DE2555541A1

DE2555541A1 - Netz-batterie-umschaltung fuer elektronische geraete

Info

Publication number: DE2555541A1
Application number: DE19752555541
Authority: DE
Inventors: Uwe Claassen
Original assignee: Grundig EMV Elektromechanische Versuchsanstalt Max Grundig GmbH
Current assignee: Grundig EMV Elektromechanische Versuchsanstalt Max Grundig GmbH
Priority date: 1975-12-10
Filing date: 1975-12-10
Publication date: 1977-06-23
Also published as: ATA574576A; DE2555541B2; DE2555541C3; IT1065200B; CH607407A5; FR2335082A1; FR2335082B3; AT352222B

Description

GRUNDIG E.M.V. 8510 Fürth, 8.12.1975

Elektro-Mechanische Versuchsanstalt R34-Kb/sch

Max Grundig

8510 Fürth, Kurgartenstraße 37 Reg. 1692

NETZ-BATTERIE-UMSCHALTUNG FÜR ELEKTRONISCHE GERÄTE

Die Erfindung bezieht sich auf eine Netz-Batterie-Umschaltung für elektronische Geräte, die bei Unterbrechung der Netzstromversorgung eine automatische Anschaltung der Batterie zur Stromversorgung bewirkt. Das Bedürfnis für die Erfindung besteht insbesondere bei elektronischen Uhren, die wahlweise am Netz oder an einer Batterie betrieben werden und bei denen ein unterbrechungsfreier Übergang zwischen den Versorgungsarten gewährleistet sein muß, damit keine in der Uhr gespeicherten Daten verloren gehen.

Es ist bekannt, für die automatische Netz-Batterie-Umschaltung Relaisschaltungen einzusetzen. Mit den bekannten Schaltungen ist jedoch ein unterbrechungsfreier Übergang zwischen den Versorgungsarten nicht zu erreichen. Zudem arbeiten solche Schaltungen nicht geräuschlos und weisen einen erheblichen Eigenverbrauch auf.

Ferner sind Schaltungen mit einer Rückstromdiode im Batteriestromkreis bekannt. Als Nachteil ist anzusehen, daß die Batteriespannung wesentlich kleiner als die Verbraucherspannung sein muß, damit die Batterie bei Netzunterspannung nicht entladen wird. Damit ergibt sich aber ein großer Spannungssprung für die Verbraucherspannung beim Umschalten der Netzspannung auf die Batteriespannung.

709825/0058

- y- Reg. 1692

• C

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine automatische Netz-Batterie-Umschaltung zu schaffen, welche die Nachteile der bekannten Schaltungen vermeidet und insbesondere einen schnellen übergangsfreien Wechsel der Versorgungsarten gewährleistet sowie die Wahl eines nahezu beliebigen Verhältnisses zwischen Batterie- und Netzversorgungsspannung ermöglicht. Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch die im Hauptanspruch enthaltenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Schaltung nach der Erfindung sei an Hand der Zeichnung näher erläutert, aus der besonders vorteilhafte Ausführungsheispiele ersichtlich sind. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ausführungsform der Netz-Batterie-Umschaltung nach der Erfindung und

Fig. 2 eine andere Ausführungsform der Schaltung nach Fig.l.

Bei den Schaltungen nach Fig. 1 und 2 ist als Beispiel die Netz-Batterie-Umschaltung für elektronische Uhren gewählt. Außerdem sind nur diejenigen Schaltelemente der Netz-Batterie-Umschaltung wiedergegeben, die zum Verständnis der Erfindung notwendig sind.

Aus dem Transformator 1 erfolgt die Netzstromversorgung der elektronischen Uhr (Punkt 2) mit Gleichrichter 3 und Siebkondensator 4. Bei Netzstromversorgung liegt somit am Siebkondensator 4 und an dem damit verbundenen Widerstand 5 Spannung vom Netz. Zugleich liegt bei Netzstromversorgung über

709825/-005-8

Reg. 1692

einen zum Gleichrichter 3 entgegengesetzt geschalteten Gleichrichter 6, einen Widerstand 7, einen zweiten Kondensator 8 und einen Widerstand 9 an einem Widerstand 10 eine der Spannung am Kondensator 4 entgegengesetzt gepolte Spannung vom Netz. Die Widerstände 5 und 10 bilden einen Spannungsteiler, von dem Spannung für die Basis eines ersten Transistors 11 abgenommen ist, der zur Ansteuerung der Basis eines zweiten Transistors dient. Die Emitter-Kollektor-Strecke des zweiten Transistors ist in Serie mit der Batterie 13 und dem Verbraucher (Punkt 2) geschaltet, während seine Basis einerseits über einen hochohmigen Widerstand 14 mit dem einen Pol der Batterie 13 und andererseits über einen Widerstand 15 mit der Kollektor-Emitter-Strecke des ersten Transistors 11 verbunden ist. Ferner sind Basis und Kollektor des zweiten Transistors 12 über eine Diode 16 verbunden.

