DE2814812B2 - Schaltungsanordnung zur Speisung eines Schaltkreises sowie eines von diesem impulsweise gesteuerten Verbrauchers - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Speisung eines Schaltkreises sowie eines von

4'> diesem impulsweise gesteuerten Verbrauchers mit einer aufladbaren Ni-Cd-ZeIIe nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Es sind elektrisch angetriebene Uhren, insbesondere Schaltuhren für periodisch wiederkehrende Schaltauf-

■io gaben bekannt in denen ein Impulsuntersetzer nach einer bestimmten Anzahl Schwingungen eines Quarzes einen Impuls an einen elektrischen Schrittmotor zur Betätigung eines Uhrwerkes abgibt. Ein integrierter Schaltkreis (im folgenden IC genannt) dient als

'·"< Impulsuntersetzer. Dessen Speisespannung muß zur Sicherstellung seiner Funktionsfähigkeit in relativ engen Grenzen konstant gehalten werden. Bei hochohmiger Spannungsquelle bewirkt der Impuls für den Schrittmotor ein für den IC unzulässiges Absinken der

bo Speisespannung.

Eine von einer Eingangsspannung her dauernd geladene Ni-Cd-ZeIIe, die beim Ausfall der Eingangsspannung den Betrieb der Uhr über mehrere Stunden aufrecht erhält, dient bei der bekannten Schaltungsan-

m Ordnung als Gangreserve. Die Ni-Cd-ZeIIe speist ferner den IC und bildet mit ihrer nahezu lastunabhängigen Klemmenspannung von 1,1 ... 1,6 V, je nach Ladezustand und Umgebungstemperatur, die Betriebsspan-

nung des IC auch während der Stoßbelastung durch den Schrittmotor. Eine weitere Maßnahme zum Konstanthalten der Spannung für die Speisung des IC ist daher nicht nötig.

Eine solche Schaltung weist jedoch den Nachteil auf, daß bei defekter Ni-Cd-ZeUe die Uhr auch beim Vorhandensein der Eingangsspannung nicht mehr weiter läuft: Bei einem Kurzschluß der Ni-Cd-ZeIIe bleibt die Uhr stehen und bei einer Unterbrechung wird der IC durch Überspannung zerstört

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die Betriebsfähigkeit des Schaltkreises sowohl bei einem Kurzschluß als auch bei einer Unterbrechung der Ni-Cd-ZeUe erhalten bleibt, wenigstens solange die Eingangsspannung noch vorhanden ist

Die Erfindung besteht in den im Kennzeichen des Patentanspruches 1 genannten Merkmalen.

Nachfolgend werden drei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert Es zeigt

Fig. 1, 2 und 3 je ein Schaltschema nach der Erfindung.

In den nachfolgend beschriebenen Figuren sind für gleiche Teile die gleichen Bezugszeichen verwendet In allen drei Figuren dient als Verbraucher ein von einem IC 1 aus über einen Transistor 2 gesteuerter Schrittschaltmotor 3 zum Antrieb eines weiter nicht dargestellten Räderwerkes. Ein Netzwerk 4 mit einem Quarz 5 beeinflußt den IC 1.

Eine erste Versorgungsleitung 6 bildet das Grundpotential einer Eingangsspannung U_a die über eine Eingangsdiode 7 eine zweite Versorgungsleitung 8 speist

Zwischen den Versorgungsleitungen 8 und 6 besteht die Reihenschaltung eines ersten Vorwiderstandes 9 mit einer Ni-Cd-ZeIIe 10, deren eine Klemme 11 am Vorwiderstand 9 angeschlossen ist Ferner ist ein zweiter Vorwiderstand 12 zwischen die Versorgungsleitung 8 und den einen Speiseanschluß 13 des IC 1 to geschaltet 2in zweiter Speiseanschluß 14 ist mit der gemeinsamen Versorgungsleitung 6 verbunden. Parallel zu den beiden Speiseanschlüssen 13 und 14 sind je eine Stabilisierungsdiode 15 und ein bei einem Ausfall der Ni-Cd-ZeIIe 10 die Spannung an den Speiseanschlüssen 13 und 14 während des nachfolgend beschriebenen impulsweisen Betriebes des Schriuschaltmotors 3 auf einem Minimalwert haltender Pufferkondensator 16 geschaltet Ferner bildet ausgehend von der Versorgungsleitung 8 ein dritter Vorwiderstand 17 eine w Einspeisung zum Schrittschaltmotor 3, wobei der dritte Vorwiderstand 17, der Transistor 2 und der Schrittschaltmotor 3 eine zwischen die Versorgungsleitungen 8 und 6 geschaltete Reihenschaltung bilden.

