DE3908324A1 - Schaltungsanordnung zur batteriepufferung des versorgungsstromes von elektrischen baugruppen - Google Patents
Schaltungsanordnung zur batteriepufferung des versorgungsstromes von elektrischen baugruppenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Batterie
pufferung des Versorgungsstromes von elektrischen Baugruppen
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Derartige Schaltungs
anordnungen, die aus der DE-OS 34 16 780 und der DE-PS 34 41 761
bekannt sind, dienen dazu, in Automatisierungsgeräten oder
anderen Datenverarbeitungsanlagen enthaltene Speicherbaugruppen
im Falle eines Ausfalls der Netzspannung mit Strom zu versorgen
und dadurch einen Datenverlust zu verhindern. Es sind zwei
Batterien, eine Haupt- und eine Reservebatterie, vorgesehen,
von denen nach einem Netzausfall zunächst die Hauptbatterie die
Stromversorgung übernimmt. Ist diese erschöpft, wird auf die
Reservebatterie umgeschaltet. Zwischen dem Stromversorgungsein
gang der elektronischen Baugruppe und den beiden Batterien
sowie der aus dem Netz gespeisten Stromversorgungseinheit liegt
je eine Entkopplungsdiode, so daß jeweils auf den Stromversor
ger mit der höchsten Spannung umgeschaltet wird. Die der Reser
vebatterie zugeordnete Entkopplungsdiode der bekannten Schal
tungen hat eine höhere Durchlaßspannung als die der Hauptbatte
rie, damit bei Ausfall der Netzspannung zunächst die Haupt
batterie und dann, wenn deren Spannung um die Differenz der
Durchlaßspannungen der Entkopplungsdioden abgefallen ist, die
Reservebatterie den Versorgungsstrom liefert. Ein Nachteil
einer solchen Schaltung ist, daß die Versorgungsspannung der
Baugruppe je nach Spannungsquelle unterschiedlich ist, so daß
die Gefahr besteht, daß die Toleranz der Baugruppe für die Ver
sorgungsspannung nicht eingehalten wird. Die bekannten Schal
tungsanordnungen enthalten Meldeschaltungen, die bei Erschöp
fung der Hauptbatterie ein Meldesignal abgeben. Bei Wiederkehr
der Netzspannung verschwindet das Meldesignal, so daß dann die
Erschöpfung der Hauptbatterie nicht erkannt wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Schaltungsanordnung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angege
benen Art zu schaffen, die trotz ihrer Einfachheit eine hohe
Sicherheit gegen Fehlfunktionen aufweist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den im kennzeichnenden
Teil des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.
In der neuen Schaltungsanordnung können gleichartige Entkopp
lungsdioden mit niedriger Durchlaßspannung eingesetzt werden.
Zwar fließt der Strom aus der Reservebatterie noch zusätzlich
über den Schalter, an dem ein weiterer Spannungsabfall auf
tritt; dieser kann aber durch Verwendung geeigneter Transisto
ren, z. B. Feldeffekttransistoren, geringgehalten werden. Die
Speicherwirkung des Komparators bewirkt, daß auch nach Wieder
kehr der Netzspannung oder nach Erholung der Hauptbatterie das
Meldesignal aufrechterhalten und die Erschöpfung der Hauptbat
terie erkannt wird. Beim Austausch der Hauptbatterie entsteht
ein Impuls, der vorteilhaft als Rücksetzimpuls für den Kompa
rator verwendet wird.
Anhand der Zeichnung werden im folgenden die Erfindung sowie
weitere Ausgestaltungen und Ergänzungen näher beschrieben und
erläutert.
Es zeigt
Fig. 1 das Prinzipschaltbild eines ersten Ausführungsbei
spiels,
Fig. 2 das Schaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels.
In Fig. 1 ist mit NT ein Netzteil bezeichnet, das die Netz
spannung in eine Gleichspannung U 1 umsetzt, mit der über eine
erste Entkopplungsdiode V 1 ein Halbleiterspeicher RAM versorgt
wird. Zur Sicherung der in dem Speicher RAM enthaltenen Daten
im Falle eines Stromausfalles ist eine Hauptbatterie HB 1 vor
gesehen, die über eine zweite Entkopplungsdiode V 2 ebenfalls
mit dem Versorgungsspannungseingang des Halbleiterspeichers RAM
verbunden ist. Die Spannung der Hauptbatterie HB 1 ist etwas
niedriger als die vom Netzteil NT abgegebene Spannung U 1, damit
die Hauptbatterie HB 1 im Normalbetrieb nicht belastet ist. Erst
im Falle eines Stromausfalls versorgt sie über die Entkopp
lungsdiode V 2 den Halbleiterspeicher RAM.
