DE4116318A1 - Anordnung zum schutz von akkumulatoren gegen tiefentladung - Google Patents

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 R_L 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.

Nähert sich die Akkumulatorenspannung durch stetiges Entladen über den Lastwiderstand R_L 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 R_L 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 R_L 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 (R_L) des Akkumulators (G1) eine elektronische Schalt­ einrichtung (1) angeordnet ist, die unterhalb eines definierbaren Schwellwertes der Akkumulatorenspannung den Lastkreis (R_L) 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 (R_L) 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.