DE3038496A1 - Notstromversorgung - Google Patents

Description

DIPL.-ING. A. ν. KIRSCHBAUM PATENTANWALT . 10.10.1980 ki/ha

HERMANN-EHLERS-STR. 21a TELEFON MÜNCHEN 8411046

Anwaltsakte: RB-1196

CONTRONIC CONTROLS LIMITED Mississauga, Ontario/Kanada

Notstromversorgung

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Anwaltsakte: RB-1196

Beschreibung.

Die Erfindung betrifft eine Notstromversorgung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, bei welcher eine Hauptstromversorgung und eine ladbare Battterie vorgesehen sind, und betrifft insbesondere eine Notstromversorgung_/mit welcher eine vorgegebene Spannung an einen Verbraucher abgegeben wird, wenn die Hauptstromversorgung ausfällt.

Eine Notstromversorgung wird verwendet, um das zu schaffen, was im allgemeinen als unterbrechungsfreie oder fortlaufende Versorgung bezeichnet wird. Eine .Notstromversorgung kann beispielsweise in Verbindung mit Einbruchs- oder Feueralarmsystemen verwendet werden, um sicherzustellen, daß solche Systeme immer arbeiten und betriebsbereit sind, selbst wenn das Netz, durch das derartige Systeme üblicherweise gespeist werden, ausfällt. In solchen Fällen würde dann die Notstromversorgung auf den Ausfall des Netzes ansprechen und damit beginnen, das System für eine vorbestimmte Zeit mit Strom zu versorgen, und dadurch sicherstellen, daß auch weiterhin ein Alarmzustand festgestellt würde.

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Bisher ist in Notstromversorgungen im allgemeinen eine Akkumulator- oder Speicherbatterie vorgesehen worden, welche die gleiche vorgegebene Spannung wie eine Hauptstromversorgung abgibt und welche parallel zu der Hauptstromversorgung geschaltet ist. Wenn die Hauptstromversorgung ausfällt, übernimmt die Batterie einfach die Stromversorgung des Verbrauchers, der sonst von der Hauptstromversorgung gespeist wurde. Wenn die Hauptstromversorgung den Betrieb wieder aufnimmt, wird die Batterie, die im wesentlichen parallel zu der Hauptstromversorgung geschaltet ist, von der Hauptstromversorgung wieder geladen. Sobald die Batterie geladen ist, kann sie bei einem weiteren Ausfall der Hauptstromversorgung wieder als Aushilfsversorgung verwendet werden. Obwohl das Parallelschalten der Akkumulator- oder Speicherbatterie zu der Hauptstromversorgung eine einfache Maßnahme ist, um eine unterbrechungsfreie, fortlaufende Versorgung zu .'schaffen, weist eine derartige Anordnung bei einem Ausfall im allgemeinen Nachteile auf, da es im Hinblick auf die Bemühungen, die Batterieladegeschwindigkeit zu beschränken, schwierig ist, die Ladegeschwindigkeit der Akkumulator- oder Speicherbatterie bei einem tatsächlichen Abfall eines Teils der verfügbaren Batteriespannung entsprechend zu regulieren sowie das.Entladen der Batterie entsprechend einzustellen.

Die Lebensdauer einer Speicherbatterie kann nachteilig beeinflußt werden, wenn sie übermäßig hohen Ladeströmen ausgesetzt wird. Bisher sind übermäßig hohe Ladeströme dadurch vermieden

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worden, daß ein hochbelastbarer Widerstand zwischen einen Batterieanschluß und die Hauptstromversorgung geschaltet wurde. Obwohl der so geschaltete Widerstand dazu dient, den Ladestrom zu begrenzen, der sonst durch die Batterie fließen würde, kann der Widerstand auch die Wirkung haben, daß die Zeit, die zum vollständigen Laden der Batterie erforderlich ist, unangemessen verlängert wird. Diese Verlängerung der Ladezeit beruht hauptsächlich darauf, daß entsprechend einer abfallenden Exponentialfunktion geladen wird,und beruht ferner auf der Tatsache, daß die Zeitkonstante für das' exponentielle Laden sich unmittelbar mit dem Widerstandswert des hoch belastbaren Widerstands .ändert. Folglich wird aufgrund der Verwendung eines hoch belastbaren Widerstandes zum Beschränken des Ladestroms die Zeitdauer verlängert, während welcher eine unterbrechungsfreie, fortlaufende Versorgung nicht möglich ist.

