DE2420149A1

DE2420149A1 - Schaltungsanordnung zur spannungsueberwachung einer gleichstromquelle

Info

Publication number: DE2420149A1
Application number: DE2420149A
Authority: DE
Inventors: Masahiro Kawasaki; Chiharu Mori
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1973-04-26
Filing date: 1974-04-25
Publication date: 1974-11-07
Also published as: DE2420149C3; JPS5441951Y2; JPS49150333U; US3921064A; DE2420149B2; GB1465358A

Description

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KARI,*HKTiSTZ SCHAUMBURG 2420149

PATENTANWALT ^^ '

800O MÜNCHEN 8O

ASAHI KOGAKU KOGYO KABUSHIKI KAISHA maubrkirchbrstr. 31

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36-9, 2-chome, Maeono-cho, telex 022019

Itabashi-ku, Tokio Japan _1A^ 1374

2 5. APR. 197*

Schaltungsanordnung zur Spannungsüberwachung einer Gleichstromquelle

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Spannungsüberwachung einer Gleichstromquelle und Anzeige der Abweichung von einem vorgegebenen Spannungswert mittels einer Lumineszenzdiode.

Bekannte Schaltungsanordnungen dieser Art messen den Spannungsabfall an der Stromquelle oder eine die Lumineszenz hervorrufende Bezugsspannung an den Anschlüssen einer Zenerdiode, und es wird dabei ein Vergleich einer an einem Spannungsteiler erzeugten Teilspannung der Stromquelle mit der Bezugsspannung in einer Vergleichsschaltung durchgeführt, deren Ausgangssignal die Lumineszenzdiode aufleuchten läßt.

Bei solchen Schaltungen ist jedoch mit Schwierigkeiten zu rechnen, wenn sie in integrierter Technik aufzubauen sind oder integrierte Schaltelemente verwendet werden sollen. Dies ist in erster Linie auf die Anordnung und die Kosten für die Zenerdiode zurückzuführen. Ferner muß eine Vergleichsschaltung mit relativ hoher Verstärkung verwendet werden, um ausreichend hohe Ühterschiedsverhältnisse zu gewährleisten. .

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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Schaltungsanordnung zu schaffen, die ohne das Erfordernis einer Zenerdiode hohe Unterschiedsverhältnisse gewährleistet und somit auch ohne hohen Aufwand in integrierter Technik aufgebaut werden kann.

Eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art ist zur Lösung dieser Aufgabe erfindungsgemäß derart ausgebildet, daß die zu überwachende Spannung einen ersten Schalttransistor bei Abfall unter den vorgegebenen Spannungswert leitend steuert, der durch seinen leitenden Zustand eine Erhöhung des zuvor auf einen Wert unter der Leuchtschwelle der Lumineszenzdiode begrenzten Spannungsabfalls über die Leuchtschwelle hervorruft.

Durch die Erfindung ist es in sehr einfacher Weise, möglich, ein zuverlässiges Kriterium für das Abfallen der Spannung einer Gleichstromquelle unter einen vorgegebenen Spannungswert zu erzeugen, denn der Schalttransistor kann sehr genaue Schaltvorgänge durchführen, wozu die ihn steuernde Spannung gegebenenfalls auch eine Teilspannung der zu überwachenden Spannung sein kann. Durch die Betriebsweise der Lumineszenzdiode zunächst unterhalb ihrer Leuchtschwelle wird erst dann ein zusätzlicher Anzeigestrom verbraucht, wenn die Gleichspannungsquelle ihre Spannung bereits so weit' gesenkt hat, daß sie ohnehin gewechselt werden muß. Eine Zenerdiode ist nicht erforderlich, so daß die mit ihr verbundenen Nachteile durch die Erfindung vermieden werden. Es ist deshalb ein sehr einfacher integrierter Aufbau der Schaltung möglich.