Von der Klemme 11 der Ni-Cd-ZeIIe 10 aus bestehen v, je eine Zuleitung 18 und 19 über je eine vom Spannungspotential an der Klemme 11 gegenüber der gemeinsamen Versorgungsleitung 6 abhängige Schalteinrichtung zum Schrittschaltmotor 3 bzw. zum Speiseanschluß 13 des IC 1. m>

Die Stabilisierungsdiode 15 dient der Begrenzung der Speisespannung für den IC 1 im Falle eines Unterbruches oder Kurzschlusses der Ni-Cd-ZeIIe 10. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, dafür eine GaAsP-Leuchtdiode zu verwenden, denn diese weisen in der Durchlaßrich- hi tung in ihrer Kennlinie im Bereich von 13 ■ · · 1,6 V einen ausgeprägten Knick auf. Außerdem kann eine als Leuchtdiode ausgebildete Stabilisierungsdiode 15 gleichzeitig zur optischen Anzeige einer Unterbrechung der Ni-Cd-ZeIIe 10 verwendet werden.

Die in der Zuleitung 19 zum Speisearuschluß 13 angeordnete Schalteinrichtung besteht aus der Kollektor-Emitterstrecke eines ersten Transistors 20. Dessen Basis ist über die Reihenschaltung eines Widerstandes

21 und der Kollektor-Emitterstrecke eines zweiten Transistors 22 an die gemeinsame Versorgungsleitung 6 angeschlossen. Die Basis des Transistors 22 wird vom Spannungspotential an der Klemme U her beeinflußt und ist zu diesem Zweck mit einem Widerstand 23 mit der Klemme 11 verbunden.

Im Beispiel der F i g. 1 und 3 bestehen die in der Zuleitung 18 angeordneten Schalteinrichtungen aus den Emitter-Kollektorstrecken je eines dritten Transistors 24 bzw. 25. Die Zuleitung 18 ist an die Verbindung zwischen dem dritten Vorwiderstand 17 und dem Transistor 2 angeschlossen.

Im Beispiel der F i g. 2 dient als Schalteinrichtung in der Zuleitung 18 eine in der Stromflußrichtung der Ni-Cd-ZeIIe 10 leitende Diode 26, ν obei die Zuleitung 18 an die Verbindung zwischen dem Yorwidcrstsnd 17 und dem Schrittschaltmotor 3 angeschlossen ist

Die Basisspannung des dritten Transistors 24 in der F i g. 1 wird vom Schaltzustand des zweiten Transistors

22 beeinflußt Dazu ist die Basis des dritten Transistors 24 über einen Widerstand 27 mit dem Kollektor des zweiten Transistors 22 verbunden. In den F i g. 1 und 2 bildet ferner ein Widerstand 28 die Verbindung zwischen einem das Impulssignal liefernden Ausgang 29 des IC 1 und der Basis des Transistors 2.

Im Beispiel der Fig.3 ist die Basis des dritten Transistors 25 über die Reihenschaltung eines Widerstandes 30 mit der Kollektor-Emitterstrecke eines vierten Transistors 31 mit dem Ausgang 29 verbunden. Die Basis des vierten Transistors 31 ist Ober einen Widerstand 32 an die Klemme U angeschlossen.

Im Beispiel der Fig.3 befindet sich zwischen der Basis des Transistors 2 und dem Ausgang des IC 1 die Reihenschaltung eines Widerstandes 33 mit der Kollektor-Emitterstrecke eines fünften Transistors 34, düsen Basis über einen Widerstand 35 mit dem Speiseanschluß 13 des IC 1 verbunden ist

Damit bei einem Ausfall der Ni-Cri-Zelb 10 für den impulsweisen Betrieb des Schrittmotors 3 genügend Energie zur Verfügung steht, dient ein zusätzlicher Pufferkondensator 36, der in den Beispielen der Fig.2 und 3 der Reihenschaltung, bestehend aus der Ni-Cd-ZeIIe 10 und dem Vonviderstand 9 parallel geschaltet ist, während er im Beispiel der F i g. 1 der Reihenschaltung bestehend aus dem Transistor 2 und dem Schrittschaltmotor 3 parallel geschaltet ist

