DE2306545C3

DE2306545C3 - Control circuit for a battery

Info

Publication number: DE2306545C3
Application number: DE19732306545
Authority: DE
Inventors: Erich 8500 Nürnberg Gerum
Original assignee: Fa. Diehl, 8500 Nürnberg
Filing date: 1973-02-10
Publication date: 1976-09-23

Description

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Die Erfindung betrifft eine Kontrollschaltung für den Ladezustand der Batterie eines batteriebetriebenen Weckers mit einem durch einen Steuertransistor betreibbaren Signaltongenerator.The invention relates to a control circuit for the state of charge of the battery of a battery-operated one Alarm clock with a signal tone generator that can be operated by a control transistor.

Bei batteriebetriebenen Weckern ist es wünschenswert, daß sich der Benutzer Kenntnis davon verschaffen kann, ob der Ladezustand der Batterie für einen weiteren Betrieb ausreicht und somit ein unbemerkter plötzlicher Ausfall der Weckeinrichtung verhindert ist.With battery operated alarm clocks, it is desirable that the user be aware of it can determine whether the battery level is sufficient for further operation and thus an unnoticed sudden failure of the alarm device is prevented.

In der deutschen Patentschrift 12 04 326 ist eine Überwachungseinrichtung zur automatischen Auslösung eines Anzeigesignals bei Erreichen eines vorbestimmten Mindestspannungswertes einer Niederspan- nungsquelle beschrieben. Bei der dort vorgeschlagenen Schaltung liegt ein Transistor in einer an die zu überwachende Batterie angeschlossenen Brückenschaltung, in deren einem Zweig eine Zenerdiode hegt. Der Signalgenerator wird über eine weitere Spannungsquelle betrieben. Diese Schaltung hat verschiedene Nachteile. Zum einen wird die Spannung der den Signalgenerator betreibenden Batterie nicht überwacht, so daß Änderungen an dieser Spannungsquelle mit der vorgeschlagenen Schaltung nicht angezeigt werden können. Weiterhin bringt die Brückenschaltung eine zusätzliche Belastung für die zu überwachende Batterie mit sich, da beide Brückenzweige ständig vom Strom durchflossen sind, wobei sowohl die Basis als auch der Emitter des Transistors an einem der Brückenzweige liegen. Außerdem ist die Schaltung auch nicht zur Verwendung bei Batterien kleiner Spannung (z. B. 1,5 Volt) geeignet.In the German patent specification 12 04 326 is a Monitoring device for the automatic triggering of a display signal when a predetermined minimum voltage value of a low-voltage source described. In the circuit proposed there, a transistor is connected to the Bridge circuit connected to the monitoring battery, in one branch of which there is a Zener diode. the The signal generator is operated by another voltage source. This circuit has several disadvantages. On the one hand, the voltage of the battery operating the signal generator is not monitored, so that Changes to this voltage source with the proposed circuit are not displayed be able. Furthermore, the bridge circuit puts an additional load on the battery to be monitored with itself, since both bridge branches are constantly flowed through by the current, both the base and the Emitter of the transistor are on one of the bridge branches. In addition, the circuit is also not intended for Suitable for use with low-voltage batteries (e.g. 1.5 volts).

