DE2244465A1

DE2244465A1 - Vorrichtung zum erhalten einer konstanten spannung

Info

Publication number: DE2244465A1
Application number: DE19722244465
Authority: DE
Inventors: Pierre Godard
Original assignee: SAFT Societe des Accumulateurs Fixes et de Traction SA
Current assignee: SAFT Societe des Accumulateurs Fixes et de Traction SA
Priority date: 1971-09-10
Filing date: 1972-09-11
Publication date: 1973-03-15
Also published as: FR2152395A1; IT967298B; FR2152395B1; BE788485A; NL7212215A; LU65995A1; GB1380596A

Description

DR. MÜLLER-BORE DIPL-PHYS. DR. MANITZ DlPL-CHEM. DR. DEUFEL DJPL-ING, FINSTERWALD DIPL.-ING.GRÄMKOW PATENTANWÄLTE

München, den 11.September 1972 S 2415

SAFT - SOOIETE DES AOOlMULATEüES FIXES ET DE TRAOTION

156 Avenue de Metz, Eomainville Frankreich

Vorrichtung zum Erhalten einer konstanten Spannung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung₉ durch welche aus einer Gleichstromquelle, deren Spannung sich ändern und insbesondere abnehmen kann₅ eine konstante Spannung erhalten werden kann, solange es diese Quelle erlaubt, und eine Unterbrechung bewirkt wird₈ wann diese Quelle keine ausreichende Spannung liefert«,

Es ist bereits bekannt,-zur Speisung »it konstanter Spannung entweder einen durch das lets gespeisten Gleichrichter oder eine Akkumulatorenbatterie su Tben&ta©n_s der bzw. die mit einem Hegelungskreis Terbundea. ist _s der im wesentlichen mindestens eine Zenerdiod® o.dgl« besitst,

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die im allgemeinen mindestens einem Impedanzanpassungstransistor zugeordnet ist. Diese Einheiten können eine verhältnismäßig konstante Spannung liefern, solange die am Ausgang des Gleichrichters oder des Akkumulators verfügbare Spannung ausreicht. Wenn diese Spannung jedoch kleiner als die erforderte Mindestspannung wird, verliert der Begier seine Wirkung und die Spannung sinkt unter den gewünschten konstanten Wert.

Der Fall, daß die Spannung unter den gewünschten Wert sinkt, kann in manchen Fällen nicht zugelassen werden. Es ist deshalb wünschenswert, die Speisung zu unterbrechen, wenn der gewünschte Wert der Spannung nicht mehr erreicht werden kann.

Um diese beiden Ergebnisse auf einfachere Weise zu erreichen, betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Erhalten einer konstanten Verbrauchsspannung aus einer Gleichstromquelle mit Einrichtungen, die die Verbrauchespannung durch Einwirkung eines für diese Verbrauchsspannung empfindlichen Kreises auf ein in dem Stromweg zwischen der Quelle und dem Verbraucher befindliches Regel- und Unttrbrechungsorgan auf einem bestimmten Wert halten. Diese Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß für eine an den Anschlüssen des Verbrauchers entnommene Steuerspannung empfindliche Unterbrechungseinrichtungen mit diesem Kreis verbunden sind und dessen Speisung unterbrechen, wenn diese Steuerspannung einen gewissen vi/ert unterschreitet, und somit die Unterbrechung des zu dem Verbraucher fließenden Stroms durch Einwirkung auf das Regel- und Unterbrechungsorgan bewirken, und daß die Vorrichtung ferner einen Kreis zur Begrenzung der Stärke des dem Verbraucher

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gelieferten Stroms besitzt, der durch teilweise Blockierung dieses Regel- und Unterbrechungsorgans wirkt, wenn diese Stromstärke einen Höchstwert über« schreitet.

Diese Steuerspannung kann entweder an den Anschlüssen des Verbrauchers oder an den Anschlüssen der Quelle abgenommen werden«

Gemäß einer besonderen Ausführungsform besitzt dieses Regel- und Unterbrechungsorgan mindestens einen Leistungstransistor.