Zur Erhöhung der Sicherheit gegen Datenverlust im Speicher RAM
ist eine Reservebatterie RB 1 vorhanden, die im Falle der Er
schöpfung der Hauptbatterie HB 1 durch Schließen eines Schal
ters S die Stromversorgung des Speichers RAM übernimmt. Die
beiden Batterien HB 1, RB 1 haben gleiche Spannung und stimmen
zweckmäßig auch in den übrigen Merkmalen überein, damit nur ein
Batterietyp erforderlich ist. Die Entkopplungsdioden V 1, V 2, V 3
sind ebenfalls von einem Typ, vorteilhaft sind es Schottky-
Dioden, damit die Spannungsabfälle an ihnen klein sind. Der
Schalter S wird von einem Komparator KMP gesteuert, der eine
Referenzspannung U Ref mit der mittels eines Spannungsteilers
R 1, R 2 von der Spannung am Versorgungseingang des Speichers RAM
abgeleiteten Spannung vergleicht.
Im Normalbetrieb, wenn beide Batterien HB 1, RB 1 ihre Nennspan
nung abgeben, die Netzspannung vorhanden ist und das Netzteil
NT die Spannung U 1 abgibt, wird der Speicher RAM vom Netzteil
NT über die Entkopplungsdiode V 1 versorgt. Fällt die Netzspan
nung aus, fließt der Versorgungsstrom von der Hauptbatterie HB 1
über die Entkopplungsdiode V 2. Dabei entlädt sich die Haupt
batterie HB 1, bis gegen Ende der Entladezeit ihre Spannung und
damit auch die am Abgriff des Spannungsteilers R 1, R 2 absinkt.
Unterschreitet diese die Referenzspannung U Ref, schließt der
Komparator KMP den Schalter S, so daß nunmehr die noch frische
Reservebatterie RB 1 den Versorgungsstrom für den Speicher RAM
liefert. Gleichzeitig steuert der Komparator KMP eine Melde
schaltung MS an, die über eine Leitung ML 1, die zu einer Zen
tralen führt, ein Meldesignal abgibt. Der Komparator KMP spei
chert diesen Schaltzustand, so daß auch dann, wenn die Netz
spannung wiederkommt, der Schalter S geschlossen bleibt und
das Meldesignal weiterhin abgegeben wird. Gleiches gilt für den
Fall, daß sich die Hauptbatterie HB 1 erholt und ihre Nennspan
nung wieder erreicht. Erst wenn die Hauptbatterie ersetzt wird,
gibt eine Rücksetzschaltung RS einen Rücksetzimpuls auf den
Komparator KMP, der diesen in den Ausgangszustand zurücksetzt,
in dem der Schalter S geöffnet ist und das Meldesignal zurück
genommen wird.
Vor allem, wenn für die beiden Batterien HB 1, RB 1 Lithium-Bat
terien verwendet werden, die eine definierte Entladekennlinie
haben, kann der Spannungsteiler R 1, R 2 und die Referenzspan
nung U Ref so eingestellt werden, daß erst dann umgeschaltet
wird, wenn die Hauptbatterie HB 1 nahezu leer ist. Die Umschal
tung arbeitet unterbrechungsfrei, da die Reservebatterie RB 1
zugeschaltet wird und die Hauptbatterie erst dann durch Sperren
der Entkopplungsdiode V 2 abgeschaltet wird. Sobald das Netzteil
NT wieder die Versorgungsspannung U 1 liefert, übernimmt dieses
wieder die Versorgung des Speichers RAM und der Umschaltein
richtung mit dem Komparator KMP und dem Spannungsteiler R 1, R 2
sowie der Meldeschaltung MS.
