DE3609057C2 - - Google Patents
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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 (4)
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.
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