DE2552691A1

DE2552691A1 - Spannungspruefvorrichtung

Info

Publication number: DE2552691A1
Application number: DE19752552691
Authority: DE
Inventors: Ichiro Hamaguchi; Kenji Toyoda
Original assignee: Nippon Kogaku KK
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1974-01-28
Filing date: 1975-01-24
Publication date: 1976-05-06
Also published as: DE2502958A1; DE2502958B2; GB1503140A; DE2552691C3; GB1502434A; FR2259367B1; JPS50104332A; FR2259367A1; US3970933A; DE2552691B2

Description

BLUMBACH · WESER · BERGEN · KRAMER ZWIRNER . HIRSCH

PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN

Postadresse München: Patentconsult 8 München 60 RadeckestraEe 43 Telefon (089) 883603/88360* TsIe* 05-212313 Postadresse Wiesbaden: Patentconsult 62 Wiesbaden Sonnenberger Straße 43 Telefon (06121) 562943/5S1998 Telex 04-186237

Nippon Kogaku K. K. Case 2p6 DIV. A

Tokyo / JAPAN

Spannimgsprüfvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Spannungsprüfvorrichtung, insbesondere eine solche, in deren Schaltung ein Anzeigeelement wie eine Lampe oder eine lichtemittierende Diode oder dergleichen zum Erhalt einer Spannungsanzeige verwendet ist»

Bei einem tragbaren Instrument, in dem eine Batterie als Speisespannungsquelle vorgesehen ist, muß der Benutzer wissen, ob diese Speisespannungsbatterie noch normale Spannung hat oder nicht, um den normalen Betrieb der im Gerät vergesehenen elektrischen Schaltungen usw. sicherzustellen.

Es ist eine Methode bekannt, bei welcher ein Anzeigeelement verwendet wird, wie eine Lampe, eine lichtemittierende Diode

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München: Kramer ■ Or. V/eser · Hirsch — Wissbaden: Blürnfaäch · Dr. Bergen · Znirner

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oder dergleichen, das eingeschaltet v/erden kann, um den normalen oder abnormalen Zustand der Spannungsversorgungsbatterie anzuzeigen. Bei einer solchen Methode wird das Anzeigelement im allgemeinen mit den Ausgängen einer Schaltung verbunden, die feststellt, ob die Versorgungsspannung oberhalb eines vorbestimmten Wertes ist oder nicht. Dabei \fird das Anzeigeelement eingeschaltet, wenn die Versorgungsspannung oberhalb eines vorbestimmten Viertes ist, und ausgeschaltet, wenn die Versorgungsspannung unterhalb eines vorbestimmten Wertes liegt.

Bei einer solchen Anordnung verbraucht das Anzeigeelement im allgemeinen jedoch relativ viel Strom, so daß folgende Erscheinung verursacht wird. Wenn die Versorgungsspannung bei belasteteter Versorgungsbatterie geprüft wird und eine etwas höhere Spannung als den vorbestimmten Wert erzeugt, wird das Anzeigeelement zunächst eingeschaltet. Der durch die gesamte Schaltung verbrauchte Strom wird dadurch jedoch erhöht, was einen größeren Abfall der Versorgungsspannung bewirkt, so daß die Versorgungsspannung unter den vorbestimmten Wert abfällt. Somit stellt die Prüfschaltung die verringerte Spannung fest und schaltet das Anzeigeelement aus.

Das Abschalten des Anzeigeelementes bewirkt eine Verringerung des Stromverbrauchs, so daß die Versorgungsspannung wieder an-

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steigt. Wenn die angestiegene Spannung den vorbestimmten Wert überschreitet, wird das Anzeigeelement eingeschaltet. Dies wiederholt sich, so daß die gesamte Schaltung zum Schwingen kommt. Die Schwingung kann die Genauigkeit der Spannungsprüfschaltung nachteilig beeinflussen. Beispielsweise bewirkt die Schwingung, daß das Anzeigeelement selbst dann eingeschaltet wird, wenn die Versorgungsspannung beträchtlich unterhalb des vorbestimmten Wertes liegt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Spannungsprüfschaltung verfügbar zu machen, die einfach aufgebaut ist und bei welcher das Problem einer solchen Schwingung nicht auftritt.

Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Spannungsprüfschaltung, welche die Merkmale des Patentanspruchs aufweist.

Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Schaltung einer erfindungsgemäßen Ausführungsform j und

Fig. 2 eine Darstellung der Kennlinie der erfindungsgemäßen Schaltung.

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In Fig. 1 ist ein fester Widerstand 1 bezüglich einer Spannungsversorgungsbatterie 3 mit Dioden 2 in Reihe geschaltet. Feste Widerstände 4 und 5 sind bezüglich der Spannungsversorgungsbatterie 3 in Reihenschaltung mit Dioden 6 verbunden. Ein Differenzschaltkreis 7 weist zwei Eingangsanschlüsse auf, die mit dem Verbindungspunkt A zwischen dem festen Widerstand 1 und den Dioden 2 bzw. dem Verbindungspunkt B zwischen den festen Widerständen 4 und 5 verbunden sind, und er schaltet einen Stromfluß zu einer zwischen den Ausgangsanschluß des Differenzschal tkreises und die Batterie 3 geschalteten Lampe 8 ab, wenn die Spannung V^ am Verbindungspunkt A die Spannung Vg am Verbindungspunkt B überschreitet, und ermöglicht einen Stromfluß zur Lampe 8, wenn die Spannung V. niedriger als die Spannung Vg ist. Somit ist bei dieser Ausführungsform eine Brükkenschaltung vorgesehen, in deren ersten Brückenzweig der feste Widerstand 1, in deren zweiten Brückenzweig die Dioden 2, in deren dritten Brückenzweig der feste Widerstand 4 und in deren vierten Brückenzweig die Serienschaltung aus dem festen Widerstand 5 und den Dioden 6 liegt. Die Spannung V^ zwischen erstem und zweitem Brückenzweig und die Spannung Vg am Verbindungspunkt B zwischen drittem und viertem Brückenzweig bilden Eingangsspannungen für den Differenzschaltkreis 7 derart, daß die Lampe 8 entsprechend der Differenz zwischen der Spannung V. und der Spannung Vg ein- oder ausgeschaltet wird.

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? 5 5 ? B 9 1

Es ist ein Tastschalter 9 vorgesehen. Durch dessen Drücken kann die Spannungsprüfschaltung mit der von ihr zu prüfenden Speisespannungsquelle 3 verbunden werden. Der Differenzschaltkreis 7 ist mit einem zusätzlichen Ausgangsanschluß verbunden, an welchen ein fester Widerstand 10 angeschlossen ist, der anderen Endes mit der Batterie 3 verbunden ist. Dieser zusätzliche Ausgangsanschluß ist in seiner Phasenlage gegenüber demjenigen Ausgangsanschluß entgegengesetzt, an welchen die Lampe 8 angeschlossen ist. Wenn V/\<Vg unä ^ie Lampe 8 eingeschaltet ist, wird der Strom zum Widerstand 10 abgeschaltet. Wenn V.> Vg und die Lampe 8 ausgeschaltet ist, kann der Strom zum Widerstand 10 fließen. Der Widerstandswert des Widerstandes 10 ist im wesentlichen gleich demjenigen der Lampe 8.

Die beschriebene Ausführungsform arbeitet folgendermaßen:

Wenn der Tastschalter 9 gedrückt wird, gelangt ein Strom auf die Brückenschaltung, der an den Verbindungspunkten A und B Spannungen V. bzw. V_ß erzeugt. Die Spannung V. ist gegeben durch

T -3-fL.Cn-f^L. (1)

A q ^K1^XS1

Dabei ist K die Boltzmann-Konstante, T die absolute Temperatur,

B U b b 1 9 / 0 9 7 2

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q die elektrische Elementarladung , E die Spannung über der Batterie 3, R>j der Widerstandswert des festen Widerstandes 1 und Ig. der Satt igungs strom der Dioden 2 in Sperrichtung.