In der deutschen Auslegeschrift 18 07 407 ist eine Batterieprüfeinrichtung für einen Wecker mit Signaltongenerator beschrieben, die mit einem Doppelumschalter arbeitet Wird der Doppelumschalter in die zur Batterieprüfung vorgesehene Schaltstellung gebracht, dann setzt der Steuertransistor den Signaltongenerator in Gang, bis der Doppelumschalter wieder umgelegt wird. Diese Schaltstellung ergibt für die Batterie eine hohe Belastung, die eine ermüdete Batterie nicht mehr für längere Zeit aufbringen kann. Je nach dem Ladezustand der Batterie ergeben sich verschiedene Geräusche de« Signaltongenerators. Aus dem jeweiligen Geräusch muß der Benutzer ?>if den Ladezustand der Batterie schließen. Diese Kontrollschaltung hat den Nachteil, daß der Benutzer keine klare Information darüber erhält ob die Batterieladung ausreichend ist oder nicht Denn er nimmt — bis auf den Fall, daß die Batterie bereits entladen ist — immer einen Signalton wehr, den er von Fall zu Fall zu beurteilen hat. Der Benutzer wird den Kontrollvorgang so lange durchführen, bis er auf Grund des mehr oder weniger starken Signaltons entschieden hat, ob die Batterie auszuwechseln ist oder nicht Da unterschiedliche Signaltöne aber schwierig zu beurteilen sind, wird die Kontrolle entsprechend lang durchgeführt werden. Dies führt zu einer an sich unnötigen Belastung der Batterie. Durch die GB-PS 11 28 165 ist des weiteren eine Kontrollvorrichtung für den Ladungszustand von Batterien, beispielsweise für Gabelstapler, bekanntgeworden. Die genannte Kontrollvorrichtung besteht aus einem akustischen Alarmelement, insbesondere einem Lautsprecher und einer Kontrollschaltung, wobei letztere verschiedene Einzelwiderstände und Spannungsteiler, zwei Schalt- und einen Steuertransistor sowie ein Referenzelement in Form einer Zenerdiode aufweist, die in Durchlaßrichtung zwischen dem Emitter des ersten Schalttransistors und der Basis des zweiten Schalttransistors angeordnet ist. Die Referenzspannung der Zenerdiode wird kontinuierlich mit dem an der Basis des ersten Schalttransistors liegenden Potential verglichen. Beide Schalttransistoren sind dabei im Falle genügender Ladung der Batterie durchgesteuert, während der Steuertransistor gesperrt ist. Unterschreitet die Batteriespannung die Referenzspannung an der Zenerdiode, so sperrt der erste Schalttransistor schlagartig und damit auch der mit diesem über einen Widerstand gekoppelte zweite Schalttransistor. Gleichzeitig reicht jedoch nun das am Steuertransistor anliegende Potential aus, diesen durchzuschalten und somit den Lautsprecher anzuregen, der dann einen Signalton abgibt.The German Auslegeschrift 18 07 407 describes a battery test device for an alarm clock with a signal tone generator, which works with a double changeover switch.If the double changeover switch is brought into the switch position intended for battery testing, the control transistor sets the signal tone generator in motion until the double changeover switch is flipped again. This switching position results in a high load on the battery that a tired battery can no longer apply for a long period of time. Depending on the charge level of the battery, the acoustic signal generator makes different noises. From the respective noise, the user must?> If the state of charge of the battery. This control circuit has the disadvantage that the user does not receive any clear information about whether the battery charge is sufficient or not, because he always takes - except for the case that the battery is already discharged - a beep that he has to judge on a case-by-case basis has. The user will carry out the control process until he has decided on the basis of the more or less strong signal tone whether or not to replace the battery. However, since different signal tones are difficult to judge, the control will be carried out for a correspondingly long time. This leads to an unnecessary load on the battery. Through GB-PS 11 28 165 a control device for the state of charge of batteries, for example for forklifts, has also become known. Said control device consists of an acoustic alarm element, in particular a loudspeaker and a control circuit, the latter having various individual resistors and voltage dividers, two switching and a control transistor and a reference element in the form of a Zener diode, which in the forward direction between the emitter of the first switching transistor and the base of the second switching transistor is arranged. The reference voltage of the Zener diode is continuously compared with the potential at the base of the first switching transistor. Both switching transistors are turned on if the battery is sufficiently charged, while the control transistor is blocked. If the battery voltage falls below the reference voltage at the Zener diode, the first switching transistor blocks suddenly and thus also the second switching transistor coupled to it via a resistor. At the same time, however, the potential applied to the control transistor is now sufficient to switch it through and thus stimulate the loudspeaker, which then emits a signal tone.