Die Verwendung eines solchen hoch belastbaren Widerstands hat auch eine Verringerung der Batteriespannung zur Folge, die an einen Verbraucher angelegt werden kann, wenn die Hauptstromversorgung ausfällt. Ein Teil der Batteriespannung geht effektiv dadurch verloren, daß sich die Batterie im allgemeinen über den hoch belastbaren Widerstand entlädt, wenn der Verbraucher mit Strom versorgt wird. Ein derartiger Spannungsverlust ist im allgemeinen dadurch vermieden worden, daß dem Widerstand eine Diode parallelgeschaltet wird, wodurch ein Ausweichweg für das Entladen der Batterie geschaffen ist, wenn die Hauptstromversorgung ausfällt. Wenn jedoch dem hoch be-

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lastbaren Widerstand eine Diode parallelgeschaltet ist, wird die an dem Verbraucher verfügbare Batteriespannung um einige 10OmV, nämlich um die Spannung verringert, die erforderlich ist, um die Diode vollständig anzuschalten. Die nutzbare Lebensdauer der Speicherbatterie wird aber nicht nur durch übermäßig hohe Ladegeschwindigkeiten_;sondern auch durch ein übermäßig schnelles Entladen beeinflußt. Wenn die Batterie übermäßig erschöpft ist, ist ferner eine übermäßig lange Ladeperiode erforderlich, und es ist schwierig vorherzusagen, wann eine unterbrechungsfreie Versorgung wieder gesichert ist. Bisher wurde ein übermäßig schnelles Entladen der Batterie manchmal mit Hilfe eines Relais vermieden, das auf die Differenzspannung an dem Verbraucher anspricht. Das Relais würde dann die Verbindung zwischen der Batterie und dem Verbraucher öffnen, um dadurch ein weiteres Entladen der Batterie zu verhindern, wenn die Verbraucherspannung unter einen vorbestimmten Wert abgefallen ist, wodurch angezeigt wird, daß die Batterie sich auf einen bestimmten Wert entladen hat. Jedoch stellt die Verwendung von Relais nicht immer zufrieden, da sie sperrig, teuer und bis zu einem gewissen Grad unzuverlässig sind.

Gemäß der Erfindung soll daher eine Notstromversorgung geschaffen werden, bei welcher die vorstehend angeführten Nachteile der bisher verwendeten Notstromversorgungen beseitigt sind und welche obendrein besonders zuverlässig arbeitet.

Gemäß der Erfindung ist dies bei einer Notstromversorgung nach

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dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs Γ erreicht. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Gemäß der Erfindung ist eine Notstromversorgung geschaffen, bei welcher eine Hauptstromversorgung verwendet ist, welche eine fest vorgegebene Spannung an einem Verbraucher einprägt, der mit einem ersten und einem zweiten Anschluß der Hauptstromversorgung verbunden ist; die Notstromversorgung wird von einer· aufladbaren Batterie betrieben, von der ein erster Anschluß mit dem ersten Anschluß der Hauptstromversorgung verbunden ist. Gemäß der Erfindung weist diese Hauptstromversorgung eine Stromsteuereinrichtung zum Steuern der Größe und Richtung des BatterieStroms auf. Diese Stromsteuereinrichtung weist erste und zweite Stromübertragungsanschlüsse und einen Steueranschluß auf. Der erste Stromübertragungsanschluß ist mit dem zweiten Batterieanschluß und der zweite Stromübertragungsanschluß ist mit dem zweiten Anschluß der Hauptstromversorgung verbunden, so daß der Batteriestrom gezwungen ist, zwischen den beiden Stromübertragungsanschlüssen über die Stromsteuereinrichtung zu fließen.

Diese Stromsteuereinrichtung spricht auf ein erstes Signal, nämlich die Polarität der Differenzspannung zwischen den ersten und zweiten Stromübertragungsanschlüssen an. Aufgrund der jeweiligen Verbindung der Hauptstromversorgung, der Bat-

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terie und der Stromsteuereinrichtung, wie oben beschrieben ist, hat diese Differenzspannung eine erste Polarität, wenn die Hauptstromversorgung arbeitet, und eine entgegengesetzte Polarität, wenn die Batterie und nicht die Hauptstromversorgung Strom an den Verbraucher liefert. Die Stromsteuerschaltung stellt die Differenzspannung fest und lädt die Batterie von der Hauptstromversorgung aus im wesentlichen auf die fest vorgegebene Spannung, wenn die Differenzspannung die erste Polarität hat, und entlädt sie über den Verbraucher, wenn die Differenzspannung die entgegengesetzte Polarität hat. Die Stromsteuereinrichtung spricht auch auf ein zweites, an den Steueranschluß angelegtes Steuersignal an, um die Größe des Batteriestroms zu regulieren .Die Notstranversorgung weist Steuersignale abgebende Einrichtungen auf, die das zweite Steuersignal erzeugen.