Gleichung (1) kann nicht analytisch gelöst werden. Jedoch wird bei der vorliegenden Ausführungsform beispielsweise die Spannung V, in Abhängigkeit von der Versorgungsspannung E in der durch Kurve A in Fig. 2 gezeigten Weise geändert, wenn die numerische Berechnung unter der Annahme ausgeführt wird, daß R₁ = 10 KiI und Ig₁ == 0,5 χ 10~¹⁵ A ist.

Die Spannung V^ ist gegeben durch

V_B = E - 1.R₄ (2)

Hierin bedeuten

₄ = Widerstandswert des festen Widerstandes 4, c = Widerstandswert des festen Widerstandes 5,

= Sättigungsstrom der Dioden 6 in Sperrichtung und I = der durch den festen Widerstand 4 fließende Strom.

Wiederum wird gemäß Gleichung (2) die Spannung Vg in Abhängigkeit von der Versorgungsspannung E verändert, wie dieses durch

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Kurve b in Fig. 2 dargestellt ist, wenn die numerische Berechnung ausgeführt wird unter der Annahme, daß R^ = 40 K-TL, R₅ = 4,25 KD und I₅₂ = 2 χ 10~¹⁵ A ist. Wie man aus Fig. 2 sieht, sind V^ und Vg für eine bestimmte Versorgungsspannung Eq (Eq = 4,0 V) einander gleich, und V. < Vg, wenn die Versorgungsspannung E den Wert Eq übersteigt, während V. > Vg ist, wenn die Versorgungsspannung E niedriger als der Wert E_Q ist. Wie erwähnt, schaltet der Differenzschaltstromkreis 7 die Lampe 8 ein, wenn V^C V₃ ist, und er schaltet die Lampe 8 aus, wenn V. > Vg ist. Somit wird die Lampe 8 entsprechend der Größe der Versorgungsspannung E ein- oder ausgeschaltet, d. h., die Lampe 8 wird bei E > Eq eingeschaltet und bei E ^. E_Q ausgeschaltet. Hierdurch kann der Zustand der Speisespannungsquelle geprüft werden.

Das Auftreten der zuvor erwähnten Schwingungen ist der Tatsache zuzuschreiben, daß sich der Stromverbrauch zwischen dem Ein-Zustand und dem Aus-Zustand der Lampe 8 so stark verändert, daß die Anschlußspannung der Energieversorgungsbatterie sich ändert und daß eine solche Änderung auf den Eingang zurückgekoppelt wird. Die Schwingungen können jedoch durch die Anordnung nach Fig. 1 durch das Einfügen des Widerstandes 10 verhindert werden, da sich der Stromverbrauch zwischen dem Ein-

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Zustand und dem Aus-Zustand der Lampe 8 nur geringfügig oder gar nicht ändert.

Die Durchlaßspannung der Dioden hat eine Temperaturänderung in der Größenordnung von -2mV/°C pro Diode zur Folge. Wenn aber die Anzahl der Dioden 2 und der Dioden 6 gleich ist, sind die Temperaturänderungen von V. und Vg praktisch identisch, heben sich demgemäß gegeneinander auf und erscheinen nicht in den Ausgängen.

Um eine Kennlinie nach Fig. 2 zu erhalten, muß die Durchlaßspannung der Dioden 6 kleiner als die Durchlaßspannung der Dioden 2 sein. Dieses kann bewerkstelligt werden durch Einstellen des Widerstandswertes des festen Widerstandes 4 auf einen Wert, der größer als der des festen Widerstandes 1 ist, oder durch Auswählen der Dioden 2 und 6 derart, daß Ig₂ größer als Ig₁ ist, oder durch eine Kombination beider Maßnahmen.

