DE2555541B2 - Netz-Batterie-Umschaltung für elektronische Geräte - Google Patents
Netz-Batterie-Umschaltung für elektronische GeräteInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Stromversorgungsschaltung für einen von einer Batterie oder von einem
Wechselstromnetz über einen Gleichrichter gespeisten Gleichstromverbraucher eines elektronischen Gerätes
unter Verwendung von zwei Schalttransistoren, von denen der Steuertransästor über ein Netzwerk vom
Netz und der Leistungstransistor, der mit seiner Leistungsstrecke an die Batterie und an den Verbraucher geschaltet ist vom Steuertransistor angesteuert
wird. Das Bedürfnis für die Erfindung besteht insbesondere bei elektronischen Uhren, die wahlweise am Netz
oder an einer Batten.* betrieben werden und bei denen
ein unterbrechungsfreier Übergang zwischen den Versorgungsarten gewährleistet sein muß, damit keine
in der Uhr gespeicherten Daten verlorengehen.
Es ist bekannt, für die automatische Netz-Batterie-Umschaltung Relaisschaltungen einzusetzen. Mit diesen
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 bekann·- 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.
Aus der DE-AS 20 31 744 ist eine Stromversorgungsschaltung für einen von einer Batterie oder von einem
Wechselstromnetz über einen Netzgleichrichter gespeisten Gleichstromverbraucher eines elektronischen Gerätes unter Verwendung von zwei Schalttransistoren,
einem Steuertransistor und einem Leistungstransistor, bekannt Dabei liegt der Leistungstransistor mit einer
Elektrode an der Batterie und mit der anderen
Elektrode am Verbraucher. Die Ansteuerung des Steuertransistors erfolgt über ein Netzwerk vom Netz,
während der Leistungstransistor vom Steuertransistor angesteuert wird. Diese Schaltung hat den Nachteil, daß
die Schalttransistoren in einer gewissen Unsicherheitsphase arbeiten, die bewirkt, daß der Wechsel der
Versorgungsarten nicht unbedingt vollständig übergangsfrei ist. Dies hängt damit zusammen, daß beim
Wechsel von Netzstromversorgung und Netzatromunterbrechung die Schalttransistoren nicht absolut sicher
sperren bzw. durchschalten. Ferner hat die bekannte Schaltung den Nachteil, daß das Verhältnis zwischen
Batterie- und Netzversorgungsspannung nicht beliebig sein kann.
Es ist Aufgabe der Erfindung, bei einer Stromversorgungsschaltung der eingangs erwähnten Art einen
schnellen, absolut übergangsfreien Wechsel der Versorgungsarten zu schaffen sowie die Wahl eines nahezu
beliebigen Verhältnisses zwischen Batterie- und Netzversorgungsspannung zu gewährleisten. Diese Aufgabe
ist gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Wechselstromanschluß der Netzgleichrichterdiode über
das einen Kondensator enthaltende Netzwerk, das als Eingangsstufe eine Steuergleichrichterdiode aufweist,
durch deren Polarität bei Netzbetrieb die beiden als
Batterieschaltsystem dienenden Schalttransistoren gesperrt sind, an den Steuertransistor angeschlossen ist,
und daß durch die Bemessung des Kondensators die beiden Schalttransistoren bei Netzstromunterbrechung
durchschalten. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteran- '5
Sprüchen gekennzeichnet
Bei der Erfindung kommt es darauf an, daß das am Wechselstromanschluß der Netzgleichrichterdiode liegende Netzwerk eine Diode und einen Kondensator
enthält und das betreffende Netzwerk so ausgebildet und dimensioniert ist, daß bei Netzstromve-sorgung
eine Sperrung des Steuertransistors und bei Netzstromunterbrechung eine Durchschaltung des Steuertransistors mit Sicherheit eintritt Damit die Steuerspannung
mit Sicherheit weg ist, wenn das Netz ausfällt, und bei Unterbrechung der Netzstromversorgung mit Sicherheit die Schalttransistoren leitend geschaltet w.. uen, ist
eine bestimmte Polung der Steuergleichrichterdiode sowie eine bestimmte Bemessung des im Netzwerk
enthaltenden Kondensators erforderlich. Ausbildung und Dimensionierung des Netzwerkes sind dabei vom
Leitungstyp der Schalttransistoren sowie vom übrigen Aufbau der Stromversorgungsschaltung abhängig. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich anhand der
folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen. ^
Die Schaltung nach der Erfindung sei an Hand der Zeichnung näher erläutert aus der besonders vorteilhafte Ausführungsbeispiele ersichtlich sind. Es zeigt
Fig. 1 eine Xusführungsform der Netz-Batterie-Umschaltung nach der Erfindung und *o
Fig.2 eine andere Ausführungsform der Schaltung
nach F ig. 1.