Die Begrenzung des Spannungsabfalls kann durch einen der Lumineszenzdiode in Reihe an die Gleichstromquelle angeschalteten Strombegrenzungswiderstand erzeugt sein, wobei der Schalttransistor dem Strombegrenzungswiderstand bei Leitendwerden einen weiteren Widerstand parallel schaltet. Durch die Parallelschaltung der beiden Widerstände wird bei geeigneter Bemessung der Widerstandswerte der Strom durch die Lumineszenz-

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diode dann so weit erhöht, daß an ihr ein ausreichender Spannungsabfall auftritt, um die Lumineszenzerscheinung hervorzurufen. Auch diese Weiterbildung der Schaltung zeichnet sich durch besondere Einfachheit aus. Die Parallelschaltung kann dabei durch einen zweiten Schalttransistor erfolgen, dessen Basis durch den ersten Schalttransistor gesteuert wird. Wenn dann die Basis des ersten Schalttransistors mit dem Verbindungspunkt von Lumineszenzdiode und Strombegrenzungswiderstand verbunden ist,.so ergibt sich ein Rückkopplungseffekt, der in noch zu beschreibender Weise den mit den beiden Transistoren hervorgerufenen Schaltvorgang unterstützt.

Der erste Schalttransistor kann einen gemeinsamen Emitterwiderstand mit einem dritten Schalttransistor aufweisen, der durch die zu überwachende Spannung gesteuert wird. Dadurch entsteht eine symmetrische Schaltung, die so arbeitet, daß der dritte Schalttransistor bei ausreichender Spannung der zu überwachenden Stromquelle leitend gesteuert ist und somit den ersten und auch den zweiten Schalttransistor gesperrt hält. Wenn die Spannung unter den vorgegebenen Wert absinkt, wird der dritte Schalttransistor gesperrt, wodurch die beiden übrigen Schalttransistoren leitend werden und die beschriebenen Vorgänge hervorrufen.

Eine sehr genaue Einstellung des Umschaltepunktes des dritten Schalttransistors ist dadurch möglich, daß seine Basis mit einem die zu überwachende Spannung teilenden Spannungsteiler verbunden ist. Wenn diese Ausführungsform angewendet wird, so ergibt sich insgesamt eine Überwachungsschaltung, die im wesentlichen aus zwei symmetrisch miteinander verbundenen Stromkreisen besteht. Der erste Stromkreis erhält als ein Eingangssignal die Klemmenspannung der Lumineszenzdiode, der zweite Stromkreis die auszuwertende Spannung, die sich durch Leistungsverbrauch an der Stromquelle ändert. Beide Stromkreise bilden in beschriebener Weise eine Wechselsohaltung,

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deren Umschaltvorgang durch die auszuwertende Spannung bestimmt ist und so eingestellt werden kann, daß er dann auftritt, wenn diese Spannung unter den vorgegebenen Wert abfällt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an Hand der Figur beschrieben. Diese zeigt eine Stromquelle 3_f die über einen Ausschalter 13 an die Überwachungsschaltung anschaltbar ist. Als Anzeigeelement dient eine Lumineszenzdiode 1, die mit einem Strombegrenzungswiderstand 2 in Reihe geschaltet ist. Diese Reihenschaltung ist der Stromquelle 3 parallel geschaltet. Die Spannung E der Stromquelle wird durch die Reihenschaltung der Lumineszenzdiode 1 und des Strombegrenzungswiderstandes 2 geteilt. Der Widerstandswert des Strombegrenzungswiderstandes 2 ist abhängig von der zu überwachenden Spannung relativ groß gewählt, so daß die an der Lumineszenzdiode 1 abfallende Spannung niedriger als die Leuchtschwelle ist.

Ein Schalttransistor 4 ist an seiner Basis mit dem ■Verbindungspunkt A von Lumineszenzdiode 1 und Strombegrenzungswiderstand verbunden, so daß er durch die an der Lumineszenzdiode 1 auftretende Spannung gesteuert wird. Ferner ist der Kollektor des Schalttransistors 4 mit der Basis eines zweiten Schalttransistors 6 über einen Widerstand 5 verbunden. Der zweite Schalttransistor 6 verbindet bei Leitendwerden einen Widerstand 7 mit dem Strombegrenzungswiderstand 2 parallel, wodurch der Stromfluß durch die Lumineszenzdiode 1 dann erhöht wird. Die Spannung V. an dem Schaltungspunkt A fällt dann ab. Durch die beschriebene Verbindung des Schalttransistors 4 mit dem Schalttransistor entsteht eine positive Rückkopplung.