Eine Uhr nach der F i g. I arbeitet wie folgt: Solange an den Speiseanschlüssen 13 und 14 eine Spannung von 1,1 bis 1,8 V vorhanden ist liefert der Ausgang 29 des vom Quarz 5 gesteuerten IC 1 jede Sehunde einen Spannungsimpuls, der den Transistor 2 voll durchsteuert und damit den Schrittschaltmotor 3 über den dann ebenfalls leitenden Transistor 24 in den Stromkreis der Ni-Cd-ZeIIe 10 schaltet Bei betriebsbereiter sowie bei unterbrochener Ni-Cd-ZeIIe 10 sind die Transistoren 20 und 24 dauernd leitend. Ein Kurzschluß der Ni-Cd-ZeIIe 10 bewirkt durch den Wegfall der Spannungsdifferenz zwischen der Klemme 11 und der Versorgungsleitung 6 ein Sperren des Transistors 22 und damit auch ein dauerndes Sperren der Transistoren 20 und 24. Die Zuleitungen 18 und 19 sind damit nicht mehr mit der jetzt am Potential der Versorgungsleitung 6 liegenden

Klemme 11 verbunden. Der Transistor 22 ist nötig, weil sonst bei einem Kurzschluß der Ni-Cd-ZeIIe 10 infolge der zu hohen Kollektor-Basisspannung die Transistoren 20 und 24 invers leiten würden. Bei gesperrten Transistoren 20 und 24 erfolgt die IC-Speisung über den Vorwiderstand 12, wobei die Stabilisierungsdiode 15 die Spannung an den IC-Speiseanschlüssen 13 und 14 gegen oben begrenzt, während der Schrittschaltmotor 3 seine Spannung Ober den dritten Vorwiderstand 17 erhält. Letzterer ladt den Pufferkondensator 36 in den Impulspausen auf, der sich dann während des Impulses Ober den Transistor 2 und den Schrittschaltmotor 3 entlädt

Die beschriebene Schaltungsanordnung erfordert gegenüber der bekannten Ausführung keine weiteren Anpassungen, so daß eine Uhr bekannter Ausführung ohne weiteres durch eine erfindungsgemäße ersetzt werden kann. Ferner weist die Schaltungsanordnung

und 3. In allen Fällen darf über der Basis-Emitterstrecke des Transistors 2 nur eine etwa dem Potential des IC-Ausganges entsprechende Spannung und nicht die etwa lOmal größere Eingangsspannung Ue erscheinen, da sonst der Transistor 2 nicht mehr sperren könnte. Bei einem Ausfall der Ni-Cd-ZeIIe 10 begrenzt in der Anordnung der F i g. 1 der für die Ladung des Kondensators 36 während den Impulspausen dimensionierte Widerstand 17 die über der Basis-Emitterstrecke des Transistors 2 anstehende Spannung.

Die Funktionsweise der Anordnung nach der F i g. 3 unterscheidet sich gegenüber dem bereits Beschriebenen nur in der Verwendung der Transistoren 31 und 34. Während den Impulspausen hat der Ausgang 29 seinen Spannungshöchstwert. Ober der Basis-Emitterstrecke des Transistors 31 liegt daher eine nur sehr kleine Spannung, so daß der Transistor 31 und damit auch der Transistor 23 in den Impulspausen sperren und während

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auch bei Speisung durch die Ni-Cd-ZeIIe einen relativ kleinen Strombedarf auf.

Uhren nach den Fig.2 und 3 arbeiten ähnlich, wie dies für die Fig. 1 beschrieben ist Die Anordnung des Pufferkondensators 36 zwischen den Versorgungsleitungen 6 und 8 ist gegenüber der F i g. 1 in Bezug auf die mit der Alterung auftretenden Leckströme und Kapazitätsänderungen des Kondensators 36 günstiger: In der F i g. 1 muß die Alterung bei der Dimensionierung des Vorwiderstandes 17 durch einen etwas erhöhten Stromfluß im Neuzustand berücksichtigt werden, und zwar sowohl beim Betrieb durch die Eingangsspannung Ue als auch durch die Ni-Cd-ZeIIe 10. In den F i g. 2 und 3 spielt eine Zunahme des Leckstromes eine kleinere Rolle, denn dieser wird von der Eingangsspannung Ue geliefert Der Widerstand 17 kann somit nur für den tatsächlichen Strombedarf des Schrittschaltmotors 3 dimensioniert sein. Da ferner der Pufferkondensator 36 in den F i g. 2 und 3 an einem höheren Spannungspotential liegt als in der Fig. I, kann dessen Kapazität bedeutend kleiner gewählt werden als bei der Anordnung nach F i g. 1.