Die Schaltung nach Fig. 2 enthält wie die nach Fig. 1 eine
Hauptbatterie HB 2 und eine Reservebatterie RB 2, die über je
eine Entkopplungsdiode an den Versorgungseingang einer Halb
leiterschaltung anschließbar sind, die normalerweise über eine
weitere Entkopplungsdiode aus einem Netzteil versorgt wird. In
Reihe zur Reservebatterie RB 2 liegt ein Transistorschalter TS 1,
der von einem Operationsverstärker OP 2 gesteuert ist. Mit einer
Zenerdiode ZD, die über einen Vorwiderstand R 5 an der Span
nungsquelle liegt, wird eine Referenzspannung erzeugt, die dem
invertierenden Eingang eines weiteren Operationsverstärkers OP 1
zugeführt ist. Dessen nichtinvertierender Eingang liegt am
Abgriff eines Spannungsteilers R 3, R 4, der zwischen den Ausgang
des Operationsverstärkers OP 1 und Masse geschaltet ist. Diese
Rückführung der Ausgangsspannung auf den nichtinvertierenden
Eingang bewirkt ein Kipp- und Speicherverhalten des Operations
verstärkers OP 1, dessen Ausgangsspannung wegen der geringen
Belastung und des Kippverhaltens etwa gleich der positiven bzw.
negativen Versorgungsspannung ist. Der Operationsverstärker OP 1
vergleicht daher in seinem ersten Schaltzustand, wenn die Aus
gangsspannung gleich der positiven Versorgungsspannung ist, die
mit der Zenerdiode ZD erzeugte Referenzspannung mit einer von
der Versorgungsspannung abgeleiteten Spannung. Sinkt die Ver
sorgungsspannung der Halbleiterschaltung nach längerem Netz
spannungsausfall wegen Erschöpfung der Hauptbatterie HB 2 unter
einen Wert, bei dem die Spannung am Abgriff des Spannungstei
lers R 3, R 4 die Referenzspannung an der Zenerdiode ZD unter
schreitet, kippt der Operationsverstärker OP 1 in einen zweiten
Schaltzustand und seine Ausgangsspannung wird etwa gleich sei
ner negativen Versorgungsspannung. Der nachgeschaltete Opera
tionsverstärker OP 2 invertiert dieses Signal und steuert den
Transistor TS 1 in den leitfähigen Zustand. Damit ist die Reser
vebatterie RB 2 an den Versorgungsspannungseingang der Halblei
terschaltung angeschlossen. Gleichzeitig wird ein Transistor
TS 2 in den leitfähigen Zustand gesteuert, so daß eine mit
diesem in Reihe geschaltete Lumineszenzdiode LD aufleuchtet und
über eine Leitung ML 2 ein Meldesignal abgegeben wird. Das Aus
führungsbeispiel nach Fig. 2 ist so ausgestaltet, daß nur bei
vorhandener Netzspannung die Lumineszenzdiode LD aufleuchtet
und das Meldesignal abgegeben wird, damit die Reservebatterie
nicht mit dem Strom durch den Transistor TS 2 belastet wird.
Kehrt die Netzspannung wieder, wird die Halbleiterschaltung aus
dem Netz versorgt, wobei die den Batterien HB 2, RB 2 zugeordne
ten Entkopplungsdioden in Sperrichtung betrieben sind. Der
Operationsverstärker OP 1 ändert jedoch seinen Schaltzustand
nicht, auch dann nicht, wenn sich die Hauptbatterie HB 2 erholt
und ihre Spannung daher langsam ansteigt. Wird dagegen die
Hauptbatterie ausgewechselt, entsteht beim Einsetzen der neuen
Batterie ein Impuls, der von einem Differenzierglied C 1, R 6
differenziert wird. Eine Diode V 4 leitet den positiven Teil des
differenzierten Impulses auf den nichtinvertierenden Eingang
des Operationsverstärkers OP 2. Die dort entstehende Spannung
überschreitet kurzzeitig die Referenzspannung der Zenerdiode
ZD, der Operationsverstärker OP 1 kippt in den ersten Schalt
zustand zurück und die Transistoren TS 1, TS 2 werden in den
Sperrzustand gesteuert, so daß die Lumineszenzdiode LD erlischt
und das Meldesignal auf der Leitung ML 2 zurückgenommen wird.
