DE3609057C2

DE3609057C2 -

Info

Publication number: DE3609057C2
Application number: DE19863609057
Authority: DE
Inventors: Toshio Jyoyo Kyoto Jp Nishimura
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1985-03-19
Filing date: 1986-03-18
Publication date: 1988-12-29
Also published as: GB8606720D0; GB2172758A; US4701693A; GB2172758B; JPS61221530A; DE3609057A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Solarstromversorgungsschaltung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Solarstromversorgungsschaltung ist bereits aus "XI. Internationaler Kongreß für Chronometrie", Oktober 1984, Berichte 2, Seiten 75 bis 79 bekannt. Diese bekannte Solarstromversorgungsschaltung für ein elektronisches Gerät enthält eine Solarbatterie, einen ersten Speicherkondensator, einen zweiten Speicherkondensator, dessen Kapazität größer als die des ersten Speicherkondensators ist, wobei jeweils ein Anschluß der Solarbatterie, des ersten und des zweiten Speicherkondensators miteinander verbunden sind, einen in Reihe zu dem zweiten Speicherkondensator liegenden Schalttransistor und eine parallel zur Solarbatterie liegende Reihenschaltung aus einem Widerstand und einer Diode, deren Kathode mit der Solarbatterie verbunden ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte Solarstromversorgungsschaltung mit Speicherung zusätzlicher Solarenergie derart weiterzubilden, daß sie einen einfacheren Aufbau und insbesondere eine geringere Anzahl von Schalttransistoren aufweist.

Die Lösung der gestellten Aufgabe zeichnet sich dadurch aus, daß die Diode am gemeinsamen Anschluß von Solarbatterie sowie ersten und zweiten Speicherkondensator liegt, parallel zur Diode der erste Speicherkondensator geschaltet ist, die Reihenschaltung aus zweitem Speicherkondensator und Schalttransistor parallel zur Solarbatterie liegt, und ein Steueranschluß des Schalttransistors mit dem zwischen dem Widerstand und dem ersten Speicherkondensator liegenden Leitungsstück sowie mit einem Ausgangsanschluß verbunden ist.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das zwischen dem Schalttransistor und dem zweiten Speicherkondensator liegende Leitungsstück über eine Schutzdiode mit dem Steueranschluß des Transistors verbunden, deren Kathode am Steueranschluß liegt. Die Diode kann beispielsweise eine lichtemittierende Diode sein.

Wie bereits erwähnt, enthält die Solarstromversorgungsschaltung einen ersten Speicherkondensator und einen zweiten Speicherkondensator, dessen Kapazität größer als die des ersten Speicherkondensators ist. Durch die im zweiten Speicherkondensator gespeicherte Energie läßt sich der Betrieb des elektronischen Geräts über einen langen Zeitraum aufrechterhalten, so daß dadurch beispielsweise die Sicherung von in einem Speicher eines elektronischen Rechners gespeicherten Daten über den entsprechenden Zeitraum gewährleistet ist, wenn die Solarbatterie nicht mehr mit Licht versorgt wird. Die Solarstromversorgungsschaltung für das elektronische Gerät enthält also eine Solarbatterie und eine mit dieser verbundene Schaltung, die ihrerseits eine Speichereinrichtung zur Speicherung zusätzlicher Solarenergie aufweist, um auf diese Weise eine zusätzliche Spannung zu erhalten, die zwischen der Solarspannung und der Klemmenspannung bzw. Ausgangsspannung der Schaltung liegt, die zur Ansteuerung des elektronischen Geräts dient. Die Speichereinrichtung wird automatisch aufgeladen, wenn die Solarspannung die Klemmenspannung um einen bestimmten Betrag überschreitet. Dieser bestimmte Betrag kann beispielsweise die Schwellenspannung eines Transistors sein, durch den die Aufladung der zusätzlichen Speichereinrichtung in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung der Solarbatterie gesteuert wird.

Die Zeichnung stellt Ausführungsbeispiele der Erfindung dar. Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Solarstromversorgungsschaltung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel und

Fig. 2 ein Blockdiagramm einer Solarstromversorgungsschaltung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.

Eine Solarstromversorgungsschaltung für ein elektronisches Gerät ist in Fig. 1 dargestellt. Die Solarstromversorgungsschaltung enthält eine Solarbatterie 1 bzw. SB und eine in Größtintegrationstechnik hergestellte LSI-Schaltung zum Empfang der von der Solarbatterie 1 erzeugten Solarspannung V _DDin sowie zur Versorgung des elektronischen Geräts. Die LSI-Schaltung befindet sich rechts neben der in Fig. 1 gestrichelt dargestellten Linie ℓ.

