DE2241854A1

DE2241854A1 - Gleichspannungsversorgungssystem

Info

Publication number: DE2241854A1
Application number: DE2241854A
Authority: DE
Inventors: Hernando J Garcia
Original assignee: Integrated Systems Technology Inc
Current assignee: Integrated Systems Technology Inc
Priority date: 1971-08-26
Filing date: 1972-08-25
Publication date: 1973-03-08
Also published as: JPS4831442A; US3740569A

Description

"Gleichspannungsversorgungssystem"

Die Erfindung betrifft ein Gleichspannungsversorgungssystem, insbesondere zur Versorgung von verhältnismässig komplizierten elektronischen Einrichtungen mit den erforderlichen Betriebsgleichspannungen. Es wurden in letzter Zeit tragbare Funkfernsprechgeräte entwickelt, mit denen in ähnlich einfacher Weise wie mit normalen Fernsprechgeräten Gespräche eingeleitet und empfangen werden können. Diese neu entwickelten tragbaren Funkfernsprechgeräte enthalten verhältnismässig komplizierte Schaltnetze üer bei Datenverarbeitungsanlagen eingesetzten Art, für die stabilisierte Betriebsgleichspannungen unterschiedlicher Polarität und Grosse

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erforderlich sind. Zur Erzielung eines kompakten Aufbaues solcher tragbaren Funkfernsprechgeräbe sollte das zur Lieferung der verschiedenen Gleichspannungen vorgesehene Gleichspannungsversorgungssystem möglichst einfach und kompakt sein sowie selbst möglichst wenicj Energie verbrauchen, damit die zur Stromversorgung vorgesehene Batterie möglichst geschont wird und daher eine möglichst lange Zeitspanne zwischen Ladung oder Austausch der Batterie gewährleistet wird.

Da die in einem tragbaren Fernsprechgerät vorgesehenen logischen Verknüpfungsglieder möglicherweise nicht mehr einwandfrei arbeiten können, wenn die Batterie entladen wird, ist es erwünscht, dass der Benutzer des Fernsprechgerätes gewarnt wird, wenn die Batterie leer ist. Vorzugsweise sollte der Benutzer gewarnt werden, bevor die Batterie ganz leer ist. Weiterhin wäre eine automatische Abschaltung der Stromversorgung erwünscht, wenn die Batteriespannung unter einen kritischen Wert fällt, unterhalb dem eine einwandfreie Arbeitsweise des tragbaren Fernsprechgerätes nicht mehr gewährleistet ist. Ferner wäre; mim Schutz der logischen Schaltkreise vor Zerstörung durch überhöhte Spannungen eine Schutzschaltung im Stromversorgungsr.yritem erwünscht, die das Anlegen von überhöhten Betriebsspannungen verhindert.

Der Erfindung liegt ciie Aufgabe zugrunde, oin Gleichspannungsversorgungssystem für batteriebetriebene elektronische Einrichtungen zu schaffen. Da;; zu schaffende CHeichspannungsverr.orgungsr.ysterri soll möglichst kompakt sein, energiesparend arbeiten und stabilisierte Spannungen unterschiedlicher Polarität und Grosse liefern. Ferner soll zweckmässigerweise die Stromversorgung abgeschaltet werden, falls überhöhte Spannungen auftreten, und ferner soll der Benutzer

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gewarnt werden, falls die Batteriespannung unter den Normalwert absinkt.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird gelöst durch das in den Ansprüchen gekennzeichnete Gleichspannungsversorgungssystem.

Die Erfindung wird näher anhand von Zeichnungen erläutert, in denen zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Gleichspannungsversorgungssystems nach der Erfindung und

Fig. 2 ein Schaltbild des Gleichspannungsversorgungssystems nach Fig. 1 .

Fig. 1 zeigt ein Gleichspannungsversorgungssystem 10 mit Ausgangsklemmen 11-14, an denen Gleichspannungen unterschiedlicher Polarität und Grosse anliegen, und mit einer gemeinsamen Rückleitungsklemme 15, die mit Masse verbunden ist, d.h. mit einem Punkt mit festem Bezugspotential. Das System 10 weist zwei Eingangsklemmen

16 und 17 für den Anschluss einer Batterie auf. Die Eingangsklemme

17 ist mit Masse verbunden. Als Batterie 18 kann beispielsweise ein verhältnismässig langlebiger, wiederaufladbarer Nickel -Cad mi umAkkumulator mit einer Nennspannung von 13 Volt im geladenen Zustand vorgesehen sein. Die Ausgangsklemme 11 kann beispielsweise eine Spannung von +13 Volt, die Ausgangsklemme 12 eine Spannung von +1O Volt, die Ausgangsklemme 13 eine Spannung von +5 Volt und die Ausgangskiemme 14 eine Spannung von -6 Volt führen. Im Betrieb versorgen die verschiedenen Ausgangsklemmen 11-14 die verschiedenen Verbraucher, bei denen es sich um verschiedene Schaltkreise

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einer elektronischen Einrichtung, beispielsweise eines tragbaren Funkfernsprechgerätes, handelt.

Für den Anschluss eines Ladegerätes 21 zum Aufladen der Batterie 18 sind Eingangsklemmen 19 und 20 vorgesehen, von denen die Eingangsklemme 19 mit der oberen Batterieanschlussklemme 16 über eine Diode 22 verbunden ist, während die untere Ladegerätanschlussklemme 20 wie die untere Batterieanschlussklemme 17 auf Masse liegt. Das Ladegerät 21 ist normalerweise nicht an das System 10 angeschlossen, sondern wird nur kurzzeitig angeschlossen, falls eine Aufladung der Batterie 18 erforderlich ist.

Die nicht auf Masse liegende Batterieanschlussklemme 16 ist über einen Schalter 23, eine Schmelzsicherung 24 und einen Leiter 25 mit der oberen Ausgangsklemme 11 verbunden. Der Schalter 23 dient zum Ein- und Ausschalten und wird geschlossen, falls das System 10 in den Betriebszustand gebracht werden soll. Der Schalter 23 wird geöffnet, wenn das System 10 nicht benutzt wird.