In bevorzugten Ausführungsformen werden die das zweite Steuersignal abgebenden Einrichtungen an den Verbraucher und die Batterie angekoppelt, um sowohl die Verbraucher- als auch die Batteriespannungen festzustellen, und die Größe des zweiten Steuersignals ist im wesentlichen proportional entweder der Verbraucher- oder der Batteriespannung. In diesen bevorzugten Ausführungsformen hat die Stromsteuereinrichtung eine solche Leitungscharakteristik, daß die Größe des zwischen den beiden Stromübertragungsanschlüssen fließenden Stroms zunimmt bzw. abnimmt, wenn die Größe des zweiten Steuersignals zu- und abnimmt, und fällt im wesentlichen auf null ab, wenn die Größe

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des zweiten Steuersignals ebenfalls im wesentlichen auf null abfällt. Diese bevorzugten Ausführungsformen weisen ferner Einrichtungen auf, um die Amplitude des zweiten Steuersignals im wesentlichen auf null zu verringern, wenn die Hauptstromversorgung nicht arbeitet und eine der Verbraucher- oder Batteriespannungen unter einen vorbestimmten Pegel abfällt. Da die Amplitude der Verbraucher- und Batteriespannungen den Wert anzeigt, auf welchen die Batterie geladen oder entladen ist, ist dadurch verhindert, daß die Batterie unter einen vorbestimmten Wert entladen wird.

Die erfindungsgemäße Notstromversorgung, bei welcher eine Hauptstromversorgung und eine aufladbare Batterie verwendet sind, weist somit eine Stromsteuereinrichtung auf, welche dazu dient, die Größe und Richtung des Batteriestroms entsprechend einem ersten Steuersignal einzustellen. Wenn das erste Steuersignal eine Polarität hat, die anzeigt, daß die Hauptstromversorgung arbeitet, lädt die Stromsteuereinrxchtung die Batterie von der Hauptstromversorgung aus. Wenn das erste Steuersignal die entgegengesetzte Polarität hat, wodurch angezeigt wird, daß die Hauptstromversorgung nicht arbeitet, läßt die Stromsteuereinrichtung zu, daß die Batterie sich frei über den Verbraucher entlädt, der sonst von der Hauptstromversorgung gespeist wird. Die Stromsteuereinrichtung spricht auch auf ein zweites Steuersignal an, das der Verbraucher-und auch der Batteriespannung entspricht, um festzustellen, wann sich die Batterie unter einem vorbestimmten Pegel entladen hat, und

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um zu verhindern, daß die Batterie sich dann weiter über den Verbraucher entlädt.

Bevorzugte Ausfuhrungsformen der Erfindung werden nunmehr anhand der Zeichnungen beschrieben, wobei in Fig.1 bis 3 schematisch verschiedene Ausführungsformen der Erfindung dargestellt sind.

In Fig.1 ist eine Notstromversorgung 10 mit einer Hauptstromversorgung 12 und einem Verbraucher 14 verbunden. Die Hauptstromversorgung 12 weist einen Spannungsregler oder -konstanthalter 16 auf, welcher an seinen Eingangsanschlüssen 18 und Energie von einer (nicht dargestellten) nicht stabilisierten Stromversorgung erhält. Wenn der Spannungskonstanthalter arbeitet, erzeugt er eine Potentialdifferenz von 12V zwischen positiven und negativen Anschlüssen 22 und 24.

Die Notstromversorgung 10 wird von einer Akkumulator- oder Speicherbatterie 26 betrieben, welche positive und negative Anschlüsse 28 und 30 aufweist. Wenn die Batterie 26 voll geladen ist, schafft sie eine Potentialdifferenz von 12V zwischen ihren Anschlüssen 28 und 30. Der positive Anschluß 28 ist mit dem positiven Anschluß 22 der Hauptstromversorgung verbunden, während der negative Batterieanschluß 30 mit dem negativen Anschluß 24 der Hauptstromversorgung verbunden ist, so daß die Polarität der Batteriespannung, wenn diese an den Verbraucher 14 angelegt ist dieselbe wie die der Hauptversor-

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gung 12 ist.

Die Notstromversorgung 10 weist ferner einen npn-Transistor 32 auf, welcher zum Steuern der Größe und Richtung des von der Batterie 26 fließenden Stroms dient. Der Transistor 32 ist vorzugsweise so geschaltet, daß sein Emitter mit dem negativen Batterieanschluß 30 und sein Kollektor mit dem negativen Hauptversorgungsanschluß 24 verbunden ist. Obwohl die Emitter- und Kollektoranschlüsse vertauscht werden können, würde eine solche Anordnung nicht eine bevorzugte Betriebsweise für den Transistor 32 schaffen, wie unten noch ausgeführt wird.