Bei den Schaltungen nach F i g. 1 und 2 ist als Beispiel die Netz-Batterie-Umschaltung für elektronische Uhren
gewählt Außerdem sind nur diejenigen Schaltelemente *5
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 Netzstrom-Versorgung liegt somit am oiebkondensator 4 und an
dem damit verbundenen Widerstand 5 Spannung vom Netz. Zugleich liegt bei Netzstromversorgung über
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 for die Basis eines ersten Transistors 1 i eo
abgenommen ist, der zur Ansteuerung der Basis eines zweiten Transistors 12 dient. Die Emitter-Kollektor-Strecke des zweiten Transistors 12 ist in Serie mit der
Batterie 13 und den* Verbraucher (Punkt 2) geschaltet während seine Basis einerseits über einen hochohmigen
Widerstand 14 mit dem e:3ien Pol der Batterie 13 und
andererseits über einen Widerstand 15 mit der Kollektor-Emilter-Streeke des ersten Transistors 11
verbunden ist Ferner sind Basis und Kollektor des zweiten Transistors 12 über eine Diode 16 verbunden.
Die Wirkungsweise der aus F i g. 1 ersichtlichen Schaltung besteht im Prinzip darin, daß die beiden
Transistoren 11, 12 als elektronische Schalter in der Weise wirken, daß bei Netzstromversorgang der erste
Transistor 11 den zweiten, in Serie mit der Batterie 13 geschaltete 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 damit die Batterie zur Stromversorgung anschaltet
Im einzelnen ergeben sich folgende Funktionen der Schaltung nach F i g. 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 gesperrt sind und damit die
Batterie nicht zur Stromversorgung angeschaltet ist Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dao peim erstmaligen
Einsetzen der Batterie 13 diese nicht an die Schaltung gelegt wird, falls der Betrieb der elektronischen Uhr erst
für einen späteren Zeitpunkt geplant ist
Liegt kurzzeitig über den Gleichrichter 3 am Siebkonuensator 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 gewünschter, 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 wird das Abschalten der Batterie bei Erreichen der untersten
Betriebsspannung erreicht die für die Gesamtschaltung noch sinnvoll ist unci 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 hierdu.xh 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 Siebl.ondensator 4 entgegengesetzt gepoltfc Spannung an, die den Transistor 11 und damit
den Transistor 12 sperrt Die Batterie wird dadurch abgetrennt
zweiten Kondensator 8 wesentlich schneller als am ersten Kondensator 4 sinken, so daß die höhere
Spannung am ersten Kondensator die Transistoren II, 12 leitend schaltet und damit die Batterie 13 zur
Stromversorgung anschaltet. Zu diesem Zeck weist der zweite Kondensator 8 einen gegenüber dem ersten
Kondensator 4 geringeren Kapazitätswert und damit eine kleinere Zeitkonstante auf. Für den Pail, daß die
Verbraucherspannung größer als die Batteriespannung ist, kann durch invers^n Betrieb des zweiten Transistors
12 ein Strom über die Kollcktor-Emittcr-Strccke fließen und Ladungsträger in die Basis-Emitter-Strecke injizieren.
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
Inversbetricb. 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 Batteriespanming 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. I ersichtliche Schaltung hat besonders
bei niedrigen Versorgungsspannungen Vorteile, da der Spannungsvcrlust bei Batteriebetrieb sehr klein ist. Die
Schaltung arbeitet auch ohne Batterie bei Verzicht auf die Überbrückung von Netzausfällen. Die Polarität ist
r, bei entsprechender Poking 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
ίο von Transistor 12 bei Netzstromversorgung und für den
Fall, daß die ßattcricspannung kleiner als die Verbraucherspannung
ist. wird in vorteilhafter Weise eine Diode 20 in die Kollcktorlcitung des Transistors gelegt.