Ein erster Spannungskonstanthalter 26 ist über den Schalter 23 und die Sicherung 24 mit der Batterieanschlussklemme 16 verbunden und versorgt die Ausgangsklemme 12 mit einer stabilisierten Gleichspannung mit einem Nennwert von beispielsweise +10 Volt. Ein zweiter Spannungskonstanthalter 27 ist in ähnlicher Weise mit der Batterieanschlussklemme 16 verbunden und versorgt die Ausgangsklemme 13 mit einer stabilisierten Gleichspannung mit einem Nennwert von beispielsweise +5 Volt. Ein dritter Spannungskonstanthalter 28 steht ebenfalls mit der Batterieanschlussklemme 16 in Verbindung und versorgt die Ausgangsklemme 14 mit einer stabil!-

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sierten Gleichspannung mit einem Nennwert von beispielsweise -6 Volt. Wie nachstehend noch beschrieben werden wird, liefert der Spannungskonstanthalter 27 eine pulsierende Spannung, die an den Spannungskonstanthalter 28 über die Leitung 29 angelegt wird.

Das Gleichspannungsversorgungssystem 10 enthält weiterhin einen Warnkreis 30, der über den Schalter 23 und die Sicherung 24 mit der Batterieanschlussklemme 16 verbunden ist und die einen in Form einer Lichtemissionsdiode 31 dargestellten Leuchtmelder zum Blinken veranlasst, falls die Klemmenspannung der Batterie 18 unter einen vorgegebenen Wert, beispielsweise auf ungefähr 12,5 Volt, abfällt. Je weiter die Batteriespannung unter diesen Schwellwert abfällt, desto grosser wird die Blinkrate der Lichtemissionsdiode 31, d.h., desto rascher blinkt die Lichtemissionsdiode 31. Der Benutzer einer mit dem Versorgungssystem 10 ausgerüsteten elektronischen Einrichtung wird also nicht nur gewarnt, dass die Batterie leer wird, sondern es wird ihm auch qualitativ der Ladungszustand angezeigt. Der Warnkreis 31 ist weiterhin über die Leitung 32 mit der Ladegerätanschlussklemme 19 verbunden und veranlasst die Lichtemissionsdiode 31 zur kontinuierlichen Aussendung von Licht, wenn das Ladegerät 21 an das System 10 angeschlossen ist. Auf diese Weise wird dem Benutzer angezeigt, dass die Batterie geladen wird.

Das Gleichspannungsversorgungssystem 10 enthält auch noch einen Abschaltkreis 33, der über den Schalter 23 und die Sicherung an die Batterieanschlussklemme 16 angeschlossen ist und die Spannungskonstanthalter 26, 27 und 28 abschaltet, wenn die Ausgangsspannung der Batterie 18 unterhalb eines zweiten Schwell-

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werts abfällt, der niedriger ist als der dem Warnkreis 30 zugeordnete Schwellwert. Der Schwellwert für den Abschaltkreis 33 hat beispielsweise einen Wert von ungefähr 11 Volt. Zur Abschaltung des +10 V-Spannungskonstanthalters 26 ist der Abschaltkreis 33 über eine Signalleitung 34 mit dem Spannungskonstanthalter 26 verbunden. Zur Abschaltung des +5 V-Spannungskonstanthalters 27 ist der Abschaltkreis 33 über eine Signalleitung 35 mit dem Spannungskonstanthalter 27 verbunden. Da die Arbeitsweise des -6 V-Spannungskonstanthalters 28 von der Arbeitsweise des +5 V-Spannungskonstanthalters 27 abhängt, wird bei Abschaltung des ersteren auch der letztere abgeschaltet. Der Abschaltkreis 33 bewirkt also eine Abschaltung der Stromversorgung der elektronischen Einrichtung, wenn die Ausgangsspannung der Batterie 18 auf einen Wert absinkt, bei dem die elektronische Einrichtung nicht mehr einwandfrei arbeiten kann.

Das Gleichspannungsversorgungssystem 10 enthält ferner einen mit dem verbraucherseitigen Ausgang der Schmelzsicherung 24 verbundenen Überlastungsschutzkreis 36, der zum raschen Durchschmelzen der Sicherung 24 diese parallel zur Batterie 18 schaltet, wenn die Speisespannung auf der Ausgangsklemme 13 einen vorgegebenen Schwellwert übersteigt. Dieser Schwellwert kann beispielsweise bei ungefähr 5,6 Volt liegen. Das rasche Durchschmelzen der Sicherung 24 mit Hilfe des Überlastungsschutzkreises 36 schützt also die von der Ausgangsklemme 13 versorgten relativ empfindlichen elektronischen Schaltkreise vor Schäden durch übermässig hohe Speisespannungen.

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Fig. 2 zeigt ein detailliertes Schaltbild des Gleichspannungsversorgungssystems nach Fig. 1 . Der +10 V-Spannungskonstanthalter enthält einen Transistor 40, über den Strom von der Batterie 18 zu dem mit der Ausgangsklemme 12 in Verbindung stehenden Leiter

41 fliessen kann. Der Spannungspegel des Leiters 41 wird durch einen Transistor 42 abgetastet, dessen Basis über ein als Spannungsteiler dienendes Potentiometer 43 mit dem Leiter 41 verbunden ist, wobei die Basis des Transistors 42 mit dem Abgriff 44 des Potentiometers 43 in Verbindung steht. Der Kollektor des Transistors 42 ist an den die Ausgangsspannung der Batterie 18 führenden Leiter 45 angeschlossen, während der Emitter des Transistors

42 über einen Widerstand 46 auf Masse liegt. Zur Erzeugung einer Bezugspannung für den Spannungskonstanthalter 26 ist eine Zenerdiode 47 vorgesehen, die mit dem einen Ende über einen Widerstand 48 mit dem auf Batteriespannung liegenden Leiter 45 verbunden ist und deren anderes Ende auf Masse Hegt. Mit der an der Zenerdiode 47 abfallenden relativ konstanten Bezugsspannung wird die Basis eines Transistors 49 beaufschlagt, dessen Kollektor über einen Widerstand 50 mit dem Leiter 45 und dessen Emitter über einen Widerstand 46 mit Masse verbunden ist. Der Kollektor des Transistors 49 steht auch mit der Basiselektrode des Transistors 40 in Verbindung. Die Ausgangsleitung 34 des Abschal1i<reises 33 ist über einen Widerstand 51 und eine Diode 52 an die Basis des zweiten Transistors 42 angekoppelt.