Wenn die Hauptstromversorgung 12 nicht arbeitet, wird der Transistor 32 durch die Batterie 26 vorgespannt, so daß er in Normalbetrieb arbeitet. Da der Emitter mit dem negativen Batterieanschluß 30 und der Kollektor über den Verbraucher 14 mit dem positiven Batterieanschluß 28 verbunden ist, fließt bei dieser Betriebsweise ein positiver Transistorstrom vom Kollektor zum Emitter. Ein ausreichender Basisstrom wird von einem Transistor 34 geliefert, um den Transistor 32 zu sättigen, damit sich die Batterie 26 frei über dem Verbraueher 14 entladen kann. Da der Transistor 32 gesättigt ist, ist die Batteriespannung außer der Sättigungs-Kollektor-Emitter-Spannung des Transistors 32, welche in der Größenordnung von 10OmV liegt, vollständig an dem Verbraucher 14 eingeprägt.

Wenn die Hauptstromversorgung 12 arbeitet, ist der Transistor

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32 so vorgespannt, daß er umgekehrt arbeitet. Bei dieser Betriebsweise, bei welcher der Emitter über die Batterie 26 mit dem positiven Hauptversorgungsanschluß 22 und der Kollektor mit dem negativen Hauptversorgungsanschluß 24 verbunden sind, sind die normalen Funktionen des Emitters und des Kollektors vertauscht, so daß ein positiver Transistorstrom von dem Emitter zu dem Kollektor fließt. Ein Basisstrom, der nunmehr von dem Transistor 34 an den Transistor 32 abgegeben wird, bewirkt einen Stromfluß in dem Transistor 32, durch welchen die Batterie 26 geladen wird.

Die Batterie 26 lädt sich mit einer im wesentlichen konstanten Geschwindigkeit, wobei die Ladegeschwindigkeit durch die Größe des von dem Transistor 32 abgegebenen Basisstroms festgelegt ist, welcher hauptsächlich durch den Widerstandswert eines Widerstands 36, die Größe der Hauptversorgungsspannung und durch die Stromverstärkung β des Transistors 32 geändert wird. Da der erzeugte Basisstrom unabhängig von der Betriebsweise des Transistors 32 verhältnismäßig konstant ist, und da die Stromverstärkung ß des Transistors bei umgekehrten Betrieb kleiner ist als bei dem Normalbetrieb _f ist die Ladegeschwindigkeit wesentlich geringer als die Entladegeschwindigkeit und wesentlich niedriger als sie sonst sein könnte, wenn die Emitter- und Kollektoranschlüsse des Transistors 32 vertauscht werden. Jedoch wird in den meisten Anwendungsfallen die Potentialentladungsgeschwindigkeit ausreichend hoch gehalten, damit der Verbraucher die Entladegeschwindigkeit der Batterie

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26 begrenzt, und um eine langsamere Ladegeschwindigkeit zu haben.

In der Praxis wird die Batterie 26 in Millivolt (üblicherweise etwa 1OmV) von der Hauptversorgungsspannung geladen. Wenn der Transistor 32 durch einen von dem Transistor 34 gelieferten Basisstrom während des Ladens der Batterie 26 gesättigt ist, nähert sich die Batteriespannung der Hauptversorgungsspannung minus der Sättigungs-Kollektor-Emitter-Spannung des Transistors 32. Da die Sättigungs-Kollektor-Emitter-Spannung bei umgekehrtem Betrieb im allgemeinen niedriger ist als hei Normalbetrieb, kann bei den dargestellten Emitter- und Kollektoranschlüssen die Batterie 26 näher an die Hauptversorgungsspannung geladen werden, als es sonst möglich wäre, wenn die Emitter- und Kollektoranschlüsse vertauscht wären.

Der Wert, auf welchen sich die Batterie 26 über den Verbraucher 14 entladen kann, ist durch Widerstände 38 und 40 begrenzt, welche in Verbindung mit dem zweiten Transistor 34 die Basis des Transistors 32 an den Verbraucher 14 ankoppeln. Die Widerstände 38 und 40 dienen zum Feststellen, der Ladespannung, und der Basis-Emitter-Übergang des Transistors 34 dient dazu, die festgestellte Ladespannung mit einer Bezugsspannung, nämlich einer Potentialdifferenz von 1,4V, zu vergleichen, die normalerweise an dem Basis-Emitterübergang des Transistors 34 besteht, wenn dieser voll angeschaltet ist. (Der Transistor 34 ist einer eines Darlington Paars). Wenn die Verbraucher spannμng un-

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ter einen vorbestimmten Wert abfällt, und die Bezugsspannung an dem Basis-Emitter-Ubergang des Transistors nicht mehr länger gehalten werden kann, leitet der Transistor 34 weniger Strom mit der Folge, daß die Basisansteuerung an dem Transistor 32 abfällt. Die Leitfähigkeit des Transistors 32 wird dadurch geringer, wodurch es zu einem weiteren Abfall der Verbraucherspannung kommt, so daß aufgrund einer Mitkopplung der Transistor 32 wirksam gezwungen wird, abzuschalten. Diese Anordnung schafft somit auch einen Schutz vor Kurzschluß, so daß die Notstromversorgung 10 nicht abgesichert zu werden braucht. Wenn der Verbraucher 14 kurzgeschlossen ist, schaltet der Transistor 32 ab, wodurch ein weiteres Entladen der Batterie 26 verhindert ist.