Die LSI-Schaltung liefert eine Spannung V _DD von + 1,5 V und eine Spannung V _SS, die auf Erdpotential liegt. Zur Lieferung einer Konstantspannung dient eine lichtemittierende Diode LED, die mit der Spannung V _DD versorgt wird. Die Vorwärtsspannung V _f der lichtemittierenden Diode LED beträgt 1,5 V. Die innere Spannung (V _DDin - V _SS ) bzw. EMK der Solarbatterie 1 liegt etwa zwischen 0 bis 2,8 V. Zur Begrenzung des Stroms durch die lichtemittierende Diode LED dient ein Widerstand r der LSI-Schaltung. Ein erster Speicherkondensator C 1 dient dazu, Störungen im elektronischen Gerät aufgrund kurzzeitiger Lichtunterbrechungen zu vermeiden. Die Schutzperiode des ersten Speicherkondensators C 1 beträgt im Normalfall allerdings nur 1 bis 2 Sekunden.

Die LSI-Schaltung weist einen P-Kanal-MOS-Transistor Tr (Schalttransistor) auf, dessen Schwellenspannung V _th auf -0,3 V festgesetzt ist. Wird der Schalttransistor Tr leitend, so kann eine durch die Solarbatterie 1 erzeugte Zusatzspannung in einem zweiten Speicherkondensator C 2 durch entsprechende Ladungsspeicherung gehalten werden. Die Kapazität des zweiten Speicherkondensators C 2 ist dabei sehr viel größer als die Kapazität des ersten Speicherkondensators C 1.

Spannung kann an die LSI-Schaltung über den Widerstand r angelegt werden, wenn die folgende Bedingung gilt:

Betriebsspannung der LSI-Schaltung ≦ V _DDin < 1,5 V

Der durch die LSI-Schaltung verbrauchte Strom ist sehr klein, so daß der Spannungsabfall am Widerstand r vernachlässigt werden kann. Daher gilt V _DDin V _DD. Das bedeutet, daß V _DDin - V _DD 0 ist. Der Schalttransistor Tr befindet sich somit im nichtleitenden bzw. ausgeschalteten Zustand, so daß kein Strom zum zweiten Speicherkondensator C 2 fließt.

Wenn die Bedingung 1,5 V ≦ V _DD < 1,8 V gilt, so kann ein geringer Strom durch die lichtemittierende Diode LED fließen, da die Klemmenspannung V _DD (Quellenspannung) größer als 1,5 V ist. Die Klemmenspannung V _DD wird dann auf die Vorwärts- bzw. Durchlaßspannung V _f der als Konstantspannungselement wirkenden lichtemittierenden Diode LED begrenzt.

Da ferner V _DDin - V _DD < 0,3 V ist, ist die Spannungsdifferenz zwischen V _DDin und V _DD kleiner als die Schwellenspannung V _th, so daß der Schalttransistor Tr ausgeschaltet bleibt.

Ist jedoch 1,8 V ≦ V _DDin, so gilt die Bedingung V _DDin - V _DD ≧ 0,3 V, so daß diese Spannungsdifferenz die Schwellenspannung V _th des Schalttransistors Tr überschreitet. Der Schalttransistor Tr wird daher leitend bzw. eingeschaltet, so daß sich der zweite Speicherkondensator C 2 aufladen kann.

Im Ausgangsstadium (Ladung Q = 0) des zweiten Speicherkondensators C 2 fließt ein relativ großer Strom durch den Schalttransistor Tr, so daß dadurch die Spannung V _DDin reduziert wird. Gilt allerdings die Bedingung V _DDin - V _DD < 0,3 V, so wird der Schalttransistor Tr wiederum nichtleitend, so daß der Strom zum zweiten Speicherkondensator C 2 unterbrochen wird.

Eine Schutzdiode Di liegt zwischen dem Widerstand r und dem zweiten Speicherkondensator C 2 und dient zur Verhinderung eines Stromflusses durch den Widerstand r in den zweiten Speicherkondensator C 2, wenn die Klemmenspannung V _DD wieder unterstützt wird bzw. auf ihren normalen Wert zurückgekehrt ist.

Ist in der oben beschriebenen Schaltung V _DDin sehr viel größer als V _DD, so kann eine Zusatzladung im zweiten Speicherkondensator C 2 gespeichert werden. Sobald der zweite Speicherkondensator C 2 aufgeladen ist (Addition der Spannung V _DD mit der Vorwärts- bzw. Durchlaßspannung der Schutzdiode Di), kann die gespeicherte Ladung durch den Schalttransistor Tr und die Schutzdiode Di zur lichtemittierenden Diode LED fließen. Da die Kapazität des zweiten Speicherkondensators C 2 sehr viel größer als die Kapazität des ersten Speicherkondensators C 1 ist, läßt sich die Klemmenspannung V _DD durch die Schutzdiode Di für eine sehr lange Zeit aufrechterhalten, und zwar für eine lange Zeit, die der Ladezeit des zweiten Speicherkondensators C 2 entspricht, selbst wenn die Energiezufuhr von der Solarbatterie 1 unterbrochen ist.