Ein dritter Schalttransistor 8 ist mit dem ersten Schalttransistor 4 symmetrisch angeordnet, die beiden Emitter dieser Transistoren 4 und 8 haben einen gemeinsamen Emitterwiderstand

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9» Auf diese Weise wird eine Wechselschaltung mit den beiden Schalttransistoren 4 und 8 gebildet. Der Schalttransistor 8 ist ferner an seiner Basis mit dem Verbindungspunkt B eines Spannungsteilers verbunden, der gleichfalls parallel zur Stromquelle 3 schaltbar ist und aus der Reihenschaltung zweier Widerstände 10 und 11 besteht. Zur Temperaturkompensation der Lumineszenzdiode 1 ist eine Diode 12 in diesen Spannungsteiler eingefügt. Das Eingangssignal für den mit dem Schalttransistor 8 gebildeten Stromkreis wird also durch die Spannung am Schaltungspunkt B gebildet. Diese Spannung ist mit V_ß bezeichnet.

Die so beschriebene Schaltung enthält also zwei Spannungsteiler, die zueinander und zur Stromquelle 3 parallel geschaltet sind. An dem Spannungsteiler mit den Widerständen 10 und ändert sich die Spannung V_ß am Schaltungspunkt B abhängig bzw. proportional der Spannung E der Stromquelle 3, so daß sie mit dem Leistungsverbrauch der Stromquelle 3 abfällt. Durch geeignete Bemessung des Emitterwiderstandes 9 und der Widerstände 10 und 11 des zweiten Spannungsteilers kann erreicht werden, daß der Schalttransistor 8 dann gesperrt wird, wenn die Spannung E der Stromquelle 3 auf die Spannung Eg abgefallen ist, bei der die Lumineszenzdiode 1 aufleuchtet. Die Widerstände 9, 10 und 11 sind also zweckmäßig so zu bemessen, daß der Schalttransistor 8 bei E > Eg leitend ist und bei E < Eg gesperrt ist. Da die Schaltung bezüglich des Emitterwiderstandes 9 symmetrisch aufgebaut ist, kann der Widerstand 11 des zweiten Spannungsteilers zweckmäßig mit einem großen Widerstandswert bemessen sein, und die Spannungen V_A und V_ß an den Schaltungspunkten A und B werden übereinstimmend eingestellt, wenn E = Eg ist.

Bei der beschriebenen Schaltungsanordnung wird also bei E > Eg der Schalttransistor 8 mit eingeschaltetem Schalter 13 leitend gesteuert, da er eine entsprechende hohe Teilspannung aus dem Spannungsteiler mit den Widerständen 10 und 11 erhält. Dadurch werden die beiden Schalttransistoren 4 und 6 gesperrt, so daß der Strom durch die Lumineszenzdiode 1 gering ist und

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eine relativ hohe Spannring V. am Schaltungspunkt A erscheint. Außerdem gilt V» > Vg, solange die Schaltungsanordnung bezüglich des Emitterwiderstandes 9 symmetrisch aufgebaut ist.

¥enn nun die Spannung der Stromquelle 3 bzw. die zu überwachende Spannung unter die zum Leuchten erforderliche Spannung Vg der Lumineszenzdiode 1 abfällt, so wird der Schalttransistor 8 gesperrt, und die Emitterspannung des zu ihm symmetrisch angeordneten Schalttransistors 4 steigt an, so daß dieser leitend gesteuert wird. Auf diese Weise entsteht ein Wechselbetrieb zwischen den Schalttransistoren 4 und 8. Der Schalttransistor 6 wird leitend gesteuert, wodurch dem Strombegrenzungswiderstand 2 der weitere Widerstand 7 parallel geschaltet wird. Da somit der Stromfluß durch die Lumineszenzdiode 1 ansteigt, fällt die Spannung V^ am Schaltungspunkt A ab. Dadurch wird eine Spannung an der Lumineszenzdiode 1 abfallen, die gleich oder größer als die Spannung Eg ist. Die Lumineszenzdiode 1 wird also aufleuchten. Bei diesem Zustand entsteht dann bei symmetrischer Schaltung das Verhältnis V_A < V_ß.