Die Notstromversorgung 10 kann erforderlichenfalls stark vereinfacht werden, wenn auf die Möglichkeit verzichtet wird,den Wert festzustellen und zu steuern, auf welchen sich die Batterie 26 entlädt, wenn die Hauptstromversorgung 12 nicht arbeitet. Dies kann dadurch erreicht werden, daß der Transistor 34 und die Widerstände 38 und 40 entfernt werden, und dann die Basis des Transistors 32 unmittelbar über den Widerstand 36 mit dem Hauptversorgungsanschluß 22 verbunden wird. Der Transistor 32 erhält dann immer einen im wesentlichen konstanten Basisstrom entweder von der Hauptstromquelle 12 oder von der Batterie 26 und lädt oder entlädt die Batterie 26 in der vorbeschriebenen Weise in Abhängigkeit davon, ob die Hauptstromversorgung 12 oder die Batterie 26 den Transistor 32 vor-

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nerdiode 48 geschaffen, welche zwischen anschlüsse 22 und 24 geschaltet sind. Ein vorbestimmter Teil der Verbraucherspannungi iisfc -duröhi ef;
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stärkers 42 angelegt. Der vorbestimmte Teil der Verbraucherspannung und die Bezugsspannung werden, wie nachstehend beschrieben, zu der Spannung an dem positiven Hauptversorgungsanschluß 22 in Beziehung gesetzt„

Wenn der vorbestimmte Anteil der Verbraucherspannung die Amplitude der Bezugsspannung übersteigt, nimmt das Ausgangssignal des Verstärkers 42 einen Wert an, der im wesentlichen der Spannung an dem positven Hauptversorgungsanschluß 22 entspricht. Wenn dies der Fall ist, wird ein pnp-Transistor 56, dessen Basis mit dem negativen Versorgungsanschluß 20 und dessen Emitter über einen Widerstand mit dem Verstärker 42 verbunden ist, vorgespannt, um einen Basisstrom über dessen Kollektor an dem Transistor 32 zu schaffen. Dieser Basisstrom wird zum Teil von dem Verstärker 42 über den Widerstand 58 erhalten, aber ein zusätzlicher Basisstrom wird durch Laden der Batterie 26 von der Hauptversorgung 12 über einen Widerstand 60 erhalten. Die Amplitude des dadurch geschaffenen Basisstroms ist verhältnismäßig konstant und hängt von den Widerstandswerten der Widerstände 58 und 60 ab. Einen derartigen Basisstrom vorausgesetzt, lädt oder entlädt der Transistor die Batterie 26 in der oben beschriebenen Weise in Abhängigkeit von der Polarität der Differenzspannung zwischen dessen Kollektor und Emitter*

Wenn die Hauptversorgung 12 nicht arbeitet, und wenn der vorbestimmte Anteil der Verbraucherspannung unter die Amplitude

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der Bezugsspannung abfällt, wodurch angezeigt wird, daß die Batterie 26 auf einen vorbestimmten Wert entladen ist, dann nimmt der Ausgang des Verstärkers 42 einen Wert an, welcher im wesentlichen die Spannung an dem negativen Versorgungsanschluß 24 ist. Wenn dies der Fall ist, hört der Transistor 56 auf, einen Basisstrom an den Transistor 32 abzugeben, und damit hört dann die Batterie 26 auf, sich weiter zu entladen. Auf diese Weise ist ein übermäßiges Entladen der Batterie verhindert.

Eine Diode 62 ist, wie dargestellt, angeschlossen, um den Spannungsregler oder -konstanthalter 16 vor Gegenspannungen zu schützen, welche auftreten können, wenn eine (nicht dargestellte) unstabilisierte Versorgung ausfällt und die Batterie 26 beginnt, eine positive Spannung an dem Hauptversorgungsanschluß 22 einzuprägen. Die Spannung, welche durch die Hauptversorgung 12 an dem,Verbraucher 14 eingeprägt werden kann, und die Spannung, auf welche die Batterie 26 geladen werden kann, sind bezüglich der Spannung am Anschluß 22 um einige 10OmV ,nämlich den Spannungsabfall verringert, der erforderlich ist, um die Diode 62 voll anzuschalten. Andererseits beeinflußt die Diode 6 2 die Arbeitsweise der Notstromversorgung 40 nicht nennenswert, und die Versorgung 12 kann entsprechend eingestellt werden, um den Spannungsabfall an der Diode 62 auszugleichen.