Die Vorrichtung kann ferner einen Unterbrecher zum Ein- und Ausschalten besitzen«, der so angeordnet ist₈ daß er durch Unterbrechung der Speisung des für die Verbrauchsspannung empfindlichen Kreises wirkt»

Ein Verzögerungsorgan, das auf eine Zeit eingestellt ist, die mindestens gleich der Zeit des Spannungsanstiegs zum Zeitpunkt der Inbetriebnahme des Verbrauchers ist, hebt die Unterbrechungswirkung infolge des vorübergehenden, zu geringen v/erts der Steuerspannung auf.

v/eitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles, wobei auf die beiliegende Zeichnung Bezug genommen wird. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild der Vorrichtung. Mg.. 2 ein ausführliches Schaltbild,,

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Pig. 1 zeigt sehr schematisch ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Eine Batterie 1 soll eine Lampe L speisen, die an ihren Anschlüssen eine konstante Spannung erfordert. Zu diesem Zweck wird der Durchgang des Stroms zwischen der Batterie 1 und der Lampe L durch ein Regel- und Unterbrechungsorgan 2 gesteuert. Dieses wird durch einen ßegelungskreis 4 gesteuert, der ein Signal herstellt, das die Differenz zwischen der Spannung an den Anschlüssen der Lampe L und einer Bezugsspannung darstellt, die der gewünschten konstanten Spannung entspricht .

Die Verbindung des Kreises 4 mit der Lampe L kann durch einen Unterbrechungskreis 5 unterbrochen werden, der für jede SpannungsSenkung unter diese konstante Spannung empfindlich ist. Dies bewirkt die Blockierung des Organs und damit die Ausschaltung der Lampe. Ein Unterbrecher ST dient zum manuellen Ein- und Ausschalten der Vorrichtung.

Ein Strombegrenzungskreis 3 wirkt auf das Organ 2 ein, wenn er in diesem eine zu hohe Stromstärke feststellt, und dient somit insbesondere zu dessen Schutz. Durch diese Wirkung bewirkt das Organ 2 eine Senkung der Spannung, die erforderlichenfalls die Ausschaltung der Lampe L über den Kreis 5 bewirkt.

Nach dieser knappen Beschreibung wird dieses Ausführungsbeispiel an Hand von Pig. 2 ausführlicher erläutert.

Fig. 2 zeigt die Einzelheiten der Kreise, aus welchen die Vorrichtung besteht. Die oben genannten Gruppen sind jeweils mit einer unterbrochenen Linie umrahmt und mit denselben Bezugszahlen versehen.

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Zum besseren Verständnis wird nach der nun folgenden Beschreibung der erfindungsgemäßen Vorrichtung e Arbeitsweise erläutert.

Die Vorrichtung ist an die Anschlüsse B+ und B- der Batterie angeschlossen. Der Verbraucher ist durch eine Lampe L dargestellt, jedoch kann auch jeder beliebige andere verbraucher vorgesehen sein. Diese Lampe wird durch den an die Anschlüsse B1+ und B1- angeschlossenen Unterbrecher S1 eingeschaltet. Der positive Anschluß B+ der Batterie ist ferner direkt mit der Lampe L verbunden. Zwischen den negativen Anschluß B- der. Batterie und den Verbraucher L ist das Regel- und ünterbrechungsorgan 2 eingeschaltet. Es besteht aus zwei parallel geschalteten Leistungstransistoren Q b und Q7 und zwei Emitterwiderständen R26 und R25 sowie einem Transistor Q8. Der Transistor Q8 ist mit den Leistungstransistoren Q7 und Q6 nach der sog. Darlington-Schaltung verbunden, d.h. sein Emitter ist mit den Basen von Q6 und Q7 und sein Kollektor ist mit den Kollektoren von Q6 und Q7 verbunden, so daß die Leistungstransistoren mit einem geringeren Strom gesteuert werden können. Widerstände R23 und R 24 sind zwischen den negativen Anschluß der Batterie und die Basis von Q8 bzw. die Basen von Q7 und Q6 eingeschaltet. Sie haben die Aufgabe, ein thermisches Durchgehen von Q8, Q7 und Q6 zu vermeiden.