Die Zenerdiode 47 liefert im Betrieb eine Bezugsspannung konstanter Grosse, die an der Basis des Transistors 49 anliegt, so dass über den Widerstand 50, den Transistor 49 und den Widerstand Strom zur Masse fliesst. Der Transistor 40 wird durch den am Widerstand 50 auftretenden Spannungsabfall in den Durchlasszustand

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gesteuert, wodurch der Leiter 41 mit Spannung versorgt wird. Diese Spannung wird durch das Potentiometer 43 und durch den Widerstand 43a unterteilt, um eine Steuerspannung für die Basis des Transistors 42 zu erzielen. Der Transistor 42 wird durch die an seiner Basis anliegende Steuerspannung durchgesteuert, so dass über seine Emitter-Basis-Strecke Strom fliesst, der über den gemeinsamen Emitterwiderstand 46 zur Masse abgeleitet wird.

Falls die Spannung am Ausgangsleiter 41 einen bestimmten Wert übersteigt, nimmt die an der Basis des Transistors 42 anliegende Spannung zu, wodurch wiederum der Stromfluss durch den Transistor 42 zunimmt und dadurch der Spannungsabfall am gemeinsamen Emitterwiderstand 46 ansteigt. Dadurch wird die Basis-Emitter-Spannung des Transistors 49 geringer, so dass wiederum der Stromfluss durch den Transistor 49 abnimmt und damit der Spannungsabfall am Widerstand 50 kleiner wird. Dadurch wird wiederum die Basis-Emitter-Spannung des Transistors 40 geringer, so dass die am Ausgangsleiter 41 anliegende Spannung auf den Gleichgewichtswert zurückgeführt wird. Falls andererseits die am Ausgangsleiter 41 anliegende Spannung unter den Gleichgewichtswert absinkt, tritt ein umgekehrter Steuervorgang ein. In diesem Falle wird nämlich der Stromfluss durch die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 42 geringer und damit verringert sich der Spannungsabfall am gemeinsamen Emitterwiderstand 46. Dies hat eine Zunahme des Kollektor-Emitter-Stromes durch den Transistor 49 und damit eine Zunahme des Spannungsabfalls am Widerstand zur Folge. Der Transistor 40 wird dadurch stärker durchgesteuert, wodurch die Spannung am Ausgangsleiter 41 auf den Gleichgewichtswert zurückgebracht wird. Der Gleichgewichtswert der am Ausgangs-

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leiter 41 anliegenden Spannung ist durch die Einstellung des Abgriffes 44 des Potentiometers 43 vorgegeben. Durch entsprechende Einstellung dieses Abgriffes 44 kann also die gewünschte Ausgangsspannung am Ausgangsleiter 41 eingestellt werden.

Der +5 V-Spannungskonstanthalter 27 enthält einen Schalttransistor 54, der die von der Batterie 18 gelieferte Gleichspannung in eine pulsierende Spannung umsetzt. Der Kollektor des Transistors 54 steht über den Eingangsleiter 55 mit der Batterieanschlussklemme 16 in Verbindung, während der Emitter des Transistors 54 über einen Filterkreis 56. mit dem zur Ausgangsklemme 13 führenden Ausgangsleiter 57 in Verbindung steht. Der Filterkreis 56 dient zur Glättung der pulsierenden Spannung und enthält eine Drosselspule 58 und einen Kondensator 59, der mit dem verbraucherseitigen Ausgang der Drosselspule 58 verbunden ist.

Der Spannungskonstanthalter 27 enthält eine auf den Wert der am Ausgangsleiter 57 anliegenden Speisespannung ansprechende Schalteinrichtung, von der der Schalttransistor 54 derart angesteuert wird, dass die der Ausgangsklemme 13 zugeführte geglättete Speisespannung auf einen bestimmten Wert gehalten wird. Diese Schaltmittel enthalten einen Differenzverstärker 60, dessen einer Eingang

63 über einen Spannungsteiler 65 an einen Bezugsspannungskreis

64 angeschlossen ist. Der Bezugsspannungskreis 64 liegt zwischen dem Eingangsleiter 55 und Masse und liefert an seinem Ausgang eine Bezugsgleichspannung mit konstantem Wert in Bezug auf Masse. Die Bezugsgleichspannung am Ausgang 66 wird durch Widerstände 67, 68 und 69 unterteilt und dem Eingang 63 des Differenzverstärkers 60 über den Eingangswiderstand 70 zugeführt. Mit der Ausgangsspannung des Verstärkers 60 wird die Basis eines Transistors 71 beauf-

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schlagt, dessen Kollektor über den Leiter 73 und den Widerstand 72 mit dem die Batteriespannung führenden Eingangsleiter 55 verbunden ist. Der Emitter des Transistors 71 steht über einen Leiter 62 und einen Widerstand 74 mit dem Ausgangsleiter 57 in Verbindung. Zwischen dem unteren Ende des Widerstandes 72 und dem Eingang 63 des Differenzverstärkers 60 liegt ein Kondensator 75; Der Widerstand 72 liegt zwischen der Basis und dem Emitter eines weiteren Transistors 76, dessen Kollektor mit der Basis des Schalttransistors 54 und über einen Widerstand 77 mit dem Emitter des Schalttransistors 54 verbunden ist. Zwischen dem Emitter des Schalttransistors 54 und Masse ist eine Diode 78 vorgesehen. Eine positive Mitkopplung ist zwischen dem Emitter des Schalttransistors 54 und dem Eingang 63 des Differenzverstärkers 60 mittels einer einen verhältnismässig hochohmigen Widerstand 81 enthaltenden Leitung 80 vorgesehen. Zur Begrenzung des Verbraucherstromes auf einen maximal zulässigen Wert ist ein Transistor 82 vorgesehen, dessen Kollektor mit der Basis des Transistors 71, dessen Emitter mit dem Rückkopplungsleiter 62 und dessen Basis mit dem Emitter des Transistors 71 verbunden ist.