In Fig.3 ist eine Notstromversorgung 70 mit der Hauptstrom-

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Versorgung 12 ,.., dem. Vexbraucher 14,und ,der.Batterie 26 wie in den vorigen Ausführungsbeispielen,verbunden. Die Notstromversorgung. 70. entspricht im wesentlichen der Notstromversorgung 40, die abgeändert ist, um die.Batteriespannung unmittelbar zu überrwachen, ,um.ein, übermäßiges .Entladen zu_r verhindern. Abgesehen hiervon arbeiten die Notstrpmversorgungen 40 und 70 im wesentlichen auf dieselbe Weise und ,folglich,sind die,Schaltungselemente.,die beiden Notstrpmveragrgungen 40 und 70 gemeinsam sind, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

In der NotStromversorgung 70 wird der Verstärker. 42. von der Batterie 26 gespeist. Ein. übermäßiges Entladen der Batterie 26 ist auf.folgende Weise verhindert.. Durch eine Zenerdiode und einen Widerstand 7.4-, die, wie.dargestellt,^ parallel zu den Batter_iean,schlussen.,.281 und 30 gescha^tet sind, ist eine Bezugsspannung an dem nichtinvertierenden Anschluß 44 des Verstärkers.42 geschaffen. Ein -Spannungsteiler aus Widerständen 76 und 78 ist parallel zu den. Batterieanschlüssen 28 und 30 geschaltet, um die Batteriespannung festzustellen. Ein vorbestimmter Anteil der Batteriespannung., welcher dem, Tei^ungs- . „ verhältnis der Widerstände 76 und 78 entspricht, ist an dem invertierenden Anschluß 50 des Verstärkers. 42 vorgesehen.. Der Verstärker 42 vergleicht auf diese Weise wirksam die Batteriespannung mit der Bezugsspannung.

Nunmehr soll die Hauptstromversorgung 12 abschalten. Solange dann der "orbestimmte Anteil der Batteriespannung die Größe

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der Bezugsspannung übersteigt, nircmt der Ausgang des Verstärkers 42 einen Wert an, der im wesentlichen der Spannung an dem positiven Batterieanschluß 28 entspricht. Der Transistor 56 ist dann vorgespannt, und gibt Strom an den ersten Transistor 32 ab, so daß sich die Batterie 26 in. der vorbeschriebenen Weise besser als bei der Notstromversorgung 40 entladen kann.

Wenn der vorbestimmte Anteil der Batteriespannung niedriger wird als die Amplitude der Bezugsspannung, dann nimmt der Ausgang des Verstärkers 42 einen Wert an, der im wesentlichen der Spannung an dem negativen Batterieanschluß 30 entspricht. Eine Diode, die ,wie dargestellt, angeschlossen ist, verhindert, daß durch diese Ausgangsspannung der Transistor 26 in Sperrrichtung vorgespannt wird. Der Emitter des Transistors 56 bleibt jedoch im wesentlichen auf demselben Potential wie die Basis des Transistors 56, so daß dieser (56) aufhört, einen Basisstrom an den Transistor32 abzugeben, welcher dann ein weiteres Entladen der Batterie 26 verhindert.Somit ist dann verhindert, daß die Batterie 26 über einen vorbestimmten Wert hinaus entladen wird.

Wenn die Hauptstromversorgung 12 wieder anschaltet, stellt der Verstärker 42 weiter die niedrige Batteriespannung an seinen Anschlüssen 44 und 50 fest und schaltet zu diesem Zeitpunkt nicht wieder an. Jedoch wird durch die Spannung am Anschluß 22, die über den Widerstand 60 an den Emitter des Transistors 56 angelegt ist, dieser Transistor 56 angeschaltet, welcher dann

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einen Basisstrom an den Transistor 32 abgibt. Dadurch wird dann der Transistor 32 angeschaltet, worauf die Batterie 26 geladen wird. Wenn die Batteriespannung ausreichend hoch ist, schaltet der Verstärker 42 wieder an, wodurch ein zusätzlicher Basisstrom über den Transistor 56 an den Transistor 32 abgegeben wird.

Obwohl der Verstärker 42, die Widerstände 76, 78, die Zenerdiode 72 und der Widerstand 74 als ständige Belastung an der Batterie 26 bleiben, kann der Stromabfluß sehr klein gemacht werden (und zwar praktisch äquivalent der Selbstentladungsrate der Batterie), da der Verstärker 42 während des Batterieladens nicht den gesamten Basisstrom für den Transistor 32 zu liefern braucht. Während des Batterieentladens wird der gesamte Basisstrom für den Transistor 32 von dem Verstärker geliefert, aber bei Durchlaßbetrieb hat der Transistor 32 eine viel höhere Stromverstärkung als in der umgekehrten Betriebsweise, so daß weniger Basisstrom für den Transistor 32 während des Entladens benötigt wird»

Die Notstromversorgung 40, welche die Verbraucherspannung überwacht, um ein übermäßiges Entladen der Batterie 26 festzustellen, schaltet ab, um ein Entladen der Batterie 26 zu verhindern, wenn der Verbraucher 14 kurzgeschlossen ist. Durch die Notstromversorgung 70, welche die Batteriespannung überwacht, ist auch noch ein Schutz vor Kurzschluß geschaffen, und zwar deswegen, da, wenn die Ladespannung während eines Kurz-

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Schlusses abfällt, die Spannung am Transistor 32 ansteigt, wodurch die Spannung am Widerstand 58 abfällt, wodurch dann der Basisstrom an dem Transistor 32 abnimmt, der von dem Transistor 56 gespeist wird. Dies dauert an, bis der Transistor vollständig abgeschaltet ist.