Die Wirkungsweise der aus Fig. 1 ersichtlichen Schaltung besteht im Prinzip darin, daß die beiden Transistoren 11, 12 als elektronische Schalter in der Weise wirken, daß bei Netzstromversorgung der erste Transistor 11 den zweiten, in Serie mit der Batterie 13 geschalteten Transistor 12 sperrt und damit die Batterie von der Netzstromversorgung abtrennt, während bei Unterbrechung der Netzstromversorgung der erste Transistor 11 den zweiten Transistor 12 leitend schaltet und dnmit die Batterie zur Stromversorgung anschaltet. Im einzelnen ergeben sich folgende Funktionen der Schaltung nach Fig. 1:

Liegt keine Netzspannung aus dem Transformator 1 an und ist die Batterie 13 angeschlossen, so ist der Siebkondensator 4 spannungslos. Dies hat zur Folge, daß die Transistoren 11, 12

709825/0058

-Jf- Reg. 1692

gesperrt sind und damit die Batterie nicht zur Stromversorgung angeschaltet ist. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, daß beim erstmaligen Einsetzen der Batterie 13 diese nicht an die Schaltung elegt wird, falls der Betrieb der.elektronischen Uhr erst für einen späteren Zeitpunkt geplant ist.

Liegt kurzzeitig über den Gleichrichter 3 am Siebkondensator 4 bei angeschlossener Batterie Spannung vom Netz, und fällt die Spannung danach wieder aus, so ist über die Widerstände 5, 17 der Transistor 11 und über den Widerstand 15 auch der Transistor 12 leitend geschaltet. Auf diese Weise ist eine schnelle übergangsfreie Umschaltung zwischen den Versorgungsarten gewährleistet.

Da die Betriebsspannung immer am Siebkondensator 4 liegt, sind bei Netzausfall bzw. Netzstromunterbrechung die Transistoren 11, 12 im leitenden Zustand und damit die Schaltung im Ein-Zustand gehalten. Auf diese Weise liefert der in der Netzstromversorgung enthaltene Siebkondensator 4 bei Unterbrechung der Netzstromversorgung stets die Schaltspannung zum Leitendschalten der Transistoren 11, 12.

Sinkt die Spannung der Batterie 13, so verringert sich über den Spannungsteiler 5, 10 auch die Spannung für die Basis des ersten Transistors 11. Der Spannungsteiler 5, 10 ist so bemessen, daß bei einer gewünschten unteren Abschaltspannung die Spannung an der Basis des Transistors 11 zum Leitendschalten nicht mehr ausreicht. Hierdurch sperren die Transistoren 11, 12 und trennen die Batterie ab. Auf diese Weise

709825/0058

Reg. 1692

wird das Abschalten der Batterie bei Erreichen der untersten Betriebsspannung erreicht, die für die Gesamtschaltung noch sinnvoll ist, und damit ein Auslaufen der Batterie verhindert.

Entsteht im Betrieb ein Kurzschluß am Siebkondensator 4, so wird die Batterie gleichfalls abgeschaltet, wie ohne weiteres ersichtlich ist. Es besteht hierdurch gleichfalls ein wirksamer Auslaufschutz.

Um einen extrem geringen Spannungsabfall bei Versorgung aus der Batterie zu erzielen, ist der zweite Transistor 12 im leitenden Zustand voll durchgesteuert. Die Restspannung zwischen Kollektor und Emitter dieses Transistors ist dann minimal (ca. 100 mV).

Erfolgt über den Gleichrichter 3 die Versorgung aus dem Netz, so liegt über die Diode 6, den Kondensator 8 und den Widerstand 9 am Widerstand 10 eine der Spannung am Siebkondensator 4 entgegengesetzt gepolte Spannung an, die den Transistor 11 und damit den Transistor 12 sperrt. Die Batterie wird dadurch abgetrennt.

Fällt die Netzspannung aus, so soll die Spannung am zweiten Kondensator 8 wesentlich schneller als am ersten Kondensator sinken, so daß die höhere Spannung am ersten Kondensator die Transistoren 11, 12 leitend schaltet und damit die Batterie zur Stromversorgung anschaltet. Zu diesem Zweck weist der zweite Kondensator 8 einen gegenüber dem ersten Kondensator 4 geringeren Kapazitätswert und damit eine kleinere Zeitkonstante auf.

