DE4011790A1 - Schaltung zur versorgung eines verbrauchers - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. Es sind derartige Schaltungen, auch "back up"-Schaltungen" genannt, von elektronischen Geräten bekannt, die bei einem Ausfall der Stromversorgung einen be­ stimmten Betriebszustand aufrechterhalten müssen, um z. B. die in einem "Timer" gespeicherte Daten nicht zu verlieren, oder die Anzeige der Uhrzeit zu gewährleisten. Während des Betriebes wird in diesen Geräten eine wiederaufladbare Batte­ rie geladen, welche bei einem Stromausfall die Versorgung der betreffenden Schaltungsteile, entsprechend der Batterie­ kapazität für eine bestimmte Zeitdauer, z. B. für eine Stunde übernimmt. Für den Ladevorgang, d. h. während des Normalbe­ triebes, wird die Batterie in bekannter Weise von einer ge­ sonderten Konstantstromquelle gespeist, die eine höhere Span­ nung aufweist, welche nicht zur Stromversorung der zu versor­ genden Schaltungsteile herangezogen wird.

Es ist Aufgabe der Erfindung, mit nur einer Gleichspannungs­ quelle, die einen intermittierenden Betriebszustand aufwei­ sen kann, sowohl einen Verbraucher mit einer konstanten Span­ nung zu versorgen, als auch eine parallel zum Verbraucher geschaltete Batterie zu laden.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Anspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiter­ bildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekenn­ zeichnet.

Im Prinzip ist zwischen der versorgenden Gleichspannungsquel­ le und dem Verbraucher, mit der diesem parallelgeschalteten Batterie, ein steuerbarer Widerstand, welcher aus der Emit­ ter-Kollektorstrecke eines Transistors gebildet wird, ge­ schaltet. Die Steuerung des Transistors geschieht abhängig vom Ladezustand der Batterie. Als Bezug für den Ladezustand ist in Reihe mit der Batterie ein Widerstand geschaltet, an welchem der Batteriestrom eine Spannungsdifferenz (Spannungs­ abfall) erzeugt, die für die Steuerung herangezogen wird. Je nach Betriebszustand der Batterie, Ladevorgang oder Abgabe von gespeicherter Energie, stellt sich am Wiederstand eine sich ändernde Spannung ein, die bezogen auf ein Bezugspoten­ tial positiv oder negativ sein kann. Erfindungsgemäß ist die­ se Spannung an den ersten Eingang eines Operationsverstär­ kers gelegt, dessen zweiter Eingang mit einer Referenzspan­ nung, die aus der Gleichspannungsquelle erzeugt wird, verbun­ den ist. Der Ausgang des Operationsverstärkers ist mit der Basis des Transistors verbunden und steuert den Innenwider­ stand der Emitter-Kollektorstrecke.

Die Erfindung ist vorzugsweise in Geräten einsetzbar, in de­ nen nur ein Übertragungskanal für die Energieübertragung zur Verfügung steht, wobei der Übertragungskanal intermittieren­ den Betrieb aufweisen kann. Bei fehlender Energieübertragung werden die zu versorgenden Schaltungsteile von der Batterie gespeist, die während der Energieübertragungszeiten effizi­ ent aufgeladen wird. Die zur Verfügung gestellte Versorgungs­ spannung für die Schaltungsteile (Verbraucher) ist dabei sta­ bil und frei von Störungen, da diese einerseits geregelt ist und andererseits durch den geringen Innenwiederstand der Bat­ terie gut gesiebt ist. Die Umschaltung zwischen der Versor­ gung aus der Gleichspannungsquelle und den Batteriebetrieb geschieht ohne zusätzliche Umschaltvorgänge und daher ohne Störspitzen in der Versorgungsspannung.

Im folgenden soll die Erfindung anhand einer beispielhaften Schaltung in den Figuren näher erläutert werden.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer Energieübertragungsan­ ordnung

Fig. 2 zeigt in einer ausgeführten Schaltung ein Empfangs­ teil mit Regelschaltung, Batterie und Verbraucher.

Fig. 1 zeigt in einem Blockschaltbild eine Energieübertra­ gungsanordnung wie sie z. B. zur Versorgung des Vorverstär­ kers in einer rotierenden Kopftrommel eines Magnetbandgerä­ tes Verwendung finden kann. Von einem Sender 1 wird über ei­ ne Luftstrecke L ein Empfangsteil 2 mit Energie versorgt. Die Energie kann induktiv oder optisch übertragen werden. Im Aktionsberech des Senders 1 befindet sich das Empfangsteil 2, welches die ausgesendete Energie (Magnet­ feld, Licht, Mikrowelle) mit Hilfe geeigneter Bauteile (Emp­ fangsspule, Solarzelle, Antenne) in ansich bekannter Weise in elektrische Energie in Form einer Gleichspannung Q umwan­ delt und diese der Regelschaltung 3 zuführt. Von der Regel­ schaltung 3 wird eine Spannung Ua abgegeben, die den Verbrau­ cher 5 speist, dem eine Batterie 6 mit einem dazu in Reihe liegenden Widerstand R1 parallelgeschaltet ist. Am Wider­ stand R1 wird eine vom Betriebszustand der Batterie 6 abhän­ gige Spannung Ur abgenommen, die der Regelungsschaltung 3 für Regelzwecke zugeleitet wird.