Der Differenzverstärker 60, der Bezugsspannungskreis 64 und die Transistoren 71 und 82 können in Form einer integrierten Schaltung auf einem einzigen Schaltungsplättchen angeordnet sein.

Der Differenzverstärker 60 und die Transistoren 71 und 76 bilden zusammen mit dem Schalttransistor 54 und der Drosselspule 58 sowie dem Kondensator 59 einen Oszillator kr eis, wobei am Emitter des Schalttransistors 54 ein e rechteckwellenförmige pulsierende Spannung auftritt. Diese pulsierende Spannung wird durch den Filter-

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kreis 56 geglättet, so dass an der Ausgangsklemme 13 eine verhältnismässig glatte stabilisierte Gleichspannung vorliegt, deren Grosse wesentlich geringer ist als die Klemmenspannung der Batterie 18. Der Bezugsspannuhgskreis 64 liefert an seinen Ausgang 66 eine positive Gleichspannung, die durch die Widerstände 67-69 unterteilt wird, so dass am Eingang 63 des Differenzverstärkers 60 eine positive Bezugsspannung von beispielsweise 5 V anliegt. Diese Eingangsspannung wird vom Verstärker 60 verstärkt, so dass an seinem Ausgang eine positive Spannung anliegt, die den Transistor 71 durchsteuert. Aufgrund des resultierenden Stromflusses durch den Widerstand 72 wird der Transistor 76 durchgesteuert. Der resultierende Stromfluss durch den Widerstand 77 steuert wiederum den Schalttransistor 54 durch, so dass der Kondensator 59 über den Transistor 54 und die Drosselspule 58 mit der am Eingangsleiter 55 anliegenden Batteriespannung aufgeladen wird. Zu diesem Zeitpunkt bewirkt die durch den Leiter 80 und den Widerstand 81 hergestellte Mitkopplung einen Anstieg der am Eingang 63 des Verstärkers 60 anliegenden Spannung um einen verhältnismässig geringen Betrag in der Grössenordnung von beispielsweise 20 bis 30 Millivolt.

Wenn der Kondensator 59 soweit aufgeladen ist, dass die an ihm anliegende Spannung gleich der am Eingang 63 des Verstärkers anliegenden Spannung (Bezugsspannung plus Milkopplungsspannung) wird, entspricht die dem Eingang 61 über den Leiter 62 zugeführte Rückkopplungsspannung der am Eingang 63 anliegenden Spannung, so dass die Ausgangsspannung des Verstärkers 60 zu Null wird und dadurch der Transistor 71 gesperrt wird, der wiederum eine Sperrung des Transistors 76 bewirkt, der seinerseits wiederum den Schalttransistors 54 in den Sperrzustand steuert. Die Drossel-

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spule 58 fährt mit der Aufrechterhaltung des vorhergehenden Stromflusses zum Kondensator 59 und zum Verbraucher fort, wobei der Strom zu dieser Zeit durch die Diode 78 nach oben durch die Drosselspule 58 zum Kondensator 59 und zu dem an die Ausgangsklemme angeschlossenen Verbraucher fliesst. Bei gesperrtem Transistor 54 und leitender Diode 78 fällt die Spannung am Emitter des Transistors 54 auf beinahe den Wert Null ab. Dadurch verschwindet die über den Leiter 80 und den Widerstand 81 zugeführte Mitkopplungsspannung, die vorher zur Bezugsspannung addiert worden ist, so dass die Spannung am Eingang 63 des Verstärkers 60 im wesentlichen auf den Wert der Bezugsspannung allein verringert wird. Mit zunehmender Entladung des Kondensators 59 über den Verbraucher sinkt die Kondensatorspannung schliesslich auf einen Wert, der unter dem Wert der an der Klemme 63 anliegenden Bezugsspannung liegt, so dass am Ausgang des Verstärkers 60 wiederum eine positive Spannung auftritt und dadurch die Transistoren 71, 76 und 54 wieder in den Durchlasszustand gesteuert werden. Damit wird über den Widerstand 81 der Eingang 63 des Verstärkers 60 wieder mit einer Mitkopplungsspannung versehen und der Kondensator 59 beginnt sich aufzuladen. Wenn die Spannung am Kondensator 59 wieder gleich dem Spannungspegel (Bezugsspannung plus Mitkopplungsspannung) am Eingang 63 wird, erfolgt wiederum eine Sperrung der Transistoren 71, 76 und 54 und der Arbeitszyklus wiederholt sich.

Der Schalttransistor 54 wird also periodisch an- und abgeschaltet, so dass an seinem Emitter eine rechteckwellenförmige pulsierende Spannung auftritt. Diese pulsierende Spannung wird durch die Drosselspule 58 und den Kondensator 59 geglättet, so dass eine verhältnismässig glatte Gleichspannung am Ausgangsleiter 57 liegt. Die Spannung auf dem Ausgangsleiter 57 weist natürlich eine kleine Welligkeit

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auf, da der Kondensator 59 zur Erzielung der gewünschten Oszillatorwirkung leicht aufgeladen und leicht entladen wird. Die Welligkeit der Ausgangsspannung ist jedoch verhältnismässig gering und Hegt in der Grössenordnung von ungefähr 1 % oder weniger der Nennspannung des Ausgangsleiters 57.

Eine Spannungsstabilisierung wird dadurch gewährleistet, dass die Spannung am Kondensator 59 aufgrund der vorgesehenen Rückkopplung mit der Bezugsspannung am Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 67 und 68 zusammenhängt. Falls beispielsweise die Klemmenspannung der Batterie 18 absinkt, bleibt der Schalttransistor 54 etwas länger angeschaltet, bis die Spannung am Kondensator 59 einen Wert erreicht, der nahezu dem Wert der Bezugsspannung entspricht. In der gleichen Weise wird auch eine Verringerung der Ausgangsspannung am Ausgangsleiter 57 aufgefangen, die bei Verringerung des Widerstandes des an die Ausgangsklemme 13 angeschlossenen Verbrauchers auftritt. Falls umgekehrt die Ausgangsspannung am Ausgangsleiter 57 ansteigt, wird der Kondensator 59 schneller aufgeladen und damit die Schwingungsfrequenz erhöht. Die Schwingungsfrequenz wird also bei abfallender Ausgangsspannung geringer und bei ansteigender Ausgangsspannung grosser, damit der Kondensator 59 stets auf die gewünschte der am Eingang 63 des Verstärkers 60 anliegenden Bezugspannung entsprechende Spannung aufgeladen wird.

