DE2344981B2 - Schaltungs-Anordnung zum Laden von in transportablen Warnleuchten angeordneten Akkumulatoren - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Schaltungs-Anordnung zum Laden von in transportablen Warnleuchten angeordneten Akkumulatoren an einem Gleichspannungs-Bordnetz eines Fahrzeugs.

Transportable Blink- und Warnleuchten werden auf Land- und Wasserstraßen bei schlechten Sichtverhältnissen und zur Sicherung von Unfallstrecken angewendet. Um eine ständige Einsatzbereitschaft zu erhalten, sollen die Akkumulatoren dieser Leuchten sofort nach ihrer Benutzung am Fahrzeug-Bordnetz wieder aufgeladen werden.

Durch die DE-OS 18 14 106 ist eine Anordnung zum Aufladen eines Akkumulators aus einer Gleichstromquelle, beispielsweise der Batterie eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs mit einem Schalttransistor und einer Drossel bekannt, wobei die Drosselspule und der Akkumulator an eine Freilaufdiode angeschlossen sind. Der als Impulsgeber arbeitende Multivibrator wird dabei aus der aufzuladenden Batterie mit Spannung versorgt. Ein Aufladen tiefentladener Batterien ist mit dieser Anordnung nicht möglich, da der Schalttransistor 77? 1 in solchen Fällen gesperrt bleibt.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die bekannte Anordnung so weiter zu bilden, daß eine Ladung transportabler Warnleuchten mit eigenem Akkumulator bei verschiedenen hohen Bordnetzspannungen ohne zusätzliche Einstellung der Ladespannung oder des Ladestromes bei nur geringer Verlustwärme ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.

Ausgestaltungen der Erfindung sind durch die Ansprüche 2 und 3 gekennzeichnet.

In F i g. 1 ist die prinzipielle Arbeitsweise einer getakteten Spannungs- bzw. Stromregelschaltung dargestellt. Über die Eingangsklemmen 6, 7 wird die Lade-Anordnung an das Bordnetz angeschlossen, über die Ausgangsklemmen 26, 27 wird der angeschlossene Akkumulator 5 aufgeladen. Der Transistor 1 wird als Schalttransistor durch impulsförmige Basisströme entweder im Sperrbereich oder im Übersteuerungsbereich bei maximalem Kollektorstrom betrieben. Analog zum elektrischen Schalter werden diese beiden Betriebsarten auch als Ausschaltzustand bzw. Einschaltzustand bezeichnet. In beiden Fällen ist die Kollektorverlustleistung verhältnismäßig klein. Durch periodische negative

ίο Impulse des mit der Basis des Schalttransistors 1 verbundenen Impulsgebers 2 wird der Transistor während der Impulsdauer eingeschaltet und während der Pausendauer ausgeschaltet. Während der Impulsdauer wird der aus Drossel 3, Kondensator 4 und Akkumulator 5 bestehende Verbraucherkreis mit der an den Eingangsklemmen 6, 7 liegenden Bordnetzspannung verbunden. Der Akkumulator 5 wird ebenso wie der zu ihm parallel geschaltete Kondensator 4 über die Drossel 3 aufgeladen. Während der Pausendauer wird der Schalttransistor 1 gesperrt. Die Freilaufdiode 8 übernimmt während des Abschaltvorganges den Drosselstrom und verhindert somit Induktionsspannungsspitzen am Schalttransistor 1. Während der Sperrzeit übernimmt der Kondensator 4 die Stromversorgung des Lastkreises.

Der Mittelwert der Ladespannung bzw. des Ladestromes wird durch das Tastverhältnis des Impulsgebers geregelt. Dazu vergleicht der Impulsgeber den Istwert der Ladespannung mit dem SJollwert der Referenzspannung. Um auch bei verschieden hohen Bornetzspannungen einen exakten Soll- Istwertvergleich durchzuführen, ist der Impulsgeber an eine stabilisierte Spannungsversorgung angeschlossen. Seine Schalthysterese ist im genannten Betriebs-Spannungsbereich konstant.

F i g. 2 zeigt eine Schaltung mit konstanter Ladespannung des Akkumulators. Als Schalttransistor 1 ist eine Darlingtonschaltung mit den Transistoren 13, 14 vorgesehen. Der Impulsgeber 2 besteht aus dem Operationsverstärker 11 und dem zur Verstärkung der Steuerimpulse dienenden Transistor 12. Zur Istwertkontrolle der Ladespannung dient der aus den Widerständen 18,19 aufgebaute Spannungsteiler. Sein Signal wird über den negativen Eingang 17 dem Operationsverstärker 11 zugeführt. Der Operationsverstärker 11 ist zur Stabilisierung seiner Versorgungsspannung parallel zur Zenerdiode 9 geschaltet. Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers liegt bei Ansteuerung stets auf einem konstanten Spannungspegel. Durch optimale Bemessung des Emitterwiderstandes 25 ist somit ein vorgegebener, von der angelegten Betriebsspannung unabhängiger Kollektorstrom des Transistors 12 zu erzielen. Eine Übersättigung der Darlington-Transistoren 13,14 durch zu hohen Basisstrom läßt sich auf diese Weise vermeiden. Umschaltzeit und Schaltverluste der Darlington-Transistoren werden so kleingehalten.

