DE4116318A1 - Anordnung zum schutz von akkumulatoren gegen tiefentladung - Google Patents
Anordnung zum schutz von akkumulatoren gegen tiefentladungInfo
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- H02H7/18—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for batteries; for accumulators
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Schutz von Akkumulatoren
gegen Tiefentladung über die angeschlossene Last. Tiefentladungen zer
stören Akkumulatoren vorzeitig und müssen vermieden werden. Es sollte
ständig und rechtzeitig nachgeladen werden. Bei elektrischen Schaltungen,
die unterbrechungsfrei versorgt werden sollen, wobei gepufferte Batterien
oder Akkus die Stromversorgung kontinuierlich dann übernehmen, wenn ein
Netzausfall eintritt, können solche Tiefentladungen dann auftreten, wenn
der Netzausfall längere Zeit andauert und die Akkumulatoren nicht nachge
laden werden. Neben der Zerstörung des oder der Akkumulatoren ergeben
sich kostenintensive Reparatur- oder Austauscharbeiten und auch der
fehlerfreie Betrieb der gespeisten Baugruppen kann danach nicht mehr ge
währleistet werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Akkumulatoren vor Tiefentladungen gene
rell sicher zu schützen, wobei die Schutzschaltung bei geringem Eigen
stromverbrauch einfach und auch ohne spezielle eigene Stromversorgung
auskommen soll.
Diese Aufgabe wird gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1
gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteran
sprüchen entnehmbar.
Anhand von zwei schematischen Schaltbildern wird die Erfindung im nach
stehenden näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 das Prinzip der erfindungsgemäßen Schaltung,
Fig. 2 den Einsatz dieser Schaltung bei einer unter
brechungslosen Stromversorgung.
In Fig. 1 ist mit RL eine Last bzw. ein Verbraucher bezeichnet, der von
einem Akkumulator G1 gespeist wird. In den Lastkreis ist eine elektro
nische Schalteinrichtung 1, bestehend aus MOS-Transistoren V2, V3 gelegt,
die von einem MOS-Auslösetransistor V4 gesteuert wird. Die MOS-Transistoren
V2, V3 sind im Normalfall (der Akkumulator ist ausreichend geladen) lei
tend. Es handelt sich zweckmäßig um selbstsperrende Transistoren des
N-Kanal-Anreicherungstyp (z. B. Siemens BSS 98), die nur leiten, wenn die
Gate-Source-Spannung über einem bestimmten Wert liegt. Der MOS-Auslöse
transistor V4 ist dagegen zweckmäßig ein selbstleitender Transistor des
N-Kanal-Verarmungstyps (z. B. Siemens BSS 129), der bei Unterschreiten einer
bestimmten Gate-Source-Spannung in den leitenden Zustand übergeht. Dieser
MOS-Auslösetransistor V4 ist im Normalfall (der Akkumulator ist ausreichend
geladen) gesperrt. Der MOS-Auslösetransistor V4 liegt mit seinem Gate an
einem Spannungsteilerpunkt x eines ersten Spannungsteilers mit den Wider
ständen R3, R4, R5, von denen der Widerstand R4 ein Heißleiterwiderstand
ist. Der Source-Anschluß ist an einem Spannungsteilerpunkt y eines zweiten
Spannungsteilers angeschlossen, der die Widerstände R8, R9, R10 aufweist,
von denen der Widerstand R9 ein Heißleiterwiderstand ist. Die Widerstände
R3 und R10 liegen im MΩ-Bereich, die Widerstände R4, R5, R8, R9 im
kΩ-Bereich. Die Widerstände R6 und R7, letzterer ist wieder ein Heiß
leiterwiderstand, stellen die Beschaltung des Drein-Anschlusses von MOS-
Auslösetransistor V4 dar. Die Widerstände dienen einerseits dazu, daß das
Abschaltverhalten des MOS-Auslösetransistors V4 steiler wird. Andererseits
sind die mitwirkenden Heißleiter von ihnen (R4, R9, R7) dazu bestimmt, das
störende, stark temperaturabhängige Schaltverhalten des Auslöse-Transistors
V4 weitgehend zu kompensieren. Mit R2 ist noch ein Entladewiderstand be
zeichnet.