Die vorbeschriebene Kontrolleinrichtung ist für einen Dauerbetrieb vorgesehen, die unabhängig vom eigentli-The control device described above is intended for continuous operation, which is independent of the actual

chen durch eine Batterie betriebenen Gerät arbeitet. Dies bedeutet, daß neben dem eigentlichen Verbraucher ein zusätzlicher Verbraucher an der Batterie anliegt. Eine solche Lösung des Kontrollproblems kann wegen des vermehrten Stromverbrauchs für einen Wecker mit vorgegebener Laufzeit bei Verwendung von 1,5-VoIt-Satter-en nicht angewandt werden.a battery operated device works. This means that in addition to the actual consumer, there is an additional consumer on the battery. Such a solution to the control problem can because of the increased power consumption for an alarm clock with specified runtime when using 1.5 VoIt satters not be applied.

Zur Vermeidung der vorgenannten Nachteile liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, eine Kontrollschaltung angegebener An zu schaffen, die eine eindeutige Anzeige des Ladezustandes der Batterie zu einem willkürlich gewählten Zeitpunkt ermöglichtTo avoid the aforementioned disadvantages is The invention is based on the object to provide a control circuit of the specified type, which has a allows clear display of the state of charge of the battery at an arbitrarily selected time

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadu:ch gelöst, daß dein Steuertransistor eine den Takt der Signaltöne bestimmende Kippschaltung und eine Vergleichsschaltung mit einem Schalttransistor und einem an dessen Basis liegenden Referenzglied parallel so vorgeschaltet sind, daß beim Ansprechen des Schalttransistors der Steuertransistor zur Erzeugung eines Dauertons durchgesteuert istAccording to the invention, this object is achieved in that your control transistor controls the timing of the signal tones determining flip-flop and a comparison circuit with a switching transistor and one on it Base lying reference element are connected in parallel so that when the switching transistor responds Control transistor is turned on to generate a continuous tone

Sinkt bei dieser Schaltung infolge Batterieentladung die Batteriespannung so weit ab — beispielsweise beträgt die Spannung einer zu eiwa 95% entladenen 1,5-V-Batterie nur nach 1,0 bis 1,2 V —, daß sie in den Bereich der im wesentlichen konstanten, am Referenzglied abfallenden Spannung kommt, dann sperrt der Schalttransistor, und das Wecksignal geht in einen Dauerton über.If the battery voltage drops so far in this circuit as a result of battery discharge - for example, the voltage of a 1.5 V battery that is approximately 95% discharged is only 1.0 to 1.2 V - that it falls into the range of the essentially constant , the voltage dropping at the reference element comes, then the switching transistor blocks and the wake-up signal changes to a continuous tone.

In weiterer Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß an dem Kollektor des Schalttransistors die Basis eines Inverter-Transistors liegt, der dem Steuertransistor vorgeschaltet ist. Der Inverter-Transistor wird beim Sperren des Schaluransistors leitend und ist gesperrt, solange der SchalUransistor leitet.In a further embodiment of the invention it is provided that the base on the collector of the switching transistor an inverter transistor, which is connected upstream of the control transistor. The inverter transistor will when blocking the Schaluransistor conductive and is blocked as long as the SchalUransistor conducts.

Im folgenden ist ein Auüführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnung beschrieben.The following is an embodiment of the invention described on the basis of the drawing.

In der Zeichnung liegt die Kollektor-Emitter-Strecke eines Steuertransistors Tl in Serie zu dem Signaltongenerator G. Über einen zur gewählten Zeit geschlossenen Weckschalter S1 ist der Signaltongenerator G mit dem Pol LJ einer Batterie verbunden. Der Emitter des Steuertransistors Π liegt an dem anderen Batteriepol. Parallel zur Basis-Emitter-Strecke des Steuertransistors 71 liegt eine Induktivität L und eine Kapazität C. Die Induktivität L ist induktiv mit dem Signaltongenerator G gekoppelt In einem der Basis des Steuertransistors 71 vorgeschalteten Spannungsteiler liegt ein Widerstand R 1 und ein weiterer Steuertransistor TV. An die Basis dieses Transistors TV ist über einen Widerstand /?9 der Ausgang einer Kippschaltung K angeschlossen. Diese Kippschaltung ist als astabiler Multivibrator ausgeführt.In the drawing, the collector-emitter path of a control transistor T1 is in series with the signal tone generator G. The signal tone generator G is connected to the pole LJ of a battery via a wake-up switch S1 that is closed at the selected time. The emitter of the control transistor Π is connected to the other battery pole. An inductance L and a capacitance C are parallel to the base-emitter path of the control transistor 71. The inductance L is inductively coupled to the signal tone generator G. A resistor R 1 and a further control transistor TV are located in a voltage divider connected upstream of the base of the control transistor 71. The output of a flip-flop circuit K is connected to the base of this transistor TV via a resistor /? 9. This toggle switch is designed as an astable multivibrator.