Der -6 V-Spannungskonstanthalter 28 enthält eine in Reihe zu einem Kondensator 85 liegende Diode 86 sowie eine in Reihe zu einem Kondensator 87 liegende Diode 88, wobei die Reihenschaltung aus Kondensator 87 und Diode 88 parallel zur Diode 86 angeordnet ist. Die Reihenschaltung aus Kondensator 85 und Diode 86 liegt zwischen

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Emitter und Kollektor eines Transistors 89. Der mit dem Kondensator 85 in Verbindung stehende Kollektor des Transistors 89 ist über die Emitter-Kollektor-Strecke eines weiteren Transistors 90 mit der Batterieanschlussklemme 16 verbunden, während der mit der Diode 88 sowie dem Kondensator 87 in Verbindung stehende Kollektor auf Masse liegt. Die Basis des Transistors 89 und die Basis des Transistors 90 sind über einen gemeinsamen Basiswiderstand 91 mit dem zur Oszillatorschaltung des Spannungskonstanthalters 27 führenden Leiter 29 verbunden.

Die Transistoren 89 und 90 sowie die Dioden 86 und 88 arbeiten wie Schalter, so dass zunächst der Kondensator 85 durch die Batterie 18 aufgeladen wird, worauf der Kondensator 85 den zweiten Kondensator 87 so auflädt, dass an dem nicht auf Masse liegenden Anschluss des Kondensators 87 Spannung negativer Polarität anliegt. Die Transistoren 89 und 90 werden durch die vom Spannungskonstanthalter 27 erzeugte pulsierende Spannung mit rechteckwellenförmigem Verlauf angesteuert. Die pulsierende Spannung steigt rechteckwellenförmig ausgehend von +10 auf +13 Volt an und fällt dann schliesslich wieder auf Null ab. Bei jedem positiven Spannungsimpuls wird der Transistor 90 durchgesteuert, so dass Ladestrom aus der Batterie 18 durch den Transistor 90, zum Kondensator 85 und über die Diode 86 zu Masse fliessen kann. Der Transistor 89 ist zu dieser Zeit gesperrt. Wenn die pulsierende Spannung auf Null abfällt, wird der Transistor 89 durchgesteuert und der Transistor 90 gesperrt, so dass der Kondensator 85 dann den Kondensator 87 auflädt, wobei der Strom vom Kondensator 87 durch die Diode 88 zum Kondensator 85 und über den Transistor 89 2urück zu Masse fliesst.

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Der Kondensator 87 steht mit der Ausgangsklemme 14 über einen Transistor 92 in Verbindung, dessen Basis über eine Zenerdiode 93 mit Masse verbunden ist. Der durch die Zenerdiode 93 und den Widerstand 94 fliessende Strom hält die Basis des Transistors 92 auf einer festen negativen Bezugsspannung in Bezug auf Masse. Wenn der Transistor 92 leitet, liegt zwischen seinem Emitter und seiner Basis ein konstanter Spannungsabfall vor". Auf diese Weise wird die Ausgangsklemme 14 mit einer auf einen konstanten Wert stabilisierten Ausgangsspannung versorgt. Eine Parallelschaltung aus einem Glättungskondensator 95 und einer Diode 98 liegt zwischen dem Emitter des Transistors 92 und Masse, während eine weitere Diode 97 zwischen dem Emitter und der Basis des Transistors 92 angeordnet ist. Der Warnkreis 30 enthält einen Spannungsvergleicher, der durch den Transistor 101 und einen die Transistoren 102 und 103 umfassenden Kippgenerator gebildet wird. Wenn die Spannung der Batterie 18 über dem Warnschwellwert liegt, sind die Transistoren 101, 102 und 103 gesperrt und die Lichtemissionsdiode 31 ist abgeschaltet. Die vom Bezugsspannungskreis 64 im +5 V-Spannungskonstanthalter 27 erzeugte Bezugsspannung wird über den Leiter.104 und den Widerstand 105 dem Emitter des Transistors 101 zugeführt. Die Spannung der Batterie 18 wird der Basis des Transistors 101 über Spannungsteilerwiderstände 106 und 107 zugeführt. Der Widerstand 107 ist ein Stellwiderstand und dient zur Einstellung der Warnschwelle. Wenn die Batterie 18 entladen wird, sinkt'die an der Basis des Transistors 101 anliegende Spannung unter die am Emitter des Transistors 101 anliegende Bezugsspannung, wodurch der Transistor 101 durchgesteuert wird. Der dadurch resultierende Spannungsabfall am Kollektorwiderstand 108 wird an die Basis des Transistors 102 über den Widerstand und die Diode 110 angelegt, so dass der Transistor 102 durchgesteuert

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wird. Der Kollektor-Emitter-Strom durch die Widerstände 111 und 112 erzeugt einen Spannungsabfall am Widerstand 112, durch den der Transistor 103 durchgesteuert wird. Am durchgesteuerten Transistor 103 wird der Kondensator 113 durch den über den Transistor 103, Diode 114, Widerstand 115, Kondensator 113 und Widerstand 109 fliessenden Strom aufgeladen. Die Ladung des Kondensators 113 weist eine Polarität auf, bei der das Potential des mit dem Widerstand 109 in Verbindung stehenden Anschlusses des Kondensators negativ ist in Bezug auf das Potential des mit dem Widerstand 115 in Verbindung stehenden Anschlusses. Zur gleichen Zeit fliesst auch Strom durch den Transistor 103, die Diode 114 und die Widerstände 116 und 117, wodurch eine Erregerspannung für die Lichtemissionsdiode 31 erzeugt wird, durch die diese angeschaltet wird.