Über einen parallel zur Zenerdiode 9 geschalteten Spannungsteiler aus den Widerständen 20, 21, 22 wird das Referenzsignal gewonnen und dem positiven Eingang 16 des Opertionsverstärkers 11 zugeführt. Ist die Spannung am negativen Operationsverstärkereingang 17 niedriger als am positiven Eingang 16, so liefert der mit der Basis des Steuertransistors 12 verbundene Operationsverstärkerausgang 15 ein positives Signal. Dieses steuert den Transistor 12 aus, dessen Kollektor mit der Basis des ersten Darlington-Transistors 13 verbunden ist. Somit werden die Darlington-Transistoren 13, 14 in den Übersteuerungsbereich gebracht und durchgeschaltet. Durch den über die Drossel 3

zugeführten Ladestrom wird die Spannung an den Anschlußklemmen des Akkumulators erhöht, somit steigt auch das aus dem Spannungsteiler 18, 19 gewonnene Istwertsignal der Ladespan nung. Die Differenz zwischen dem am Operationsverstärkereingang 17 liegenden Ladespannungssignal und der Referenzspannung am Operationsverstärker eingang 16 wird zunehmend kleiner.

Durch Rückkopplung des noch positiven Signals am Ausgang 15 des Operationsverstärkers über die Widerstände 23, 21 auf den positiven Eingang 16 wird eine sogenannte Mitkopplung erzielt. Dadurch fällt das positive Ausgangssignal des Operationsverstärkers 11 erst dann ab, wenn das Ladespannungssignal um einen gewissen Betrag höher ist als die Referenzspannung. Dieser Betrag gibt den sogenannten oberen Schaltpunkt der Schalthysterese an. Der Transistor 12 wird gesperrt, die Darlington-Transistoren 13, 14 erhalten keinen Basisstrom mehr und geraten in den Sperrzustand.

Während der Sperrzeit der Darlington-Transistoren 13, 14 muß das Ladespannungssignal infolge der Mitkopplung auf einen bestimmten Betrag unterhalb der Referenzspannung absinken, ehe der Operationsverstärker ein positives Ausgangssignal abgibt und die Darlington-Transistoren in der oben beschriebenen Weise durchsteuert. Diese Spannung wird ills unterer Schaltpunkt der Schalthysterese bezeichnet. Durch stabilisierte Spannungsversorgung bleibt die Schalthysterese im gesamten Betriebs-Spannungsbereich konstant. Es ändern sich nur Pulsfrequenz und Tastverhältnis.

F i g. 3 zeigt eine Ladeanordnung mit konstantem Ladestrom. Der vom Ladestrom am Meßwiderstand 10 erzeugte Spannungsabfall wird dem negativen Eingang des Operationsverstärkers 17 zugeführt und im

Operationsverstärker J1 mit der bereits beschriebenen Referenzspannung am Operationsverstärkereingang 16 verglichen. Wird der Ladestrom zu groß, steigt das Potential am Operationsverstärkereingang 17 so lange, bis der obere Schaltpunkt der Schalthysterese erreicht ist und die Darlington-Transistoren 13, 14 in der beschriebenen Weise gesperrt werden. Der in der Drossel 3 fließende Ladestrom wird dann von der Freilaufdiode 8 übernommen. Er sinkt so lange ab, bis das von ihm erzeugte Potential am negativen Eingang 17 des Operationsverstärkers den unteren Schaltpunkt erreicht hat und der Operationsverstärker wieder ein positives Ausgangssignal abgibt. Über Transistor 12 werden die Darlington-Transistoren 13, 14 in der oben beschriebenen Weise ausgesteuert.

Ein Ausführungsbeispiel der in F i g. 3 beschriebenen Ladeanordnung eignet sich zum Laden eines vierzeiligen NiCd-Akkumulators für einen Betriebsspannungsbereich von 11 —30 Volt. Bei einem Eingangsstrom von 250 m Amp. bis 470 m Amp. wird ein Ladestrom von 600 m Amp. erzielt. Die Schaltfrequenz liegt zwischen 10 und 60 Kilohertz. Das Gerät arbeitet in einer Umgebungstemperatur von minus 20° C bis plus 50° C.

Als besonders vorteilhaft erweisen sich bei der Fertigung definierte Schaltpunkte der Schalthysterese, die von der Betriebsspannung unabhängig sind. Dies ist wesentlich dadurch bedingt, daß die Höhe des Kollektorstroms des die Darlington-Transistoren ansteuernden Transistors unabhängig von der Bordnetzspannung wird. Bei deren Änderung ändern sich lediglich Schaltfrequenz und Testverhältnis. Auch die Welligkeit von Ladespannung und Ladestrom bleibt weitgehend unabhängig von der angelegten Bordnetzspannung.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Schaltungs-Anordnung zum Laden von in transportablen Wainleuchten angeordneten Akkumulatoren am Gleichspannungs-Bordnetz eines Fahrzeuges, die über einen durch Impulsgeber gesteuerten Schalttransistor und eine Drosselspule mit dem Akkumulator verbunden ist, wobei parallel zur Reihenschaltung aus Drossel und Akkumulator eine Freilaufdiode geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgeber (2) an eine stabilisierte Versorgungsspannung angeschlossen ist und daß Schaltfrequenz und Tastverhältnis des Impulsgebers von der Differenz zwischen einer von der Klemmenspannung oder dem zugeführten Ladestrom abgeleiteten Spannung abhängig sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgeber (2) einen mitgekoppelten Operationsverstärker (M) besitzt, dessen Ausgang (15) mit der Basis eines Steuertransistors (12) verbunden ist.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Begrenzung des Kollektorstromes des Steuertransistors (12) ein Emitterwiderstand (25) vorgesehen ist, und daß der Kollektor des Steuertransistors (12) mit der Basis des Schalttransistors (1) verbunden ist.