Wenn einer der festen Widerstände 1,4 und 5 einstellbar ausgebildet wird, kann die Größe E_Q auf den jeweils gewünschten Wert eingestellt werden.

Ein Schaltstromkreis, dessen Ausgänge hinsichtlich der Phasenlage einander entgegengesetzt sind, wie er im Zusammenhang mit

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der beschriebenen Ausführungsform erwähnt ist, kann einfach durch herkömmliche Maßnahmen hergestellt v/erden.

Bei dem Schaltstromkreis 7 der erläuterten Ausführungsform ist ein Ausgangsanschluß, dessen Ausgangssignal eine Phase entgegengesetzt derjenigen des Ausgangssignals des mit dem Anzeigeelement 8 verbundenen Anschlusses aufweist, mit dem festen Widerstand 10 verbunden. Ein solcher fester Widerstand 10 kann jedoch durch irgendeine Last ersetzt werden, die eine Strom-Spannungs-Kennlinie aufweist, die gleich derjenigen des Anzeigeelementes 8 ist. Wenn beispielsweise eine Leuchtdiode als Anzeigeelement 8 verwendet wird, kann anstelle des festen Widerstandes 10 eine abgeschirmte Leuchtdiode der gleichen Art oder eine Serienschaltung aus Siliciumdioden als Last verwendet werden.

Wie beschrieben, läßt man erfindungsgemäß Strom durch eine Last mit praktisch demselben Widerstandswert wie dem eines Anzeigeelementes fließen, wenn das Anzeigeelement abgeschaltet ist. Somit ist eine Spannungsprüfschaltung geschaffen, die eine genaue Spannungsmessung durchführen kann, wobei selbst dann keine Schwingung auftritt, wenn die Versorgungsspannung bis in die Nähe eines vorbestimmten Viertes abfällt.

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Die erfindungsgemäße Spannungsprüfschaltung ist besonders wirksam, wenn sie zur Prüfung einer Versorgungsspannung einer Energiequelle mit einem beträchtlich hohen Innenwiderstand verwendet wird, d. h., wenn der Stromverbrauch des Gesamtsystems beträchtlich groß ist. (Es sei erwähnt, daß sogar eine gewöhnliche Batterie in Abhängigkeit von der Umgebung, beispielsweise einer sehr kalten Umgebung, einen beträchtlich hohen Innenwiderstand haben kann).

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Claims

? b S / fi 9 1

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PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN

Postadresse München: Patentconsult 8 München 60 Radeckestraße 43 Telefon (089)883603/883604 Telex 05-212313 Postadresse Wiesbaden: Patentconsult 62 Wiesbaden Sonnenberger Straße 43 Telefon (06121)562943/561998 Telex 04-186237

Nippon Kogaku K. K. · Case 256 DIV. A

Patentanspruch

Spannungsprufschaltung mit einer einen Feststellanschluß aufweisenden Schaltung, die feststellt, ob eine Verzögerungsspannung oberhalb eines vorbestimmten Wertes liegt, und die ein Feststellsignal an dem Feststellanschluß erzeugt; und mit einem mit dem Feststellanschluß verbundenen Anzeigeelement, das eingeschaltet ist, wenn es das Feststellsignal empfängt, und das ausgeschaltet ist, wenn es das Feststellsignal nicht empfängt, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung einen weiteren Anschluß aufweist, an dem ein Ausgangssignal mit einer Phase verfügbar ist, die zu derjenigen des Ausgangssignals des Feststellanschlusses entgegengesetzt ist, und daß an den weiteren Anschluß eine Last angeschlossen ist, deren YJiderstandswert praktisch gleich demjenigen des Anzeigeelementes ist.

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^■J-/ ΚΛΧ München: Kramer Dr.Weser · Hirsch — Wiesbaden. Blumeach ■ Dr. Beraen · Z/.'irner

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