Parallel zur Kippschaltung liegt an der Basis des Steuertransistors TV die Vergleichsschaltung. Bei der Vergleichsschaltung liegt das Referenzglied D in einem Zweig eines Spannungsteilers /?2, R 3 zwischen den Batteriepolen. Die Basis-Kollektor-Strecke des Schalttransistors 7"2 liegt mit einem Widerstand R 4 parallel zu dem Zweig des Spannungsteilers, in dem das Referenzglied D vorgesehen ist. Parallel zur Kollektor-Emitter-Strecke des Schalttransistors 72 liegt die Basis-Emitter-Strecke eines Inverter-Transistors 73, dessen Kollektor über einen Widerstand K5 mit der Basis des Steuertransistors TV verbunden ist. Den Emittern der Transistoren 7"2 und 73 ist ei;'. gemeinsamer Vorwidersland R 6 vorgeschaltet, der gegebenenfalls entfallen kann.The comparison circuit is connected to the base of the control transistor TV in parallel with the flip-flop. In the comparison circuit, the reference element D is in a branch of a voltage divider /? 2, R 3 between the battery poles. The base-collector path of the switching transistor 7 ″ 2 with a resistor R 4 is parallel to the branch of the voltage divider in which the reference element D is provided Inverter transistor 73, the collector of which is connected to the base of the control transistor TV via a resistor K5. The emitters of the transistors 7 "2 and 73 are ei; '. common pre-cross country R 6 upstream, which may be omitted.

Der Kippschaltung ist eine Hilfsschaltung vorgeschaltet Mit dieser Läßt sich die Kippschaltung sperren. Sie besteht aus einem Ladewiderstand R7 und einem Ladekondensator C 2. Am Ladekondensator Cl liegt ein Tastschalter S3 und die Basis eines Transistors 74, dessen Kollektor über einen Vorwiderstand R 8 mit der Kippschaltung K und dessen Emitter vorteilhaft mit den Emittern der Transistoren T2 und 73 verbunden ist.The flip-flop is preceded by an auxiliary circuit. This can be used to block the flip-flop. It consists of a charging resistor R7 and 2. a charging capacitor C at the charging capacitor Cl a pushbutton switch S3 and the base is a transistor 74, whose collector is advantageously via a series resistor R 8 to the flip-flop K, and its emitter connected to the emitters of the transistors T2 and 73 connected is.

Die vorbeschriebene Schaltung arbeitet im Falle ausreichender Batterieladung folgendermaßen:The circuit described above works as follows if the battery is sufficiently charged:

Schließt sich der Weckschalter 51. dann beginnt die Kippschaltung K Impulse auszusenden. Dadurch wird der Steuertransistor 71' im Taki dieser Impulse leitend. Der Signaltongenerator gibt Wecktone im Takt der Impulse ab. Die Tonhöhe wird hauptsächlich von der mechanischen Eigenfrequenz des Signalgenerators bestimmt. Der Schalttransistor 72 der Vergleichsschaltung leitet, folglich ist der Inverter-Transistor 73 gesperrtIf the wake-up switch 51 closes, the toggle switch K begins to send out pulses. As a result, the control transistor 71 'becomes conductive in the taki of these pulses. The signal tone generator emits wake-up tones in time with the impulses. The pitch is mainly determined by the mechanical natural frequency of the signal generator. The switching transistor 72 of the comparison circuit conducts, consequently the inverter transistor 73 is blocked