Wenn die Spannung am Kondensator 1 13 einen bestimmten Wert erreicht, sperrt die Diode 114 und der Kondensator 113 beginnt, sich zu entladen, wobei der Entladestrom über die Widerstände 108, 109, den Kondensator 113 und die Widerstände 115, 116 und 117 nach Masse fliesst. Dadurch gelangt die Verbindung zwischen Widerstand 109 und Diode 110 auf eine negative Spannung in Bezug auf Masse. Der Transistor 102 wird somit abgeschaltet, wodurch wiederum auch der Transistor 103 gesperrt wird. Zu dieser Zeit wird auch die Lichtemissionsdiode 31 abgeschaltet. Nach entsprechender Entladung des Kondensators 113 bewirkt der durch den Kollektor strom des Transistors 101 am Widerstand 108 verursachte Spannungsabfall eine erneute Durchsteuerung des Transistors 102 und damit eine Wiederholung des erläuterten Arbeitszyklus. Die Lichtemissionsdiode 31 wird also entsprechend der Kippfrequenz des Kippgenerators an- und abgeschaltet und blinkt

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damit mit einer der Kippfrequenz entsprechenden Frequenz. Je geringer die Ausgangsspannung der Batterie 18 ist, desto schwieriger ist die Durchsteuerung des Transistors 101 und desto grosser ist der Spannungsabfall am Kollektorwiderstand 108. Die zum Laden und Entladen des Kondensators 113 erforderliche Zeitspanne ist umso kürzer, je höher der Spannungsabfall am Kollektorwiderstand 108 ist. Mit zunehmendem Abfall der Spannung der Batterie 18 steigt somit die Kippfrequenz des Kippgenerators an, d.h., die Lichtemissionsdiode 31 blinkt mit abnehmender Batteriespannung mit einer höheren Frequenz.

Wenn das in Fig. 1 dargestellte Batterieladegerät 21 an die Ladegeräteingangsklemmen 19 und 20 angeschlossen und angeschaltet wird, liefert das Ladegerät neben dem über die Diode 22 zur Batterie 18 fliessenden Ladestrom auch noch einen über den Widerstand 118, die Diode 110 und den Widerstand 116 zur Lichtemissionsdiode 31 fliessenden Strom, so dass die Lichtemissionsdiode 31 dauernd Licht aussendet. Dadurch wird dem Benutzer angezeigt, dass die Batterie 18 geladen wird.

Der Abschaltkreis 33 enthält auf die Spannung der Batterie 18 ansprechende Schaltmittel zum Abschalten des Spannungskonstanthalters 26 und des Spannungskonstanthalters 27, falls die Batteriespannung unter einen vorgegebenen Abschaltschwell wert absinkt, der niedriger ist als der Warnschwellwert für die Warnschaltung 30. Der Abschaltkreis 33 enthält einen Schmidt-Trigger, der durch einen Differenzverstärker 120 mit zugehörigen Schaltungskomponenten gebildet wird. Der Eingang 121 des Differenzverstärkers 120 ist über den Eingangswiderstand 122 an die Batterie 18 angeschlossen. Der Eingang 123 des Differenzverstärkers 120 ist über einen

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Eingangswiderstand 124 und den Leiter 104 an den Bezugsspannungskreis 64 des +5 V-Spannungskonstanthalters 27 angeschlossen. Der Ausgang 125 des Verstärkers 120 ist mit dem Eingang 123 des Verstärkers 120 über einen einen Widerstand 126 und eine Diode 127 enthaltenden Rückkopplungszweig verbunden. Der Eingang 121 des Verstärkers 120 ist über Widerstände 128 und 129 mit Masse verbunden. Parallel zu den Widerständen 128 und 129 liegt ein Kondensator 130. Ein weiterer Kondensator 131 liegt zwischen dem Eingang 121 und dem Eingang 123.

Die bisher beschriebenen Teile des Abschaltkreises 33 arbeiten wie ein Schmidt-Trigger, wobei der Triggerpegel durch die dem Eingang 123 des Verstärkers 120 zugeführte Bezugsspannung vorgegeben ist. Falls der am Eingang 121 des Differenzverstärkers 120 anliegende Anteil der Batteriespannung grosser ist als die Bezugsspannung am Eingang 123, befindet sich die Schaltung im ersten Zustand, in dem die Ausgangsspannung des Verstärkers 120 sich auf einem niedrigen Wert befindet. Dieser Zustand liegt dann vor, wenn die Batterie 18 noch nicht zu stark entladen worden ist. Falls andererseits die am Eingang 121 anliegende Batterieteilspannung unter die am Eingang 123 anliegende Bezugsspannung absinkt, wird die Schaltung in den zweiten Zustand gesteuert, bei dem die Ausgangsspannung des D iff er enzver starkers 120 einen verhältnismässig hohen Wert aufweist. Die über den Widerstand 126 und die Diode 127 vorgesehene Mitkopplung erleichtert diesen Übergang von dem einen in den anderen Zustand und fördert somit die Umschaltung.

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Die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 120 wird über den Leiter 34 dem +10 V-Spannungskonstanthalter 26 zugeführt. Wenn sich die Ausgangsspannung des Verstärkers 120 auf einem hohen Wert befindet (d.h. die Batterie entladen ist), bewirkt die am Leiter 34 anliegende positive Spannung eine ziemlich starke Durchsteuerung des Transistors 42 im Spannungskonstanthalter 26. Dadurch ergibt sich ein grosser Spannungsabfall am Widerstand 46, so dass der Transistor 49 gesperrt wird. Dadurch wird wiederum der Transistor 40 gesperrt, so dass die Ausgangsspannung an der Ausgangsklemme 12 auf Null abfällt und der Spannungskonstanthalter 26 damit abgeschaltet ist.

Die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 120 steuert auch einen den Betriebszustand des +5 V-Spannungskonstanthalters 27 festlegenden Schalttransistor 132. Der Kollektror des Schalttransistors 132 ist über den Leiter 35 mit der Basis des Transistors 71 im Spannungskonstanthalter 27 verbunden und der Emitter des Transistors 132 steht mit Masse in Verbindung. Die Basis des Transistors 132 ist über eine Zenerdiode 133 und einen Widerstand 134 an den Ausgang 125 des Differenzverstärkers 120 angeschlossen. Die Basis des Transistors 132 steht auch über einen Widerstand 135 mit Masse in Verbindung.