Der Spannlingsabfall bei Batteriebetrieb ist damit um
r, die Schlcuscnspannung 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
cmc .Spannung auf. wenn die Net/siromvcrsorgung
>o 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 22 stellt dann die Last des Taktgenerators für Batteriebetrieb
dar. Die Schaltung nach F i g. 2 gewährleistet dann, daß der Taktgenerator mit Sicherheit erst bei Ausfall
κι der Netzstromversorgung eingeschaltet wird. Im
übrigen entsprechen Aufbau und Wirkungsweise dieser Schaltung der Schaltung nach Fig. I. so daß auch die für
höhere Betriebsspannungen geeignete Schaltung eine Battcriespannung liefert, die mit Sicherheit erst bei
Ii Net/ausfall wirkt.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (9)
1. Stromversorgungsschaltung für einen von einer Batterie oder von einem Wechselstromnetz über
einen Netzgleichrichter gespeisten Gleichstromverbraucher eines elektronischen Gerätes unter Verwendung von zwei Schalttransistoren, von denen der
Steuertransistor über ein Netzwerk vom Netz und der Leistungstransistor, der mit seiner Leistungsstrecke an die Batterie und an den Verbraucher
geschaltet ist, vom Steuertransistor angesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der
Wechselstromanschluß der Netzgleichrichterdiode (3) über das einen Kondensator (8) enthaltende
Netzwerk (8, 9\ das als Eingangsstufe eine IS
Steuergleichrichterdiode (6) aufweist, durch deren Polarität bei Netzbetrieb die beiden als Batterieschaltsystem dienenden Schalttransistoren (11, 12)
gesperrt si&e, an den Steuertransistor (U) angeschlosser, ist, und daß durch die Bemessung des M
Kondensators die beiden Schalttransistoren bei Netzstromunterbrechung durchschalten.
2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselstromanschluß der Netzgleichrichterdiode (3) über die Serienschaltung der
zur Netzgleichrichterdiode entgegengesetzt gepolten Steuergleichrichterdiode (6) und des ohmschen
Widerstandes (9) eines ÄC-Giiedes (8, 9) an einen eingangsseitig mit einem Siebkondensator (4) der
Gleichstromversorgung verbundenen Spannungstei- M
ler (5, 10) des Steuertransistors (11) angeschlossen
ist.
3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an die Steuergleichr.chterdiode (6) der
Ladekondensator (8) des ÄC-Gliedes (8, 9) geschaltet ist, der bei Netzstromversorgung eine der
Spannung des Siebkondensators (4) entgegengesetzt gepolte Spannung aufweist.
4. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladekondensator (8) zur Bildung *°
einer kleineren Zeitkonstante einen gegenüber dem Siebkondensator (4) geringeren Kapazitätswert
aufweist
5. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des Leistungstransistors (12) an den Kollektor des Steuertransistors (11) angeschlossen ist, dessen Basis an
einem Verbindungspunkt eines ohmschen Spannungsteilers (5, 10) liegt, der seine Spannung über
den Siebkondensator (4) oder über beide Kondensa- w
toren (4, 8) erhält, deren Spannungen entgegengesetzt gepolt sind, wobei bei Netzstromversorgung
beide Kondensatoren vom Netz und bei Netzstromunterbrechung der Siebkondensator von der Batterie geladen werden.
6. Schaltung nach Anspruch S, dadurch gekennzeichnet, daß der ohmsche Spannungsteiler (5,10) so
bemessen ist, daß bei Batteriestromversorgung die Schalttransistoren (11, 12) sperren, wobei bei
Absinken der Batteriespannung die Spannung am M
Siebkondensator (4) unter einen kritischen Schwellenwert sinkt.
7. Schaltung nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch eine parallel zur Basis-Kollektor-Strecke
des Leistungstransistors (12) geschaltete Gleich- es
richterdiode (16), die zur Sperrung des Inversbetriebes bei Netzstromversorgung dient
8. Schaltung nach Anspruch 5 oder Ii, gekennzeichnet durch eine in die Kollektorleitung des Leistungstransistors (12) geschaltete Gleichrichterdiode (20)
zur Sperrung des Inversbetriebes bei Netzstromversorgung.
9. Schaltung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an der Kollektorstrekke des Leistungstransistors (12) eine Last (22) zur
Bildung eines Spannungsabfalles bei Netzstromunterbrechung geschaltet ist, der zum Abschalten einer
Anzeige dient
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