Mit einer Schaltungsanordnung nach der Erfindung kann durch Aufleuchten der Lumineszenzdiode visuell festgestellt werden, daß die Spannung der Stromqeulle 3 unter einen vorgegebenen Wert abgefallen ist. Es ist hierzu keine Zmierdiode zur Bildung einer Referenzspannung erforderlich, so daß eine Schaltungsanordnung nach der Erfindung leicht in integrierter Technik oder mit integrierten Schaltelementen aufgebaut werden kann. Ferner ergibt sich durch die Anwendung der positiven Rückkopplung bei den Schalttransistoren 4 und 6 der Vorteil großer Unterschiedsverhältnisse, verglichen mit anderen Schaltungen, die mit Schaltelementen arbeiten, an denen naturgemäß nur geringe Signalamplituden auftreten.

Gleichzeitig wird durch die einfache Maßnahme der Anordnung einer Temperaturkompensationsdiode 12 in dem zweiten Spannungs-

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teiler der Einfluß der Umgebungstemperatur auf die Schaltung minimal gehalten.

Es sei noch darauf hingewiesen, daß die Betriebsart der Lumineszenzdiode 1 auch umgekehrt werden kann, so daß sie bei E > Eg aufleuchtet. Hierzu muß der Strombegrenzungswiderstand 2 entfernt und ein geeigneter Widerstandswert für die Widerstände 10 und 11 des zweiten Spannungsteilers ausgewählt werden.

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Claims

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Patentansprüche

'1. !schaltungsanordnung, zur Spannungsüberwachung einer Gleichstromquelle und Anzeige der Abweichung von einem vorgegebenen Spannungswert mittels einer Lumineszenzdiode, dadurch gekennzeichnet, daß die zu überwachende Spannung (E) einen ersten Schalttransistor (4) bei Abfall unter den vorgegebenen Spannungswert leitend steuert, der durch seinen leitenden Zustand eine Erhöhung des zuvor auf einen Wert unter der Leuchtschwelle der Lumineszenzdiode (1) begrenzten Spannungsabfalls über die Leuchtschwelle hervorruft.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzung des Spannungsabfalls durch einen mit der Lumineszenzdiode (1) in Reihe an die Gleichstromquelle (3) angeschalteten Strombegrenzungswiderstand (2) erzeugt ist und daß der Schalttransistor (4) dem Strombegrenzungswiderstand (2) bei Leitendwerden einen v/eiteren Widerstand (7) parallelschaltet.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Parallelschaltung durch einen zweiten Schalttransistor (6) erfolgt, dessen Basis durch den ersten Schalttransistor (4) gesteuert wird.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des ersten Schalttransistors (4) mit dem Verbindungspunkt (A) von Lumineszenzdiode (1) und Strombegrenzungswiderstand (2) verbunden ist.
5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Schalttransistor (4) einen gemeinsamen Emitterwiderstand mit einem dritten Schalt-

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transistor (8) aufweist, der durch die zu überwachende Spannung gesteuert wird.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des dritten Schalttransistors (8) mit einem die zu -überwachende Spannung teilenden Spannungsteiler (10, 11) verbunden ist.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler ( 10, 11) eine Temperaturkompensationsdiode (12) enthält.
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Strombegrenzungswiderstand (2) und der Spannungsteiler (10, 11) so bemessen sind, daß bei mit der Leuchtschwelle übereinstimmender zu überwachender Spannung an den Basiselektroden des ersten und des dritten Schalttransistors (4, 8) übereinstimmende Spannungen liegen.

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