Solange die Batterie 18 eine ausreichende Spannung liefert, weist die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 120 einen niedrigen Wert auf und die Zenerdiode 133 bleibt gesperrt. Dadurch ist wiederum der Schalttransistor 132 gesperrt, so dass der Spannungskonstanthalter 27 nicht angesteuert wird. Wenn andererseits die Spannung der Batterie 18 sehr stark absinkt, nimmt die Ausgangs-

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spannung des Differenzverstärkers 120 einen hohen Wert an und die Zenerdiode 133 wird in den leitenden Zustand gesteuert. Dadurch wird der Transistor 132 durchgesteuert, der dann wiederum die Basiselektrode des Transistors 71 in dem Spannungskonstanthalter 27 mit der Masse kurzschliesst. Damit wird der Spannungskonstanthalter 27 abgeschaltet und die Ausgangsspannung an der Ausgangsklemme 13 fällt auf Null ab.

Mit dem Spannungskonstanthalter 27 wird auch der Spannungskonstanthalter 28 abgeschaltet. Nach Abschaltung des Spannungskonstanthalters 27 liefert dieser nämlich keine pulsierende Spannung mehr über den Leiter 29 an die Basis des Transistors 89 sowie an die Basis des Transistors 90. Der Transistor 90 bleibt dadurch gesperrt und die Spannung an der Ausgangsklemme 14 fällt auf Null ab.

Der Überlastungsschutzkreis 36 enthält einen Halbleiterschalter in Form eines gesteuerten Siliciumgleichrichters (Vierschicht-Triode) 140, mittels dem die Schmelzsicherung 34 über die Batterie 18 kurzgeschlossen wird, wenn die Verbraucherspannung an der Ausgangsklemme 13 einen vorgegebenen Wert übersteigt. Die Steuerelektrode des Gleichrichters 140 ist über eine Zenerdiode 141 mit dem Ausgangsleiter 57 des Spannungskonstanthalters 27 verbunden. Zwischen der Steuerelektrode des Gleichrichters und Masse ist ein Widerstand 142 und ein Kondensator 143 angeordnet. Der Schwellwert für den Überlastungsschutzkreis 36 wird durch die Zenerdiode 141 festgelegt. Beispielsweise kann der Schwellwert 5,6 V sein. Solange die Ausgangsspannung des Spannungskonstanthalters 27 unter diesem Schwellwert liegt, ist die Zenerdiode 141 und damit auch der gesteuerte Siliciumgleichrichter

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140 gesperrt. Wenn die Ausgangsspannung des Spannungskonstanthalters über diesen Schwell wert ansteigt, leitet die Zenerdiode 141, wodurch Wiederum der gesteuerte Siliciumgleichrichter in den Durchlasszustand gesteuert wird. Auf diese Weise wird der verbrauchersei tig e Anschluss der Sicherung 24 mit Masse verbunden, so dass die Sicherung 24 rasch durchbrennt. Damit wird die gesamte Stromversorgung abgeschaltet und die angeschlossenen elektronischen Schaltkreise werden auf diese Weise vor schädlichen Überspannungen geschützt.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1 .j Gleichspannungsversorgungssystem, gekennzeichnet durch

zwei Eingangsklemmen zum Anschluss einer Batterie mit einer vorgegebenen Spannung, von denen die eine auf Masse liegt, während die andere mit einem Spannungsregler in Verbindung steht, der einen Verbraucher mit einer stabilisierten Gleichspannung speist, die die gleiche Polarität wie die an der nicht auf Masse liegenden Eingangsklemme anliegende Batteriespannung aufweist, jedoch einen niedrigeren Wert aufweist als die Batteriespannung, im Spannungsregler vorgesehene Schaltmittel zum Umsetzen der Batteriespannung in eine pulsierende Spannung, einen Filterkreis zum Glätten der pulsierenden Spannung und zum Zuführen einer geglätteten Spannung zum Verbraucher, auf die Grosse der Verbraucherspannung ansprechende Steuermittel im Spannungsregler zum Ansteuern der Schaltmittel zwecks Stabilisierung der dem Verbraucher zugeführten geglätteten Spannung, und durch einen weiteren mit der nicht auf Masse liegenden Eingangsklemme verbundenen Spannungsregler, der Kondensatormittel aufweist, die durch eine Aufladeschaltung in Abhängigkeit von der pulsierenden Spannung, die von den Schaltmitteln des anderen Spannungsreglers erzeugt wird, auf eine Gleichspannung aufgeladen werden, deren Polarität entgegengesetzt zur Polarität der Spannung ist, die an der nicht auf Masse liegenden Eingangsklemme liegt, und die als Speisespannung an einen Verbraucher anlegbar ist.

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2. Gleichspannungsversorgungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Warnkreis vorgesehen ist, der einen Leuchtmelder und einen zwischen diesem und der nicht auf Masse liegenden Eingangsklemme liegenden Oszillator aufweist, der auf die Batteriespannung anspricht und den Leuchtmelder zum Blinken veranlasst, wenn die Batteriespannung unter einen vorgegebenen Wert absinkt.
3. Gleichspannungsversorgungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abschaltkreis vorgesehen ist, der an die nicht auf Masse liegende Eingangsklemme angekoppelt ist und bei Abfall der Batteriespannung auf einen vorgegebenen Wert eine Abschaltung der Schaltmittel des einen Spannungsreglers bewirken.
4. Gleichspannungsversorgungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der nicht auf Masse liegenden Eingangsklemme und den Spannungsreglern eine Sicherung vorgesehen ist, deren mit den Spannungsreglern in Verbindung stehender Anschluss mit einem Überlastungsschutzkreis in Verbindung steht, der auf die von einem der Spannungsregler erzeugte Verbraucherspannung anspricht und eine rasche Auslösung der Sicherung bewirkt, wenn diese Verbraucherspannung einen vorgegebenen Wert übersteigt.
5. Gleichspannungsversorgungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Warnkreis vorgesehen ist, der einen Leuchtmelder sowie einen Oszillator aufweist, der den Leuchtmelder zum Blinken veranlasst, falls die Batteriespannung unter einen vorgegebenen Warnschwellwert absinkt, sowie weiterhin ein Abschaltkreis vorhanden ist, der eine Abschaltung der Verbraucher-