709825/0058

- & - Reg. 1692

' 40·

Für den Fall, daß die Verbraucherspannung größer als die Batteriespannung ist, kann durch inversen Betrieb des zweiten Transistors 12 ein Strom über die Kollektor-Emitter-Strecke fließen und Ladungsträger in die Basis-Emitter-Strecke irrjizieren. Der Transistor 12 wäre dann nicht mehr gesperrt. Mit· der Diode 16 zwischen Basis und Kollektor des Transistors 12 erfolgt aber ein Kurzschluß der Kollektor-Emitter-Strecke und damit die Sperrung im Inversbetrieb. Auf diese Weise wird der Vorteil erreicht, daß nur ein minimaler Rückstrom in die Batterie bei Netzbetrieb fließen kann. Damit ergibt sich der weitere Vorteil, daß nahezu ein beliebiges Verhältnis zwischen Batterie- und Netzversorgungsspannung auftreten kann, also die Verbraucherspannung größer, gleich oder kleiner als die Batteriespannung sein darf.

Der Widerstand 17 in der Basis-Zuleitung zum Transistor 11 dient zur Beseitigung eventuell auftretender hochfrequenter Schwingneigungen dieses Transistors. Über den Schalter 18, der parallel zum Widerstand 10 geschaltet ist, läßt sich die Schaltung bei Batteriebetrieb in den Aus-Zustand bringen. Hierdurch ist eine einfache Abschaltmöglichkeit von Hand nach Trennung vom Netz wegen einer längeren Betriebspause gegeben. Die Bereitschaftsstellung der Schaltung stellt sich selbsttätig beim Wiederanschluß ans Netz ein. Mit dem gestrichelt eingezeichneten Widerstand 19 läßt sich auf Wunsch ein Regenerierstrom in die Batterie leiten.

Die aus Fig. 1 ersichtliche Schaltung hat besonders bei niedrigen Versorgungsspannungen Vorteile, da der Spannungsverlust

709825/Vo 58

Reg. 1692

bei Batteriebetrieb sehr klein ist. Die Schaltung arbeitet auch ohne Batterie bei Verzicht auf die Überbrückung von Netzausfällen. Die Polarität ist bei entsprechender Polung der Bauelemente und Auswahl der Halbleiterelemente beliebig wählbar.

Aus Fig. 2 ist eine Abwandlung der Schaltung nach Fig. 1 ersichtlich, die für höhere Betriebsspannungen geeignet ist. Zur Unterdrückung des Inversbetriebes von Transistor 12 bei Netzstromversorgung und für den Fall, daß die Batteriespannung kleiner als die Verbraucherspannung ist, wird in vorteilhafter Weise eine Diode 20 in die Kollektorleitung des Transistors gelegt. Der Spannungsabfall bei Batteriebetrieb ist damit um die Schleusenspannung der Diode 20 größer. Am Punkt 21 liegt dann bei Netzstromversorgung auch bei angeschlossener Batterie 13 keine Spannung, da der Transistor 12 gesperrt ist. Am Punkt 21 tritt erst dann eine Spannung auf, wenn die Netzstromversorgung ausfällt und der Transistor 12 leitend geschaltet wird. Damit läßt sich eine Spannung am Widerstand 22 gewinnen, die vorzugsweise zum Abschalten einer Anzeige verwendet werden kann, um den Stromverbrauch einer elektrischen Uhr bei Batteriebetrieb zu senken. Häufig wird in diesem Falle ein batteriebetriebener Taktgenerator verwendet. Der Widerstand stellt dann die Last des Taktgenerators für Batteriebetrieb dar. Die Schaltung nach Fig. 2 gewährleistet dann, daß der Taktgenerator mit Sicherheit erst bei Ausfall der Netzstromversorgung eingeschaltet wird. Im übrigen entsprechen Aufbau und Wirkungsweise dieser Schaltung der Schaltung nach Fig. 1,

709825/0058

Reg. 1692

so daß auch die für höhere Betriebsspannungen geeignete Schaltung eine Batteriespannung liefert, die mit Sicherheit erst bei Netzausfall wirkt.