In den verschiedenen, vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung sind sowohl den Hauptversorgungsanschlüssen 22 und 24 als auch den Batterieanschlüssen 28 und 30 ganz bestimmte Polaritäten zugeordnet. Auch sind ganz bestimmte Transistoren, nämlich entweder npn- oder pnp-Transistoren dargestellt. Selbstverständlich können.die Polaritäten der Primärversorgung 12 und der Batterie 26 auch umgekehrt werden und bei entsprechenden Schaltungsabwandlungen können komplementäre Halbleiter die dargestellten Transistoren ersetzen.

Ende der Beschreibung

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Claims (13)

1. Patentansprüche

   ( 1. !Notstromversorgung, die in Verbindung mit einer Hauptstromversorgung, welche eine fest vorgegebene Spannung an einem
   Verbraucher einprägt, der zwischen erste und zweite Anschlüsse der Hauptstromversorgung geschaltet ist, und einer aufladbaren Batterie verwendet ist, deren erster Anschluß mit dem ersten
   Hauptversorgungsanschluß verbunden ist, gekennzeichnet durch eine Festkörper-Stromsteuereinrichtung
   (32) zum Steuern der Größe und der Richtung eines Batteriestroms, wobei die Stromsteuereinrichtung erste und zweite
   Stromübertragungsanschlüsse und einen Steueranschluß aufweist, von welchen der erste Stromubertragungsanschluß mit dem zweiten Batterieanschluß (30) und der zweite Stromubertragungsanschluß mit dem zweiten Hauptversorgungsanschluß (24) verbunden ist, so daß der Batteriestrom gezwungen wird, über die Steuerstromein-

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   richtung (32) zwischen deren beiden Stromübertragungsanschlüssen zu fließen, wobei die Stromsteuereinrichtung auf ein erstes Steuersignal, in Form der Polarität der Differenzspannung zwischen den beiden Stromübertragungsanschlüssen anspricht, um den Strom zwischen den beiden Stromübertragungsanschlüssen in einer ersten Richtung zu leiten, um die Batterie (26) von der Hauptstromversorgung aus (12) zu laden, wenn die Differenzspannung eine erste Polarität hat, die anzeigt, daß die Hauptstromversorgung (12) arbeitet, und um Strom zwischen den beiden Stromübertragungsabschnitten in einer zweiten Richtung zu leiten, um die Batterie (26) über den Verbraucher (14) zu entladen, wenn die Differenzspannung eine entgegengesetzte Polarität hat, die anzeigt, daß die Primärstromversorgung (12) nicht arbeitet, und wobei die Stromsteuereinrichtung (32) auf ein zweites Steuersignal anspricht, das an den Steueranschluß angelegt wird, um die Größe des Batteriestroms einzustellen, und durch das zweite Steuersignal liefernde Einrichtungen, die mit dem zweiten Steueranschluß verbunden ist, um das zweite Steuersignal zu liefern.
2. 2. Notstromversorgung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromsteuereinrichtung (32) eine solche Leitungscharakteristik aufweist, daß, wenn ein vorbestimmtes zweites Steuersignal an den Steueranschluß angelegt wird und die Differenzspannung einen vorbestimmten Absolutwert hat, die Steuereinrichtung mehr Strom durchläßt, wenn die Differenzspannung die erste Polarität hat_;als wenn die

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   Differenzspannung die entgegengesetzte Polarität hat.
3. 3. Notstromversorgung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die das zweite Steuersignal liefernden Einrichtungen entweder an den Verbraucher (14) oder die Batterie (26) angekoppelt werden, um eine der Lade- oder Batteriespannungen festzustellen, und daß die Größe des zweiten Steuersignals im wesentlichen proportional einer der Lade- oder Batteriespannungen ist, und daß die Stromsteuereinrxchtung