Der Spannungsregelungskreis 4 besitzt einen Spannungsteiler R1-P1-R2, der mit den Anschlüssen des Verbrauchers L über die Emitter-Kollektor-Verbindung eines Transistors Q3 verbunden ist, der noch erläutert wird. Eine Bezugsspannung wird durch eine Zenerdiode DZ1 hergestellt, die an den An-

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Schlüssen des Verbrauchers einerseits über den Emitter-Kollektor-Kreis von Q3 und andererseits über eine Diode D1 und Widerstände R3 und R4 gespeist wird. Ein Transistor Q1, der mit seiner Basis mit dem Potentiometer P1_f mit seinem Emitter mit dem gemeinsamen Punkt von DZ1 und D1 und mit seinem Kollektor mit dem gemeinsamen Punkt von R3 und R4 verbunden ist, bildet einen an den Anschlüssen von D1 und R3 abzweigenden &reis. Mit dem gemeinsamen Punkt von R3 und R4 ist auch die Basis eines Transistors Q2 verbunden, dessen Emitter über einen Widerstand R5 mit dem gemeinsamen Punkt von D1 und DZ1 und dessen Kollektor über einen Widerstand R8 mit der Basis des Transistors Q8 verbunden ist. Ein Widerstand RH ist zwischen den gemeinsamen Punkt von DZ1 und D1 und den Anschluß B- der Batterie geschaltet. Dieser Widerstand liefert den Ladestrom der Zenerdiode DZ1.

Der Kreis 5 zur Unterbrechung der Speisung besitzt eine Zenerdiode DZ2, die über Widerstände RI1, R12 und R13 an die Anschlüsse des Verbrauchers angeschlossen ist. Diese Diode DZ2 erzeugt eine Spannungsschwelle. Die Basis eines ersten Transistors Q5 wird durch einen Spannungsteiler gespeist, der einerseits aus dem Widerstand R 11 und andererseits aus den Widerständen R 12 und R13 und der Diode DZ2 besteht. Sein Emitter ist mit dem positiven Pol des Verbrauchers und sein Kollektor ist mit dem negativen Pol der Batterie über eine Diode D2 und Widerstände R9 und R10 verbunden. Ein zweiter Transistor Q4 1st mit seiner Basis mit dem gemeinsamen Punkt der Widerstände R9 und RIO, mit seinem Kollektor über die Widerstände R 6 und R7 mit dem positiven Pol B1+ des Verbrauchers und mit seinem Emitter mit dem negativen Pol der Batterie verbunden. Ein dritter Transistor Q3| dessen Baeis mit dem gemeinsamen Punkt von R6 und R7

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verbunden ist, ist mit seinem Emitter mit dem positiven Pol des Verbrauchers .und mit seinem Kollektor gleichseitig mit DZ1 und R1 verbunden.

Ein Kondensator C1 dient zum Verhindern der Blockierung von Q5 durch Störungen. Ein anderer Kondensator 02, der einerseits mit dem positiven Anschluß des Verbrauchers und andererseits über einen Widerstand R16 mit dem negativen Anschluß der Batterie und über einen Widerstand R15 mit der Basis des Transistors Q4 verbunden ist, dient dazu, während seiner Aufladung das Unterspannungsetsen der Lampe L zu gestatten, indem er den Transistor Q3 durch Polarisierung des Transistors Q4 leitend hält.

Der Strombegrenzer 3 besitzt zwei Transistoren Q9 und Q10, deren Basen durch die Spannungen an den Anschlüssen des v/iderstandes R25 bzw. R26 polarisiert sind, die an Widerstände R19 und R20 (im Fall von Q9) und an Widerstände» R21 und R22(im Fall von Q10) angelegt sind«. Ferner gestatten die mit der Basis von Q9 bzw. Q10 verbundenen Widerstände R18 und R17 und das einerseits an diese beiden Widerstände und andererseits an den positiven Anschluß des Verbrauchers angeschlossene Potentiometer P2 die Einstellung des Strombegrenzers auf den gewünschten vifert.

Ein zwischen die Kollektoren von Q6, Q7 und Q8 einerseits und die Basis von Q8 andererseits eingeschalteter Kondensator G3 dient zur Vermeidung der Entstehung von Schwingungen in der Schaltung.

Im Folgenden wird kurz die Arbeitsweise dieser richtung beschrieben» Der Spannungsregelungskreis 4 gewähr