Die Anordnung nach der F i g. 2 ist dank der billigen Diode 26 die kostengünstigste Lösung. Im Falle eines Kurzschlusses der Ni-Cd-ZeIIe 10 verhindert die Diode 26 einen Rückstrom von der Zuleitung 18 her zum Kurzschlußpfad. Im normalen Betrieb bedingt der Spannungsabfall von etwa 0,6 V über der Diode 26 eine kleinere Wirkspannung über dem Schrittschaltmotor und daher trotz des geringeren Strombedarfs für den Pufferkondensator 36 einen gesamthaft höheren Strombedarf als bei F i g. 1.

Der IC 1 hat an seinem Ausgang 29 bei F i g. 2 in den Impulspausen seinen Spannungstiefstwert und bei den F i g. 1 und 3 seinen Spannungshöchstwert Damit im Zusammenhang steht auch die Anordnung des Schrittschaltmotors 3 zwischen dem Vorwiderstand 17 und dem Transistor 2 bei der Fig.2 und zwischen dem Transistor 2 und der Versorgungsleitung 6 in den F i g. 1 -'" Ie 10 auf, dann ist die Basis des Transistors 31 mit der Zuleitung 6 verbunden und der Transistor 31 sperrt dauernd. Damit sperrt auch der Transistor 25 und trennt die Zuleitung 18 von der Klemme 11.

Der Transistor 31 ist nötig, weil sonst bei einem

2ί Kurzschluß der Ni-Cd-ZeIIe 10 und vorhandenem Ausgangsimpuls in Folge der zu hohen Kollektor-Basisspannung der Transistor 25 invers leiten würde.

De* Transistor 2 muß während den Impulspausen sperren, d.h. sein Emitter nimmt das Potential der

ii) Zuleitung 8, sein Kollektor dasjenige der Zuleitung 6 an. Da nun jedoch während den Impulspausen der Ausgang 29 höchstens das Potential d»s Speiseanschlusses 13 annimmt, könnte bei einer direkten Verbindung des Ausganges 29 mit der Basis des Transistors 2 der

J5 Transistor 2 nicht sperren. Der zusätzliche Transistor 34 kann hingegen während den Impulspausen eindeutig sperren, da dann zwischen seiner Basis und seinem Emitter praktisch keine Potentialdifferenz vorhanden ist. Bei gesperrtem Transistor 34 wird nun auch

4<) Transistor 2 gesperrt, da jetzt seine Basis auf das Potential der Zuleitung 8 ansteigt

Die F i g. 3 stellt, dank der Anordnung des Kondensators 36 und dem gegenüber der Diode 6 der F i g. 2 geringen Spannungsabfall über dem Transistor 25, von den drei Beispielen dasjenige mit dem kleinsten Strombedarf und daher mit der größten Gangreserve dar. Dafür weist sie am meisten Komponenten auf, was aber bei Verwendung einer integrierten Schaltung von untergeordneter Bedeutung ist.

w Die für die Speisung einer Uhr beschriebene Schaltungsanordnung kann auch für andere V .-braucher, wie Taschenrechner, Blitzlichtgeräte, Speicher und anderes mehr Verwendung finden. Vor allem für die Notstromversorgung von Speichern auf dem Com-

« putersektor ist die Ausfallanzeige durch Leuchtdioden von entscheidendem Vorteil, indem defekte Zellen rechtzeitig erkannt werden können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche;

1. Schaltungsanordnung zur Speisung eines Schaltkreises sowie eines von diesem impulsweise betätigten Schaltgliedes zur Steuerung eines Verbrauchers mit einer von einer Eingangsspannung über wenigstens eine Eingangsdiode und einen Vorwiderstand aufladbaren Ni-Cd-ZeIIe zum Aufrechterhalten des Betriebes des Schaltkreises und des Verbrauchers bei einem Ausfall der Eingangsspannung, wobei die stabile Klemmenspannung der Ni-Cd-ZeIIe gleichzeitig als Speisespannung für den Schaltkreis dient, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl in einer Zuleitung (18) von der einen Klemme (11) der Ni-Cd-ZeIIe (10) zum Verbraucher (3) als auch in einer Zuleitung (19) von der Klemme (U) zum einen Speiseanschluß (13) des Schaltkreises (1) je eine vom Spannungspotential an der Klemme (U) gegenüber einer gemeinsamen Versorgungsleitung (6) abhängige Schalteinrichtung (24, 26, 35; 20) vorhanden ist, die beide bei kurzgeschlossener Ni-Cd-ZeHe (10) dauernd geöffnet sind, während bei betriebsbereiter, sowie bei unterbrochener Ni-Cd-ZeIIe (10) die Schalteinrichtung (20) zur Speisung des Schaltkreises (1) dauernd leitend und die Schalteinrichtung (24, 26, 25) zur Speisung des Verbrauchers (3) mindestens impulsweise leitend ist