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spannung bewirkt, wenn die Batteriespannung unter einen Abschaltschwellwert abfällt, der niedriger ist als der Warnschwellwert.
6. Gleichspannungsversorgungssystem, gekennzeichnet durch Schaltmittel zum Erzeugen einer Gleichspannung bestimmter Polarität in Bezug auf einen Punkt mit festem Bezugspotential, einen Oszillator zum Erzeugen eines pulsierenden Signals, eine Kondensator schal tu ng und eine Schaltung zum Aufladen der Kondensatorschaltung in Abhängigkeit von dem pulsierenden Signal des Oszillators auf eine Gleichspannung mit einer in Bezug auf den Punkt mit festem Bezugspotential entgegengesetzter Polarität.
7. Gleichspannungsversorgungssystem, gekennzeichnet durch Schaltmittel zur Lieferung einer Gleichspannung mit bestimmter Polarität in Bezug auf einen Punkt mit festem Bezugspotential, eine Oszillatorschaltung zum Erzeugen eines pulsierenden Signals, eine mit den Schaltmitteln zur Lieferung einer Gleichspannung und mit den Kondensatorschaltungen gekoppelte Schaltanordnung, die auf das pulsierende Signal des Oszillators anspricht und abwechselnd die erste Kondensatorschaltung mit der von den Schaltmitteln gelieferten Gleichspannung auflädt und die erste Kondensatorschaltung über die zweite Kondensator schaltung entlädt, wobei an letzterer eine Gleichspannung anliegt, die entgegengesetzte Polarität in Bezug auf den Punkt mit festem Bezugspotential aufweist.
8. Gleichspannungsversorgungssystem, gekennzeichnet durch zwei Eingangsklemmen zum Anschluss einer Batterie, eine erste Reihenschaltung eines ersten Kondensators mit einer ersten Diode, eine zweite Reihenschaltung eines zweiten Kondensators mit einer

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•zweiten Diode, wobei diese zweite Reihenschaltung parallel zur ersten Diode der ersten Reihenschaltung liegt, einen ersten Transistor, zwischen dessen Emitter und Kollektor die erste Reihenschaltung liegt, einen zweiten Transistor, dessen Emitter-Kollektor-Strecke in Reihe zwischen der einen Batterieanschlussklemme und der einen Seite der ersten Reihenschaltung liegt, deren andere Seite mit der anderen Batterieanschlussklemme in Verbindung steht, und durch einen an die Basiselektroden beider Transistoren angekoppelten Oszillator, der an die Basiselektroden der Transistoren eine pulsierende Spannung liefert, durch die die Transistoren periodisch an- und abgeschaltet werden, wobei der eine Transistor abgeschaltet ist, wenn der andere angeschaltet ist, und umgekehrt.
9. Gleichspannungsversorgungssystem, gekennzeichnet durch eine eine Speisespannung für einen Verbraucher liefernde Batterie, einen Leuchtmelder und einen an die Batterie und den Leuchtmelder angekoppelten Oszillator, der auf die Batteriespannung anspricht und den Leuchtmelder zum Blinken veranlasst, wenn die Batteriespannung unter einen vorgegebenen Wert abfällt.
10. Gleichspannungsversorgungssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass Schaltmittel zum Erzeugen einer Bezugsspannung vorgesehen sind, der Oszillator eine auf die Bezugsspannung und auf die Batteriespannung ansprechende Vergleichsschaltung aufweist, die eine Differenzspannung liefert, wenn die Batteriespannung unter einen vorgegebenen Wert absinkt, und der Oszillator einen in Abhängigkeit von der Differenzspannung gesteuerten Kippgenerator enthält, der den Leuchtmelder derart ansteuert, dass er mit einer mit fallender Batteriespannung steigenden Frequenz blinkt.

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11. Gleichspannungsversorgungssystem, gekennzeichnet durch eine Batterie, einen an die Batterie angekoppelten Spannungsregler zum Erzeugen einer stabilisierten Speisegleichspannung für einen Verbraucher und einen auf die Batteriespannung ansprechenden Abschaltkreis, der den Spannungsregler abschaltet, wenn die Batteriespannung unter einen vorgegebenen Wert abfällt.
12. Gleichspannungsversorgungssystem nach Anspruch ti, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschaltkreis einen Schmidt-Trigger aufweist.
13. Gleichspannungsversorgungssystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschaltkreis Schaltmittel zum Erzeugen einer Bezugsspannung enthält und der Schmidt-Trigger von einem Differenzverstärker mit einem invertierenden und einem nicht invertierenden Eingang gebildet ist, wobei der invertierende Eingang mit der Batteriespannung und der nicht invertierende Eingang mit der Bezugsspannung beaufschlagt ist und der Ausgang zum nicht invertierenden Eingang des Differenzverstärkers rückgekoppelt ist.
14. Gleichspannungsversorgungssystem, gekennzeichnet durch eine Batterie, Schaltmittel zum Erzeugen einer Speisegleichspannung für einen Verbraucher, eine zwischen Batterie und den Schaltmitteln zum Erzeugen der Speisegleichspannung angeordnete Sicherung und durch einen Überlastungsschutzkreis, der mit der Verbraucherseite der Sicherung verbunden ist und eine rasche Auslösung der Sicherung bewirkt, wenn die Verbraucherspannung einen vorgegebenen Wert übersteigt.

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15. Gleichspannungsversorgungssystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltmittel zum Erzeugen der Speisespannung einen Spannungsregler aufweisen, der eine stabilisierte Gleichspannung an den Verbraucher liefert.
16. Gleichspannungsversorgungssystenri nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Überlastungsschutzkreis einen Halbleiter aufweist, mittels dem die Sicherung über die Batterie kurzgeschlossen wird, wenn die Verbraucherspannung einen vorgegebenen Wert übersteigt.