Die Schwellenspannung V _th des Schalttransistors Tr kann zu 0,3 V gewählt werden, um Schwankungen der elektrischen Werte der Bauelemente und des Schalttransistors Tr zu berücksichtigen. Die Schwellenspannung V _th kann aber auch auf andere geeignete Werte festgesetzt werden, falls dies gewünscht oder erforderlich ist.

Entsprechend der Fig. 1 liegt parallel zur Solarbatterie 1 eine Reihenschaltung aus dem Widerstand r und der lichtemittierenden Diode LED. Parallel zur lichtemittierenden Diode LED liegt der erste Speicherkondensator C 1, während parallel zum ersten Speicherkondensator C 1 eine Reihenschaltung aus der Schutzdiode Di und dem zweiten Speicherkondensator C 2 liegt. Die Verbindungsleitung zwischen dem Widerstand r und der Schutzdiode Di ist mit einer Steuerelektrode des Schalttransistors Tr verbunden. An dieser Steuerelektrode liegt auch die Spannung V _DD. Ein Anschluß des Schalttransistors Tr liegt an der Verbindungsleitung zwischen der Solarbatterie 1 und dem Widerstand r, während ein anderer Anschluß des Schalttransistors an der Verbindungsleitung zwischen der Schutzdiode Di und dem zweiten Speicherkondensator C 2 liegt. Der Schalttransistor Tr kann beispielsweise als Feldeffekttransistor ausgebildet sein.

In Fig. 2 ist ein Blockdiagramm einer weiteren Solarstromversorgungsschaltung dargestellt. Gleiche Elemente wie in Fig. 1 sind dabei mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Die Schaltung nach Fig. 2 liefert zusätzlich eine Betriebsspannung Vp für ein zusätzliches Bauelement, beispielsweise für einen piezoelektrischen Summer. Dieser piezoelektrische Summer, auf den jedoch das zusätzliche Bauelement nicht beschränkt zu sein braucht, benötigt einen relativ großen Strom in kurzer Zeit.

Die Wirkungsweise der in Fig. 2 dargestellten Schaltung entspricht im wesentlichen der Wirkungsweise der in Fig. 1 dargestellten Schaltung. Der Wert der Spannung Vp kann größer als die Klemmenspannung V _DD sein. In der Schaltung nach Fig. 2 wird die Spannung V _DD nicht gesichert bzw. durch eine Reservespannung ergänzt, da in diesem Fall die Energie zur Bildung der Betriebsspannung Vp benötigt wird, so daß die Schutzdiode Di entfallen kann. Die Betriebsspannung Vp wird an einer Verbindungsleitung zwischen dem zweiten Speicherkondensator C 2 und einem Anschluß des Schalttransistors Tr abgenommen.

Entsprechend der Erfindung wird eine zusätzliche Spannung mit Hilfe des zweiten Speicherkondensators C 2 erzeugt, wenn die Solarspannung eine zum Antrieb des elektronischen Geräts erforderliche Spannung überschreitet. Der Anwendungskreis von Solarbatterien bzw. Solarenergie läßt sich daher noch weiter ausdehnen.

Claims

1. Solarstromversorgungsschaltung für ein elektronisches Gerät, mit

- einer Solarbatterie (1),
- einem ersten Speicherkondensator (C 1),
- einem zweiten Speicherkondensator (C 2), dessen Kapazität größer als die des ersten Speicherkondensators (C 1) ist, wobei jeweils ein Anschluß der Solarbatterie (1), des ersten und des zweiten Speicherkondensators (C 1, C 2) miteinander verbunden sind,
- einem in Reihe zu dem zweiten Speicherkondensator (C 2) liegenden Schalttransistor (Tr) und
- einer parallel zur Solarbatterie (1) liegenden Reihenschaltung aus einem Widerstand (r) und einer Diode (LED), deren Kathode mit der Solarbatterie (1) verbunden ist,

dadurch gekennzeichnet, daß

- die Diode (LED) am gemeinsamen Anschluß von Solarbatterie (1) sowie ersten und zweiten Speicherkondensator (C 1, C 2) liegt,
- parallel zur Diode (LED) der erste Speicherkondensator (C 1) geschaltet ist,
- die Reihenschaltung aus zweitem Speicherkondensator (C 2) und Schalttransistor (Tr) parallel zur Solarbatterie (1) liegt, und
- ein Steueranschluß des Schalttransistors (Tr) mit dem zwischen dem Widerstand (r) und dem ersten Speicherkondensator (C 1) liegenden Leitungsstück sowie mit einem Ausgangsanschluß verbunden ist.

2. Solarstromversorgungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zwischen dem Schalttransistor (Tr) und dem zweiten Speicherkondensator (C 2) liegende Leitungsstück über eine Schutzdiode (Di) mit dem Steueranschluß des Transistors (Tr) verbunden ist, deren Kathode am Steueranschluß liegt.

3. Solarstromversorgungsschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Diode (LED) eine lichtemittierende Diode ist.