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leistet die Bildung einer konstanten Spannung. Ea wird angenommen, daß die Batterie geladen ist. Zur Inbetriebnahme der Lampe L wird der Unterbrecher S1 geschlossen. Die an den Anschlüssen B1+ und B1- auftretende Verbrauchsspannung wird auf den Teiler R1-P1-H2 übertragen. Der Transistor ^1 vergleicht einen Teil dieser Spannung mit der Spannung der Zenerdiode DZ1. Wenn die Verbrauchsspannung aazu neigt, zuzunehmen, wird der Transistor Q1 polarisiert und leitet einen Teil des Polarisationsstroms des Transistors Q2 ab. Der Transistor Q2 speist die Basis des Transistors w8 über den Widerstand BB. Da seine Polarisierung abnimmt, sinkt der Basisstrom des Transistors Q8, wodurch die Transistoren Q7 und Q6 weniger leitend werden. Infolgedessen verringert sich die Verbrauchsspannung. Wenn dagegen die Verbrauchsspannung sinkt, wobei die Polarisierung von Q1 abnimmt, verringert sich auch der über Q1 abgeleitete Strom, die Polarisierung von Q2 nimmt zu und der zur Basis von Q8 gelangende Strom nimmt ebenfalls zu. Die Gruppe w8, Q7 und Q6 ist somit stärker polarisiert und die Verbrauchsspannung steigt.

Der Unterbrechungskreis 5 wirkt nicht, solange die BatterieSpannung auf einer ausreichenden Höhe bleibt, da die Verbrauchsspannung durch den Satz Leistungstransistoren, die durch den Spannungsregelungskreis 4 gesteuert werden, auf der gewünschten Höhe gehalten wird. Die Verbrauchsspannung speist nämlich den Polarisierungskreis der Basis des Transistors w5» der seinerseits den Transistor Q4 polarisiert, und dieser speist den Transistor Q3, so daß die Emitter-Kollektor-Verbindung von Q3 leitend bleibt, was den Betrieb des opannungsregelungskreises und die Speisung

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— CiBasis von Q8 gestattet, v/enn die .Batteriespannung jedoch unter eine bestimmte Höhe sinkt, genügt sie nicht mehr, um die Verbrauchs spannung auf dem festgelegten //ert zu halten. Die Verbrauchsspannung sinkt und kann die Schwelle der Zenerdiode DZ2 nicht mehr überschreiten. Der Transistor Q5 wird blockiert und bewirkt die Blockierung von Q4 und damit von Q3. Da der Strom nicht mehr über Q2 fließt, wird die Basis von Q8 nicht mehr gespeist und die Leistungstransistoren Q6 und Q7 sind blockiert.

Anstatt also zur Unterbrechung der Entladung in der gewünschten Höhe die Batteriespannung festzustellen, wird die davon abhängende Verbrauchsspannung festgestellt, da von dem Zeitpunkt an, an dem die Batteriespannung nicht mehr ausreicht, um die Verbrauchsspannung auf den festgelegten Wert zu bringen, sich die Verbrauchsspannung mit der Spannung der Batterie ändert. Andererseits wird die Blockierung der Leistungstransistoren und damit die Unterbrechung der Entladung der Batterie durch das Fehlen der Speisung des Regelungskreises bewirkt.

Während des vorübergehenden Bereiches des Spannungsanstiegs der Lampe würde die Verbrauchsspannung nicht ausreichen, um die Speisung des Regelungskreises und damit die Polarisierung der Leistungstransistoren aufrechtzuerhalten. So wird die Ladung des Kondensators 02 dazu benutzt, daß der durch R 15 fließende Strom den Transistor Q4 polarisiert. Der Transistor ^3 ist somit leitend, so daß der Spannungsregelungskreis gespeist wird. Die Ladezeit des Kondensators 02 ist etwas größer als die Spannungsanstiegszeit der Lampe gewählt, so daß der Transistor Q4 während der erforderlichen Zeit polarisiert bleibt.

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Zur Vervollständigung der Forrichtung wird zweckmäßigerweise ein die Lampe und die Leistungstransistoren schützender Kreis 3 zur Begrenzung der Stärke des Verbrauchsstroms vorgesehen, obwohl die Vorrichtung auch auf die bisher beschriebene »/eise arbeiten kann.

Die Transistoren Q9 und Q10 sind über den Widerstand R20 bzw. H21 für den Spannungsabfall an den Anschlüssen der Widerstände R25 und R26 empfindlich, Wenn die Stromstärke dazu neigt, einen festgelegten Grenzwert zu überschreiten, werden die Transistoren Q9 und Q10 leitend gemacht und leiten einen Teil des Polarisierungsstroms des Transistors Q8 ab, so daß sich die Polarisierung der Leistungstransistoren verringert und die Verbrauchsspannung abnimmt. Im Falle eines längeren ÜDerstroms würde sich die Temperatur der Leistungstransistoren übermäßig erhöhen, wenn der Strom weiter durchfließen würde. Die teilweise Blockierung der Leistungstransistoren infolge der Erhöhung der Stromstärke bewirkt, daß die Verbrauchsspannung unter den gewünschten konstanten Wert sinkt, die Einrichtungen 5 zur Unterbrechung des Stroms treten durch .blockierung des Transistors Q3 in Wirkung und die Leistungstransistoren werden ihrerseits ölockiert, wodurch der Strom unterbrochen wird.