13 Patentansprüche: - 9 - 1 Blatt Zeichnung:

709825/0058

V_

Claims

Reg. 1692

PATENTANSPRÜCHE

Netz-Batterie-Umschaltung für elektronische Geräte, insbesondere elektronische Uhren, die bei Unterbrechung der Netzstromversorgung eine automatische Anschaltung der Batterie zur Stromversorgung bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß bei Netzstromversorgung ein erster elektronischer Schalter (11) einen zweiten, in Serie mit der Batterie (13) und dem Verbraucher^) geschalteten elektronischen Schalter (12) öffnet und damit die Batterie von der Stromversorgung abtrennt, während bei Unterbrechung der Netzstromversorgung der erste Schalter (11) den zweiten Schalter (12) schließt und damit die Batterie zur Stromversorgung anschaltet.
2. Netz-Batterie-Umschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Netzstromversorgung einen Kondensator (4) enthält, der bei Unterbrechung der Netzstromversorgung die Schaltspannung zum Schließen der elektronischen Schalter (11, 12) liefert.
3. Netz-Batterie-Umschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei spannungslosem Kondensator (4) die elektronischen Schalter (11, 12) geöffnet sind und damit die Batterie (13) nicht zur Stromversorgung angeschaltet ist.

- 10 -

709825/0068

Reg. 1692

• λ.
4. Netz-Batterie-Umschaltung nach Anspruch 2 oder 3,

dadurch gekennzeichnet, daß die Netzstromversorgung aus einem Transformator (l) mit einem Gleichrichter (3) und einem Siebkondensator (4) erfolgt, der zugleich die Schaltspannung für die elektronischen Schalter (11, 12) liefert.
5. Netz-Batterie-Umschaltung nach einem der Ansprüche 2-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Netzstromversorgung einen zweiten Kondensator (8) enthält, der bei Netzstromversorgung eine der Spannung am ersten Kondensator (4) entgegengesetzt gepolte Spannung erhält, welche die elektronischen Schalter (11, 12) öffnet und damit die Batterie (13) von der Stromversorgung abtrennt.
6. Netz-Batterie-Umschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei Netzstromunterbrechung die Spannung am zweiten Kondensator (8) wesentlich schneller als am ersten Kondensator (4) absinkt, so daß die höhere Spannung am ersten Kondensator (4) die elektronischen Schalter (11, 12) schließt und damit die Batterie (13) zur Stromversorgung anbehaltet.
7. Netz-Batterie-Umschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kondensator (8) zur Bildung einer kleineren Zeitkonstante einen gegenüber dem ersten Kondensator (4) geringeren Kapazitätswert aufweist.

- 11 -

709825/0058

■ ^ - Reg. T692

•3-
8. Netz-Batterie-Umschaltung nach einem der Ansprüche 2-7, dadurch gekennzeichnet, daß bei Netzstromunterbrechung die Betriebsspannung am ersten Kondensator (4) liegt und die elektronischen Schalter (11, 12) im geschlossenen Schaltzustand hält.
9. Netz-Batterie-Umschaltung nach einem der Ansprüche 2 - 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei Netzstromunterbrechung die elektronischen Schalter (11, 12) öffnen, wenn die Batteriespannung und damit die Spannung am ersten Kondensator (4) unter einen kritischen Schwellenwert sinkt.
10. Netz-Batterie-Umschaltung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß als elektronische Schalter ein erster Transistor (11) und ein zweiter komplementärer Transistor (12) verwendet sind, daß die Emitter-Kollektor-Strecke des zweiten Transistors (12) in Serie mit der Batterie (13) und dem Verbraucher (2) geschaltet ist, daß die Basis des zweiten Transistors (12) über die Emitter-Kollektor-Strecke des ersten Transistors (11) angesteuert ist, dessen Basis an einem Punkt eines Spannungsteilers (5, 10) liegt, der seine Spannung über den ersten Kondensator (4) oder über den ersten (4) und zweiten Kondensator (8) erhält, deren Spannungen entgegengesetzt gepolt sind, und daß bei Netzstromversorgung der erste und zweite Kondensator (4, 8) vom Netz und bei Netzstromunterbrechung der erste Kondensator (4) von der Batterie (13) gespeist werden.

- 12 -

709825/0058

Reg. 1692
11. Netz-Batterie-Umschaltung nach Anspr. 10, gekennzeichnet durch eine in die Basis-Kollektor-Strecke des zweiten Transistors (12) geschaltete Diode, die eine Sperrung des Inversbetriebes bei Netzstromversorgung bewirkt.
12. Netz-Batterie-Umschaltung nach Anspr. 10, dadurch gekennzeichnet, daß an der Kollektor-Strecke des zweiten Transistors (12) eine Last (22) zur Bildung eines Spannungsabfalles bei Netzstromunterbrechung angeschaltet ist, der das Abschalten einer Anzeige bewirkt.
13. Netz-Batterie-Umschaltung nach Anspr. 12, g e k e η η zeichnet durch eine in die Kollektorleitung des zweiten Transistors (12) geschaltete Diode (20) zur Sperrung des Inversbetriebes bei Netzstromversorgung.

709825/0058