2 Schaltungsanordnung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einer von der Eingangsdiode (7) gespeisten Versorgungsleitung (8) und dem n;it der Zuleitung (19) verbundenen Speiseanschluß (13) des Schaltkreises (1) ein weiterer Vorwiderstund (12, geschaltet ist, während ein zweiter Speiseanschtoß (14) mit der gemeinsamen Versorgungsleitung (6) vt.bunden ist, und daß parallel zu den beiden Speiseanschlüssen (13,14) je eine Stabilisierungsdiode (15) und ein Pufferkondensator (16) geschaltet sind und daß ferner von der Versorgungsleitung (8) aus ein dritter Vorwiderstand (17) eine Einspeisung zum Schaltglied (2) des Verbrauchers (3) bildet und ein zweiter Pufferkondensator (36) als Energiespeicher zur Unterstützung des impulsweisen Betriebes des Verbrauchers (3) angeordnet ist

3. Schaltungsanordnung nach Patentanspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Zuleitung (19) zum Speiseanschluß (13) für den Schaltkreis (1) angeordnete Schalteinrichtung die Kollektor-Emitterstrecke eines ersten Transistors (20) ist, dessen Basis über die Reihenschaltung eines Widerstandes (21) mit der Kollektor-Emitterstrecke eines zweiten, mit seiner Basis vom Spannungspotential an der Klemme (H) der Ni-Cd-ZeIIe (10) her beeinflußbaren Transistors (22) an die gemeinsame Versorgungsleitung (6) angeschlossen ist.

4. Schaltungsanordnung nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Zuleitung (18) zum Verbraucher (3) angeordnete Schalteinrichtung die Kollektor-Emitterstrecke eines dritten Transistors (24) ist, dessen Basisspannung vom Schaltzustand des zweiten Transistors (22) beeinflußbar ist.

5. Schaltungsanordnung nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Zuleitung (18) zum Verbraucher (3) angeordnete Schalteinrichtung eine in der Stromflußrichtung der Ni-Cd-ZeIIc (10) leitende Diode (26) ist.

6. Schaltungsanordnung nach Patentanspruchs, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Zuleitung (18) zum Verbraucher (3) angeordnete Schalteinrichtung die Kollektor-Emitterstrecke eines weiteren Transistors (25) ist, dessen Basis über die Reihenschaltung eines Widerstandes (30) mit der Kollektor-Emitterstrecke eines vierten Transistors (31) mit einem das Impulssignal liefernden Ausgang (29) des Schaltkreises (1) in Verbindung steht, während die Basis des vierten Transistors (31) über einen Widerstand (32) an die Klemme (H) der Ni-Cd-ZeIIe (10) angeschlossen ist, und daß ferner die Basis des mit seiner Kollektor-Emitterstrecke als Schaltglied im Stromkreis des Verbrauchers (3) angeordneten Transistors (2) über die Reihenschaltung eines Widerstandes (33) mit der Kollektor-Emitterstrecke eines fünften Transistors (34) mit dem den Impuls liefernden Ausgang (29) des Schaltkreises (1) verbunden ist, und ein Widerstand (35) eine Verbindung zwischen der Basis des fünften Transistors (34) und dem mit der Zuleitung (19) verbundenen Speiseanschluß (13) des Schaltkreises (1) bildet

7. Schaltungsanordnung nach einem der Patentansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Pufferkondensator (36) der Reihenschaltung der Ni-Cd-ZeIIe (10) und dem ersten Vorwiderstand (9) parallel geschahst ist

8. Schaltungsanordnung nach einem der Patentansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet daß der Pufferkondensator (36) der Reihenschaltung, bestehend aus dem als Schaltglied zur Steuerung des Verbrauchers dienenden Transistor (2) und dem Verbraucher (3) parallel geschaltet ist

9. Schaltungsanordnung nach einem der Patentansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet daß die Stabilisierungsdiode (15) eine GaAsP-Leuchtdiode ist