Die absichtliche Löschung der Lampe L wird durch öffnen des Unterbrechers S1 erreicht. Die Kreise 4 und 5 sowie der Transistor Q8 erhalten keinen Strom mehr, so daß dieser Translator die Leistungstransistoren Q6 und Q7 blockiert.

Die Wiedereinschaltung der Lampe L nach automatischer Unterbrechung durch Überstrom oder Unterspannung kann durch

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Öffnen und anschließendes Schließen des Unterbrechers S1 erreicht werden. Die Öffnung von S1 ermöglicht nämlich die Entladung des Kondensators 02, so daß das Verzögerungsorgan wieder rückgestellt ist.

Diese Schaltung ist insofern zweckmäßig, als die Ein- und Ausschaltung der Vorrichtung mit einem Unterbrecher erreicht wird, der auf einen Kreis geringer Leistung und nicht auf die die Batterie mit der Lampe verbindende Leitung einwirkt, in welcher sehr starke Ströme fließen können. Der Unterbrecher braucht deshalb keine besonderen Eigenschaften, beispielsweise einen Schutz gegen Lichtbogen, zu haben.

Ein weiterer bedeutender Vorteil der Vorrichtung liegt darin, daß infolge ihrer Ausschaltung, sobald die Spannung zu schnell abnimmt, keine Gefahr einer Umkehrung der Akkumulatoren der Batterie zu fürchten ist und somit ohne Gefahr die Verwendung einer Batterie von dichten Akkumulatoren möglich ist.

Die oben als Beispiel beschriebene Vorrichtung wird zur Speisung einer Lampe benutzt_s die zur Beleuchtung bei photographischen, kineinat ο graphischen oder anderen Farbaufnahmen dient» Um hierbei eine korrekte Wiedergabe der Farben zu erreichen, muß an die Lampe eine bestimmte konstante Spannung angelegt werden. Die Erfindung ist jedoch auch für alle beliebigen anderen Fälle anwendbar, bei denen dieselben Anforderungen gestellt werden.

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Claims

Patentansprüche

1.) Vorrichtung zum Erhalten einer konstanten Verrauche spannung aus einer Gleichstromquelle mit Einrichtungen, welche die "Verbrauchsspannung durch die Einwirkung eines für diese Verbrauchsspannung empfindlichen Kreises auf ein in dem Weg des Stromes zwischen der Quelle und dem Verbraucher befindliches Regel- und ünterbrechungsorgan auf einem bestimmten Wert halten, dadurch gekennzeichnet , daß für eine an den Anschlüssen des Verbrauchers entnommene Steuerspannung empfindliche Unterbrechungseinrichtungen mit diesem Kreis verbunden sind und dessen Speisung unterbrechen, wenn diese Steuerspannung einen gewissen Wert unterschreitet, und somit die Unterbrechung des zu dem Verbraucher fließenden Stroms durch Einwirkung auf das Regel- und Unterbrechungsorgan bewirken, und daß die Vorrichtung ferner einen Kreis zur Begrenzung der Stärke des dem Verbraucher gelieferten Strome besitzt, der durch teilweise Blockierung dieses Regel- und Unterbrechungsorgans wirkt, wenn diese Stromstärke einen Höchstwert überschreitet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennz e i chne t, daß das Regel- und Unterbrechungsorgan mindestens einen Leistungstransistor enthält.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2,

dadurch gekennzeichnet, daß sie

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ferner einen Unterbrecher zum Ein- und Ausschalten besitzt, der zwischen diesem Kreis und den Abnahmesteilen der Steuerspannung angeordnet ist, so daß er durch Unterbrechung der Speisung dieses für die Verbrauchsspannung empfindlichen Kreises wirkt.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Verzögerungsorgan, das auf eine Zeit eingestellt ist, die mindestens gleich der Spannungsanstiegszeit zum Zeitpunkt der Inbetriebnahme des Verbrauchers ist, und das die Unterbrechungswirkung infolge des vorübergehenden zu geringen Werts der Steuerspannung aufhebt.

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