Zur kurzzeitigen Unterbrechung des Wecksignals, beispielsweise für 4 bis 5 Minuten, wird der Tastschalter S3 betätigt Dadurch entlädt sich der Ladekondensator CZ Der vorher leitende Transistor 74 sperrt und unterbricht dadurch die Impulsfolge der Kippschaltung. Demzufolge sperrt auch Transistor TV. Es ertönt so lange kein Wecksignal, bis sich der Ladekondensator C2 wieder so weit aufgeladen hat, daß Transistor 74 wieder leitend wird und folglich die Kippschaltung wieder Impulse aussendet.To briefly interrupt the wake-up signal, for example for 4 to 5 minutes, the pushbutton switch S3 is actuated. This discharges the charging capacitor CZ. The previously conductive transistor 74 blocks and thereby interrupts the pulse sequence of the flip-flop circuit. As a result, transistor TV also blocks. There is no wake-up signal until the charging capacitor C2 has recharged to such an extent that transistor 74 becomes conductive again and consequently the trigger circuit emits pulses again.

Ist die Batterieladung zu gering und damit die Batteriespannung abgesunken, arbeitet die Schaltung, wenn der Weckschalter S1 geschlossen ist, folgendermaßen: If the battery charge is too low and thus the battery voltage has dropped, the circuit works, if the alarm switch S1 is closed, do the following:

Die Differenz zwischen der Batteriespannung und dem Spannungsabfall am Referenzglied D und am Widerstand R 2 ist so klein, daß der Transistor 72 sperrt. Dadurch wird Transistor 73 leitend und steuert über den Widerstand /?5 den Transistor TV durch. Hierbei wird ein Dauerton erzeugt, der den schlechten Ladezustand der Batterie anzeigt.The difference between the battery voltage and the voltage drop across the reference element D and across the resistor R 2 is so small that the transistor 72 blocks. This makes transistor 73 conductive and controls transistor TV through resistor /? 5. A continuous tone is generated, which indicates that the battery is in a bad state of charge.

Soll die Batterieprüfung auch zu Zeiten vorgenommen werden können, zu denen der Weckschalter Sl geöffnet ist, so läßt sich ein weiterer Tastschalter S3' vorsehen, mit dem drr Weckschalter S1 zu überbrücken ist. Vorteilhaft wird dazu der bereits beschriebene Taster S3 als doppelpoliger Taster ausgebildet In diesem Fall wird dann durch die Betätigung einer einzigen gemeinsamen Taste gleichzeitig über den Tastschalter S3 der Kondensator C2 entladen und über den Tastschalter S3' der Weckschalter Sl kurzgeschlossen. Dies führt dazu, daß bei Betätigung der gemeinsamen Taste im Falle ausreichender Batterieladung der Signaltongenerator G nicht anspricht. (Es ertönt auch nicht der intermittierende Ton, da der Kondensator Cl entladen wird.) Im Falle nicht ausreichender Batterieladung ertönt der Dauerton, ebenso, wie im Falle nicht ausreichender Batterieladung bei geschlossenem Weckkontakt.If the battery test can also be carried out at times when the wake-up switch S1 is open, a further pushbutton switch S3 'can be provided, with which the wake-up switch S1 is to be bridged. Advantageously, the already described button S3 is designed as a double-pole button. In this case, when a single common button is pressed, the capacitor C2 is simultaneously discharged via the button switch S3 and the wake-up switch S1 is short-circuited via the button switch S3 '. As a result, when the common key is pressed, the signal tone generator G does not respond if the battery is sufficiently charged. (The intermittent tone does not sound either, as the capacitor C1 is discharged.) If the battery is not charged enough, the continuous tone sounds, as well as if the battery is not charged enough when the wake-up contact is closed.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann an Stelle des Widerstandes Ä6 ein Schalter, beispielsweise ein Schalttransistor, vorgesehen sein, der zur Weckzeit geschlossen ist. Durch einen derartigen Schalter läßt sich in der Zeit zwischen zwei Weckzeiten ein Stromverbrauch der Transistoren 72 und 74 im wesentlichen vermeiden. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die Kippschaltung K im Falle des Leitendwerdens von Transistor 73 abschaltbar jein.In a further embodiment of the invention, a switch, for example a switching transistor, which is closed at the wake-up time, can be provided in place of the resistor λ 6. With such a switch, a current consumption of the transistors 72 and 74 can essentially be avoided in the time between two wake-up times. In a further embodiment of the invention, the flip-flop circuit K can be switched off so that it can be switched off in the event that transistor 73 becomes conductive.