Fig. 2 zeigt in einer ausgeführten Schaltung ein Empfangs­ teil mit Regelschaltung, Batterie und Verbraucher. Es ist für die Übertragung der Energie vom Sender 1 zum Empfänger 2 eine induktive Variante gezeichnet. In Spule L wird eine Wechselspannung induziert. Durch Gleichrichtung in Diode D und Siebung mittels Kondensator C wird aus der Wechselspan­ nung eine Gleichspannung Q erzeugt, die in ihrem maximalen Wert durch Zenerdiode Z festgelegt ist und als Gleichspan­ nungsquelle Q für die Energieversorgung von Verbraucher 5 und zum Laden von Batterie 6 dient. In Reihe mit Batterie 6 ist ein Widerstand R1 geschaltet, der dem mit + bezeichneten Eingang eines Operationsverstärkers OP zugeführt ist. Der mit - bezeichnete Eingang des Operationsverstärkers OP dient als Referenz. Er ist durch eine Teilerschaltung, die durch die Widerstände R5 und R6 gebildet wird, auf einen bestimm­ ten Spannungswert festgelegt. Als Quelle für den Spannungs­ teiler dient die Gleichskannungsquelle Q. Es ist auch mög­ lich, diese Referenzspannung mit Hilfe einer Zenerdiode Z1 anstelle von Widerstand 6 zu erzeugen. Der Ausgang des Opera­ tionsverstärkers OP ist über einen Längswiederstand R4 mit der Basis eines Transistors T verbunden, dessen Emitter-Kol­ lektorstrecke zwischen der Gleichspannungsquelle Q und dem Verbraucher 5 geschaltet ist. Der Widerstand R3 verbindet die Spannungsquelle Q mit der Basis von Transistor T. Über einen Schalter 4, der als fernbedienbarer Schalter ausgebil­ det sein kann, ist es möglich, den Weg zwischen Verbraucher 5 und Batterie 6 ein- oder auszuschalten.

Bei Einschalten von Schalter 4 soll zunächst angenommen werden, daß die Batterie 6 die Versorgung des Verbrauchers 5 übernimmt. Durch den Transistor T fließt kein Strom. Die Spannung Ur ist gegenüber dem Bezugspotential (Masse) nega­ tiv. Wird in diesem Zustand von Gleichspannungsquelle Q eine Spannung geliefert, ist der Ausgang des Operationsverstär­ kers OP low, so daß über R3 der Transistor T aktiviert wird. Dieser leitet nun über die Emitter-Kollektorstrecke einen positiv gerichteten Strom auf den Batterie-Pluspol sowie auf den nachfolgenden Verbraucher 5. Der von Transistor T gelie­ ferte Strom steigt solange an, bis am Widerstand R1 eine po­ sitive, der Referenzspannung entsprechende Spannung anliegt. Ist dieser Punkt erreicht, wird durch entsprechende Ausle­ gung von R3 und R4 ein Strom im Transistor T eingestellt, der einen stabilen Wert einnimmt. Dieser ist so bemessen, daß die Batterieladung aufrechterhalten wird und der Verbrau­ cher 5 mit konstanter Spannung Ua versorgt wird. Es wird al­ so eine Regelung des Batterieladestromes und auch eine Rege­ lung der Versorgungsspannung des Verbrauchers 5 realisiert. Beide Ströme, der konstante Batterieladestrom sowie der va­ riable, vom Verbraucher abhängige Ausgangsstrom werden über den Transistor T geliefert. Sollte die vom Sender gelieferte Energie nicht ausreichen, so übernimmt automatisch die Batte­ rie 6 die Versorgung des Restbedarfes (Spitzenstrombedarf).

Claims (5)

1. Schaltung zur Versorgung eines Verbrauchers (5) mit ei­ ner Betriebsspannung (Ua) aus einer Gleichspannungsquel­ le (Q) und zum Aufladen einer dem Verbraucher (5) paral­ lelgeschalteten Batterie (6), die bei Ausfall der Gleichspannungsquelle (Q) den Verbraucher (5) mit Be­ triebsspannung (Ua) versorgt, dadurch gekennzeichnet, daß im Wege zwischen Gleichspannungsquelle Q und dem Verbraucher (5) mit parallelgeschalteter Batterie (6) die Emitter-Kollektorstrecke eines Transistors (T) ge­ schaltet ist, dessen Arbeitspunkt durch eine Spannung (Ur) steuerbar ist, die durch den Batteriestrom in ei­ nem in Reihe mit der Batterie (6) geschalteten Wider­ stand (R1) erzeugt wird.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung (Ur) einem Eingang eines Operationsverstär­ kers (OP) zugeführt ist, dessen zweiter Eingang auf ei­ ne Referenzspannung festgelegt ist und dessen Ausgang mit der Basis des Transistors (T) verbunden ist.

3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzspannung (Ur) für den Operationsverstärker (OP) durch einen Spannungsteiler (R5, R6) aus der Span­ nung der Gleichspannungsquelle (Q) erzeugt ist.

4. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzspannung des Operationsverstärkers (Op) mit­ tels einer Zenerdiode (Z1) aus der Gleichspannungsquel­ le (Q) erzeugt ist.

5. Schaltung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die maximale Spannung der Gleichspan­ nungsquelle (Q) durch ein spannungsbegrenzendes Schalt­ mittel (Z) festgelegt ist.