Zur Funktion:
Im Normalfall, bei einer Akkumulatorenspannung von < 2,4 V entsteht an der Gate-Source-Strecke des MOS-Auslösetransistors V4 ein Spannungsab fall von mehr als 1 V, so daß der MOS-Auslösetransistor V4 sperrt.
Im Normalfall, bei einer Akkumulatorenspannung von < 2,4 V entsteht an der Gate-Source-Strecke des MOS-Auslösetransistors V4 ein Spannungsab fall von mehr als 1 V, so daß der MOS-Auslösetransistor V4 sperrt.
Nähert sich die Akkumulatorenspannung durch stetiges Entladen über den
Lastwiderstand RL und den elektronischen Schalter 1 langsam dem Wert von
z. B. 1,5 V, dann wird der MOS-Auslösetransistor V4 leitend, sobald seine
Gate-Source-Spannung unter 1 V abgesunken ist. Die Gate-Source-Spannung
an den MOS-Transistoren V2, V3 - die vorher durch den zweiten Spannungs
teiler mit den Widerständen R8, R9, R10 festgelegt war - wird dann durch
einen neu gebildeten Spannungsteiler aus den Elementen R8, V4, R6, R7
bestimmt. Das Potential am Abgriff y wird abgesenkt und läßt die MOS-
Transistoren V2, V3 in den sperrenden Zustand wechseln. Damit wird der
Lastwiderstand RL vom Akkumulator G1 abgeschaltet.
Fig. 2 zeigt die Erfindung bei einer unterbrechungslosen Stromversorgung
einer Last. Es kann sich hier bei den ständig zu versorgenden Verbrauchern
um RAM-Bausteine, eine Echtzeituhr, CMOS-Schalter oder dgl. handeln. Im
Normalfall findet eine Stromversorgung von einem 5 V-Gleichspannungsnetz
statt. Die Spannung liegt dann an der +5 V-Leitung an. Die Akkumulatoren
G1 bis G4 sind durch Reihen-Parallelschaltung derart zusammengeschaltet,
daß sie als ein Akkumulator betrachtet werden können. Im Normalfall sind
die +5 V vorhanden. Dann ist auch eine ausreichende Emitter-Basis-Spannung
vorhanden, um den Transistor V1 leitend zu machen. Es fließt ein Last
strom von der +5 V-Leitung über die Emitter-Kollektor-Strecke von Tran
sistor V1, Leitung 2, Last RL zum Masseanschluß.
Sinkt die Spannung auf der +5 V-Leitung unter 3,1 V, dann beginnt der
Transistor V1 langsam zu sperren. Die hochohmig werdende Emitter-Kollek
tor-Strecke des Transistors V1 verhindert, daß der Strom über die +5 V-
Leitung zum Netzteil zurückfließen kann. Die Leitung 2 wird nun von den
Akkumulatoren G1/G4 über einen Entladewiderstand R2 mit Strom gespeist.
Ein Kondensator C1 dient dazu, die Spannung auf der Leitung 2 langsam der
auf der Vak- oder +5 V-Leitung anzupassen, da es bei einer zu plötzlichen
Spannungsänderung zu Funktionsstörungen bei den elektronischen Bausteinen
kommen kann. Die Akkumulatorspannung ist so dimensioniert, daß die elek
tronischen Bausteine weiter in Funktion bleiben.
Da keine Ladung der Akkumulatoren G1/G4 vorgesehen ist, könnte ein länge
res Fernbleiben der Netzspannung zu einer Tiefentladung der Akkumulatoren
- wie vorher beschrieben - führen. Die strichpunktiert umrahmte Erfindung
schützt wirkungsvoll davor. Auf die Funktionsbeschreibung zu Fig. 1 wird
dabei Bezug genommen.
Bei einer Wiederkehr der Versorgungsspannung von +5 V an der +5 V-Leitung
und einer Akkumulatorenspannung < 1,5 V ist im ersten Moment das MOS-Tran
sistorpaar V2, V3 im sperrenden Zustand, da die Gate-Source-Spannung an
ihnen zu klein ist. MOS-Transistoren haben aber die Eigenschaft, daß sie,
wenn die Spannung an ihrer Source-Drain-Strecke zu groß wird, durchschal
ten, auch wenn keine Gate-Source-Spannung anliegt. Diese Eigenschaft wurde
hier ausgenutzt, um damit im ersten Moment einen Strom über die Akkumula
toren G1/G4 aufzubauen. Fließt dann ein Strom über den Entladewiderstand
R2, die Akkumulatoren G1/G4 und die MOS-Transistoren V2, V3 gegen Masse,
dann steigt die Spannung an den Akkumulatoren G1/G4 rasch über 1,5 V und
damit auch die Gate-Source-Spannung der MOS-Transistoren V2 und V3 auf
einen ausreichenden Wert.