   (32) eine solche Leitungscharakteristik aufweist, daß die Größe des zwischen den beiden Stromübertragungsanschlüssen fließenden Stroms zunimmt bzw. abnimmt, wenn die Größe des zweiten Steuersignals zu- und abnimmt, und im wesentlichen auf null abfällt, wenn die Größe des zweiten Steuersignals im wesentlichen auf null abfällt.
4. 4. Notstromversorgung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die das zweite Steuersignal liefernden Einrichtungen Einrichtungen aufweisen, um die Größe des zweiten Steuersignals im wesentlichen auf null zu verringern, :, wenn die Hauptstromversorgung (12) nicht arbeitet, und wenn eine der Verbraucher- oder Batteriespannungen unter einen vorbestimmten Wert abfällt, woraufhin dann die Batterie aufhört, sich weiter zu entladen.
5. 5. Notstromversorgung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Steuersignal im wesentlichen

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   proportional der Verbraucherspannung ist, wobei, wenn die Hauptstromversorgung (12) nicht arbeitet und die Batterie (26) den Strom an den Verbraucher (14) liefert, die Batterie (26) aufhört sich zu entladen, wenn der Verbraucher (14) kurzgeschlossen ist.
6. 6. Notstromversorgung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromsteuereinrichtung (32) eine solche Leitungscharakteristik aufweist, daß, wenn die Größe des zweiten Steuersignals unter einen vorbestimmten Wert abfällt, die. Größe der Differenzspannung zwischen den beiden Stromübertragungsanschlüssen ansteigt, wenn die Amplitude des zweiten Steuersignals abnimmt.
7. 7. Notstromversorgung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Steuersignal im wesentlichen proportional zu der Verbraucherspannung ist, wobei, wenn die Hauptstromversorgung (12) nicht arbeitet, die Batterie (26) Strom an den Verbraucher (14) liefert, ein Abfall der Verbraucherspannung, was einen Abfall in der Amplitude des zweiten Steuersiganls unter den vorbestimmten Pegel zur Folge hat, ein Ansteigen der Amplitude der Differenzspannung und folglich einen weiteren Abfall in der Größe der Verbraucherspannung bewirkt, wodurch dann die Amplituden der Ladespannung und des Steuersignals im wesentlichen auf null abfallen.
8. 8. Notstromversorgung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η -

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   zeichnet, daß die Steuerstromeinrichtung einen Transistor (32) aufweist, dessen Emitter bzw. Kollektor als die ersten und zweiten Stromübertragungsanschlüsse dienen und dessen Basis als Steueranschluß dient.
9. 9. Notstromversorgung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptstromversorgung (12) und die Batterie (26) an den Transistor (32) angekoppelt sind, so daß der Transistor (32) vorgespannt ist, um in umgekehrtem Betrieb zu arbeiten, um die Batterie (26) zu laden, wenn die Hauptstromversorgung (12) arbeitet, und um in Normalbetrieb zu arbeiten, um die Batterie (26) über den Verbraucher (14) zu entladen, wenn die Hauptstromversorgung nicht arbeitet und die Batterie (26) Strom an den Verbraucher (14) abgibt.
10. 10. Notstromversorgung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Steuersignal ein Basisstrom ist, der von den das zweite Steuersignal liefernden Einrichtungen an den Transistor (32) abgegeben wird,
11. 11. Notstromversorgung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die das zweite Steuersignal liefernden Einrichtungen normalerweise einen vorgegebenen Basisstrom an den Transistor (32) liefern, wenn die Hauptstromversorgung arbeitet, so daß die Batterie (26) unabhängig von dem Stromverstärkungsfaktor (ß) des Transistors (32) in dem umgekehrten Betrieb mit einer konstanten Geschwindigkeit geladen wird.

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12. 12. Notstromversorgung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die das zweite Steuersignal liefernde Einrichtungen entweder an den Verbraucher (14) oder die Batterie (26) angekoppelt sind, um eine der Verbraucher- oder Batteriespannungen festzustellen, und daß die das zweite Steuersignal liefernden Einrichtungen sind, um den an den Transistor (32) abgegebenen Basisstrom im wesentlichen auf null zu verringern, wenn die Hauptstromversorgung (12) nicht arbeitet, und eine der Verbraucher- oder Batteriespannungen unter einen vorbestimmten Pegel abgefallen ist, wobei dann die Batterie (26) aufhört _t sich weiter zu entladen.
13. 13. Notstromversorgung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet ,daß die Größe des BasisStroms, der von der das zweite Steuersignal abgebenden Einrichtung geliefert worden ist, im wesentlichen proportional der Verbraucherspannung ist, so daß, wenn die Hauptstromversorgung (12) nicht arbeitet und die Batterie (26) Strom an den Verbraucher (14) liefert, irgendein Abfall in der Verbraucherspannung unter einen vorbestimmten Wert eine Zunahme in der Amplitude der Differenzspannung zwischen dem Emitter und dem Kollektor des Transistors (32) und folglich einen weiteren Abfall in der Amplitude der Verbraucherspannung zur Folge hat, wodurch dann die Amplituden der Verbraucherspannung'und ..des Transistorbasisstroms im wesentlichen auf null abfallen.

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