strecke des Steuertransistors !„ und den Widerstand R^ ein Strom, der so gross ist, dass die Spannung TJ₁ an der Basis des Leistungstransistors T, annähernd auf dem Wert der Akkumulatorspannung TT. oder noch weiter herabgesetzt wird, so dass der Ladestrom über die Kollektor-Emitter-Strecke des Leistungs -transistors T₁ unterbrochen wird.

Ser KoIlektor-Smitter-Strecke des Leistungstransistirs T^ ist ein Kondensator C, parallel geschaltet·

Sirekt nach dem Einschalten des Ladegerätes oder dem Ansohliessen des Akkumulators A an das Ladegerät flieset der Ladestrom über den Kondensator C₁, bis dieser sich auf die Betriebsspannung des Leistungstraneistors T, aufgeladen hat. Baduroh wird verhindert»

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** 8 M

dass im linsolialfettgeablick der Strom über die Emitter - Kollektor «· Strecke des Stemertransistors T 2 zuerst fliesst und der Ladestrom gar nicht- mehr fliessea kann« Die gleiche Wirkung kann auch durch &οϊα gestriegelt eiagezeiohneten Kondensator 0_g erreicht werden, der die Basis « Emitter - Strecke des Steuertransistors T₉ über » "brückt nnä &i© Stemerspaam&ng des Steuertraasistore T₉ im Einschaltatugenbliek kurss©hliesst_f so dass'über die Emitter - Kollektor « Strecke des -Steuextöaaeistors T„ k®in Strom fliessen kann_t bevor ei,oh em Koad©a@ator 0„ sias ausrsisheade- Steuerspanaung für den Steaesijr-aasistor f« aufgebaut hat«

Das KoIlGktor»Bmitter»Strecke des leistungetransistors T₁ ist aoufe oin Widerstaad 1„ p&callel geschaltet_g der so bemessen ist» dass über- um aus eia geriagei? Stroa fliesst, der zum Ausgleich der S©lbsteatladuag <äee angsschlossenen Akkumulators ausreicht® Bosr Widerstand 1- im Ladsstromkreia kann durch einen Kaltleiter oder eine Glühlampe ersetzt werden«

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   Io Transistorisierte Schaltungsanordatmg zur Spannungsregelung ia iüdcumulatorlsdeschältungen, bei dar der dureh ©inaa mit der gpeiseq.12.0lle ia Serie liegeaasn Läagswiderstsad fließende Lade «■ strom durch änderung des Widerstandes der im Akkumulatorlade «■ Stromkreis liegenden Kollektor-laitt©r«Str@oke eines Lcsisteags <transistors regelbar ist₈ dessen Basis aa dea Kollektor eiaes aus dom gleiche» Leitfähigkeitstyp x*ie des des !»©istungstransistors "besteheadea Stsuertransistors aagesohlossem lai>₉ dessen Basis ait Qinsm ©raten OhaawiderständQ enthaltead©» Spannungsteiler verbunden ist_s dadurch gekeanzeiohnstg dass von dem Steue-rtraasistor (T2) der Smitt©r mit dem Pluspol d©s Ikkraaulator© uad der Kollektor über einen S@rienwiderstand"(s6) mit der Basis des läeistungstransistors verbundan ist« die mit dem Abgriff eines zweiten} swei -.

   Spannungsteilers (S2_P S3) sd/fe »ia@r star Stabilisierung der BagisTorspannung¹ di-önendea Zenerdiode (Z,) yerbundea ist, und daß die Basis des Stouertransistors (S2) über eine Serieasohaltung aus einem Widerstand-(H5) und einer aweiten Zenerdiode (Z2) mit dem Abgriff des ®m&®n₉ an den Yerbindunfepunkt swisohw dem Iiängs·. widerstand (El) imd dem Leistungstranaistor (Sl) sageschlosseaen Spannungsteiler® (E4) verbunden ist*

   2® SöhaltungsajaoEdaung nach Anspruch 1, dadureh ^skaaas©iohset_f daB i@r E©ll©kt0^«iffiitt©rat3?eoke de© Leietungsti?aaaäLste^8 (T») eia Koad©asator (0,) parallel gesofealtst ist*

   3 β S©naltungssn@2dHung nB.dk Aasprueh 1> -dadursh gekennaeichnet, der Baeie « Esait.terstreQke des Steuertranaistors (f_g) ®±n (O₉ ) parallel geschaltet ißt«

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   o Schaltungsanordnung nach Aasprach. 1 "bis 3s> dadurch gekenn -

   Q'ög daß des? E©llQktoE«liäiti@rstr®oke des Leistungs -(S₁ ) oin Widerstant parallel gescheitβΐ 1st«

   4& dadursh g

   ishsstp dass ala tliMosswmä (I^ ) swisehea dem Hinuspol dsr woilG (I₇ J laifl sicm Eollekto» dös

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