Durch die Erfindung wird die gestellte Aufgabe in vollem Umfang gelöst.
Claims (10)
1. Anordnung zum Schutz von Akkumulatoren gegen Tiefentladung über die
angeschlossene Last,
dadurch gekennzeichnet
daß im Lastkreis (RL) des Akkumulators (G1) eine elektronische Schalt
einrichtung (1) angeordnet ist, die unterhalb eines definierbaren
Schwellwertes der Akkumulatorenspannung den Lastkreis (RL) unterbricht,
wobei Mittel zur Erfassung der Akkumulatorenspannung die Schalteinrich
tung (1) steuern.
2. Anordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet
daß die elektronische Schalteinrichtung (1) aus zwei parallelgeschal
teten MOS-Transistoren (V2, V3) besteht, die über einen MOS-Auslöse
transistor (V4) ansteuerbar ist, der von der Akkumulatorenspannung be
einflußt wird.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet
daß an den Akkumulator (G1) außer der Last (RL) mit dem in Reihe lie
genden elektronischen Schalter (1) zwei Spannungsteiler angeschlossen
sind, von denen der erste Spannungsteiler über einen spannungsteilenden
Abgriff (x) mit dem Gate-Anschluß und der zweite Spannungsteiler über
einen spannungsteilenden Abgriff (y) einerseits mit dem Source-Anschluß
des MOS-Auslösetransistors (V4) und andererseits mit den Gate-Anschlüssen
der MOS-Transistoren (V2, V3) verbunden ist.
4. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet
daß der erste Spannungsteiler aus der Reihenschaltung dreier Wider
stände (R3, R4, R5) besteht, von denen der mittlere (R4) als Heiß
leiterwiderstand ausgebildet ist.
5. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet
daß der zweite Spannungsteiler ebenfalls aus der Reihenschaltung dreier
Widerstände (R8, R9, R10) aufgebaut ist, von denen der mittlere (R9)
als Heißleiterwiderstand ausgebildet ist.
6. Anordnung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet
daß der eine Widerstand des ersten Spannungsteilers hochohmig (R3),
die beiden anderen (R4, R5) wesentlich niederohmiger sind und daß der
spannungsteilende Abgriff (x) zwischen den niederohmigeren Widerstän
den (R4, R5) liegt.
7. Anordnung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet
daß der eine Widerstand des zweiten Spannungsteilers hochohmig (R10)
und die beiden anderen (R9, R8) wesentlich niederohmiger sind, und daß
der spannungsteilende Abgriff (y) zwischen den niederohmigeren Wider
ständen (R9, R8) liegt.
8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet
daß der Drain-Anschluß des MOS-Auslösetransistors (V4) über einen nor
malen Beschaltungswiderstand (R6) und einen Heißleiterwiderstand (R7)
am Minuspol des Akkumulators (G1) angeschlossen ist.
9. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet
daß als MOS-Auslösetransistor (V4) ein selbstleitender MOS-Transistor
des N-Kanal-Verarmungstyps Verwendung findet.
10. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Transistoren der elektronischen Schalteinrichtung (1) selbst
sperrende MOS-Transistoren des N-Kanal-Anreicherungstyps Verwendung
finden.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19914116318 DE4116318A1 (de) | 1991-05-15 | 1991-05-15 | Anordnung zum schutz von akkumulatoren gegen tiefentladung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19914116318 DE4116318A1 (de) | 1991-05-15 | 1991-05-15 | Anordnung zum schutz von akkumulatoren gegen tiefentladung |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE4116318A1 true DE4116318A1 (de) | 1992-11-19 |
DE4116318C2 DE4116318C2 (de) | 1993-04-22 |
Family
ID=6431952
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19914116318 Granted DE4116318A1 (de) | 1991-05-15 | 1991-05-15 | Anordnung zum schutz von akkumulatoren gegen tiefentladung |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE4116318A1 (de) |
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-
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- 1991-05-15 DE DE19914116318 patent/DE4116318A1/de active Granted
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Also Published As
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---|---|
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