Als Referenzglied D eignen sich bei den in Weckern normalerweise verwendeten 1,5-V- Batterien Dioden,Diodes are suitable as reference element D in the 1.5 V batteries normally used in alarm clocks.

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die in Durchlaßrichtung betrieben werden und eine Durchlaßspannung von beispielsweise 0,4 bis 0,6 V haben. Bei höheren Spannungen können eine Serienschaltung von Dioden oder eine Zenerdiode zur Verwendung kommen.which are operated in the forward direction and a forward voltage of 0.4 to 0.6 V, for example to have. At higher voltages a series connection of diodes or a Zener diode can be used Use come.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patentansprüche:Patent claims:

ί I. Kontrollschaltung für den Ladezustand der Batterie eines batteriebetriebenen Weckers mit einem durch einen Steuertransistor betreibbaren Signaltongenerator, dadurch gekennzeichnet, daß dem Steuertransistor (7*1, TV) eine den Takt der Signaltöne bestimmende Kippschaltung (K) und eine Vergleichsschaltung mit einem Schalttransistor (T2) und einem an dessen Basis liegenden Referenzglied (D) parallel so vorgeschaltet sind, daß beim Ansprechen des Schalttransistors (T2) der Steuertransistor (Tl. TV) zur Erzeugung eines Dauertons durchgesteuert ist · ί I. Control circuit for the state of charge of the battery of a battery-operated alarm clock with a signal tone generator which can be operated by a control transistor, characterized in that the control transistor (7 * 1, TV) has a toggle circuit (K) which determines the timing of the signal tones and a comparison circuit with a switching transistor ( T2) and a reference element (D) at its base are connected in parallel so that when the switching transistor (T2) responds, the control transistor (Tl. TV) is turned on to generate a continuous tone.

2. Kontrollschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis-Emitter-Strecke des Schalttransistors (T2) und das Referenzglied (D) in Serie liegen.2. Control circuit according to claim 1, characterized in that the base-emitter path of the switching transistor (T2) and the reference element (D) are in series.

3. Kontrollschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Kollektor des Schalttransistors (T2) die Basis eines fnverter-Transistors (T3) liegt, der dem Steuertransistor (Tl, Ti') vorgeschaltet ist3. Control circuit according to claim 2, characterized in that the base of an inverter transistor (T3) is connected to the collector of the switching transistor (T2) and is connected upstream of the control transistor (Tl, Ti ')

4. Kontrollschaltung nach einem oder beiden der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Referenzglied (D) in einem Zweig eines Spannungsteilers (R 2, D-, R 3) liegt.4. Control circuit according to one or both of the preceding claims, characterized in that the reference element (D) is in a branch of a voltage divider (R 2, D-, R 3).

5. Kontrollschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Batteriekontrolle ein nur zur Weckzeit geschlossener Weckkontakt (5 1) mittels eines Schalters (53') überbrückbar ist5. Control circuit according to one of the preceding claims, characterized in that for Battery control a wake-up contact (5 1) that is only closed at the wake-up time by means of a switch (53 ') can be bridged

6. Kontrollschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kippschaltung (K) mittels einer Ladeschaltung abschaltbar ist, die einen Schalter (S3) aufweist und daß dieser Schalter (53) und der den Weckkontakt (Si) überbrückende Schalter (5 3') miteinander gekoppelt sind.6. Control circuit according to claim 5, characterized in that the flip-flop (K) can be switched off by means of a charging circuit which has a switch (S3) and that this switch (53) and the wake-up contact (Si) bridging switch (5 3 ') are coupled to each other.

7. Kontrollschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß das Referenzglied von einer in Durchlaßrichtung betriebenen Diode (D) gebildet ist.7. Control circuit according to one of the preceding claims, characterized in that the reference element is formed by a diode (D) operated in the forward direction.