Ein der Hauptbatterie HB 2 parallelgeschalteter Widerstand R 7
dient einerseits dazu, den Sperrstrom der vorgeschalteten
Entkopplungsdiode von der Hauptbatterie HB 2 abzuleiten. Ande
rerseits kann er bei geeigneter Dimensionierung bewirken, daß
die Hauptbatterie HB 2 langsam entladen wird. Dadurch wird
verhindert, daß beide Batterien in gleichem Maße unerkannt
altern und im Falle eines Netzausfalls beide Batterien rasch
erschöpft sind.
Claims (6)
1. Schaltungsanordnung zur Batteriepufferung der Versorgungs
spannung von elektrischen Baugruppen mit einer Hauptbatterie
(HB 1), die im Falle eines Netzspannungsausfalls zunächst die
Stromversorgung der elektrischen Baugruppe übernimmt, und mit
einer Reservebatterie (RB 1), die nach Absinken der Spannung der
Hauptbatterie unter einen vorgegebenen Wert die elektrische
Baugruppe mit Strom versorgt und mit einer Meldeeinheit (MS),
die ein Meldesignal abgibt, wenn die Reservebatterie den
Versorgungsstrom liefert, und mit Entkopplungsdioden (V 1, V 2,
V 3), von denen je eine zwischen den Versorgungsspannungseingang
der elektrischen Baugruppe und ein Netzteil (NT), die Haupt-
und die Reservebatterie geschaltet ist, dadurch ge
kennzeichnet, daß ein Komparator (KMP) mit Spei
cherverhalten, der die Spannung der Hauptbatterie (HB 1) oder
eine davon abgeleitete Spannung mit einer Referenzspannung ver
gleicht, in einem ersten Schaltzustand einen zwischen die Re
servebatterie (RB 1) und den Stromversorgungseingang der elek
trischen Baugruppe liegenden Schalter (S) öffnet, und, wenn die
Spannung der Hauptbatterie (HB 1) einen vorgegebenen Wert unter
schreitet, einen zweiten Schaltzustand einnimmt, in dem der
Schalter (S) geschlossen ist und von der Meldeeinheit das Mel
designal abgegeben wird und der bis zum Austausch der Haupt
batterie gespeichert wird.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Komparator (KMP) mit dem
beim Austausch der Hauptbatterie (HB 1) entstehenden Impuls
rückgesetzt wird.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß ein Rücksetzeingang des
Komparators (KMP) über ein Rücksetzglied (RS) mit der Haupt
batterie verbunden ist.
4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß der Kompa
rator einen Operationsverstärker (OP 1) enthält, dessen inver
tierender Eingang an eine Zenerdiode (ZD) angeschlossen ist,
die über einen Widerstand (R 5) an die Versorgungsspannung der
elektrischen Baugruppe angeschlossen ist und daß das Ausgangs
signal des Operationsverstärkers (OP 1) auf den nichtinvertie
renden Eingang rückgekoppelt ist.
5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß dem nicht
invertierenden Eingang des Operationsverstärkers der beim Aus
tausch der Hauptbatterie (HB 2) entstehende Impuls zugeführt
ist.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch
gekennzeichnet, daß der Komparator einen zwei
ten Operationsverstärker (OP 2) enthält, der mit dem einen Ein
gang an den Ausgang des ersten Operationsverstärkers (OP 1) und
mit den zweiten Eingang an die Zenerdiode (ZD) angeschlossen
ist und der den Schalter (TS 1) sowie die Meldeeinheit (TS 2, LD)
ansteuert.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19893908324 DE3908324A1 (de) | 1989-03-14 | 1989-03-14 | Schaltungsanordnung zur batteriepufferung des versorgungsstromes von elektrischen baugruppen |
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DE19893908324 DE3908324A1 (de) | 1989-03-14 | 1989-03-14 | Schaltungsanordnung zur batteriepufferung des versorgungsstromes von elektrischen baugruppen |
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Publication Number | Publication Date |
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DE3908324A1 true DE3908324A1 (de) | 1990-09-27 |
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ID=6376331
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DE19893908324 Withdrawn DE3908324A1 (de) | 1989-03-14 | 1989-03-14 | Schaltungsanordnung zur batteriepufferung des versorgungsstromes von elektrischen baugruppen |
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