WO1998011644A1 - Verfahren und anordnung zur abschaltung von verbrauchern - Google Patents

Verfahren und anordnung zur abschaltung von verbrauchern Download PDF

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WO1998011644A1
WO1998011644A1 PCT/EP1997/004664 EP9704664W WO9811644A1 WO 1998011644 A1 WO1998011644 A1 WO 1998011644A1 EP 9704664 W EP9704664 W EP 9704664W WO 9811644 A1 WO9811644 A1 WO 9811644A1
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consumer
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Hartmut Loth-Krausser
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Braun Aktiengesellschaft
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Definitions

  • the invention relates to a method and an arrangement for switching off consumers connected to a voltage source, for example a DC voltage source.
  • Consumers in the sense of this invention are, in particular, electricity consumers, for example electronic circuits, motors, microprocessors or the like, contained in generally known mobile devices which are known per se from solar cells, primary or secondary batteries.
  • Circuits are known from DE 41 31 981 A1 and DE 42 41 066 A1 in which a voltage discriminator determines the voltage of a battery. After reaching a certain voltage value, the current through a consumer connected to the battery is reduced continuously or stepwise to zero by means of a control circuit. However, these circuits only reduce the load on the battery from the most electricity-intensive consumer. Other system components, such as the control circuit itself, continue to drain the battery, albeit more slowly.
  • a circuit for protecting an accumulator from deep discharge which has an electronic switching device which separates the connected load from the accumulator below a definable threshold value of the accumulator voltage.
  • the connected consumers are either abruptly disconnected from the battery or shut down in a certain period of time due to the decreasing battery voltage as the battery discharges, thereby avoiding deep discharge of the battery. This is particularly important in the case of lithium secondary batteries in order to prevent damage to the battery.
  • the present invention is based on the knowledge that various consumers are often present in an electrical device, some of which can be switched off immediately when one or more switch-off conditions occur, whereas another part of the consumers should be slowed down for safety reasons or psychological aspects .
  • An example of this is an electrical household appliance, in particular a battery-operated razor, the motor of which must be slowed down when a switch-off condition occurs in order to prevent painful pinching of whiskers.
  • a microcontroller or a measuring circuit for example, can be quickly switched off.
  • loads connected to a voltage source are separated from a voltage source in two steps in accordance with the method specified in claim 1, namely first the current is reduced by the consumers for which a slow shutdown is required, and then the remaining consumers switched off.
  • the current through the consumers to be regulated is reduced to a presettable value, for example zero.
  • the subsequent switching off of the loads to be switched off preferably also disconnects the already regulated loads from the voltage source. This is particularly necessary if the above-mentioned presettable value is not zero.
  • the switch-off condition is defined by the magnitude of the voltage of a voltage source
  • voltage sensors with a digital output are used so that their output signal changes from LOW to HIGH or vice versa at an adjustable threshold value.
  • This allows the circuit arrangement according to the invention to be selected by selecting the threshold value Adapt voltages from a wide variety of voltage sources, for example any battery types or solar cells.
  • the switch-off condition can also be determined by the temperature or other measured variables, such as, for example, speed, current, brightness or volume, which are detected by appropriate sensors.
  • the regulation of a consumer to be regulated begins only when the output signal of a first voltage sensor detects that the voltage UBATT supplied by the voltage source falls below a certain threshold value UBATTmin or another switch-off condition has occurred. In the case of a solar cell, for example, this occurs with the onset of twilight, and in the case of a secondary battery with increasing discharge.
  • the curtailment process is considered complete when a second voltage sensor detects that the supply voltage UV at the consumers to be curtailed has fallen below a certain threshold value UVmin, or a certain time has elapsed, which is assumed to be long enough to carry out the curtailment. Only then are the loads which can be abruptly switched off, and preferably also for safety reasons, the loads which have already been cut off, separated from the voltage source.
  • the consumers are supplied with current again.
  • the increase in voltage can be caused, for example, by replacing or charging the secondary battery or by connecting a power pack.
  • the power supply unit With an appropriate design of the power supply unit, a two-way operation of the consumers can take place in a manner known per se, i.e. the consumers are supplied with power by the power pack and the secondary battery is recharged if necessary. As a result, the consumers can be operated even when the secondary battery is discharged.
  • FIG. 2 shows an embodiment of the cut-off circuit according to FIG. 1.
  • the circuit arrangement according to the invention contains a first voltage sensor SE1, a second voltage sensor SE2, a controllable switching element M1, a controllable resistance element M2 and a control circuit which contains a logic logic circuit L and a cut-off circuit A.
  • the circuit arrangement has a connection terminal 1, which is connected to the positive pole of a secondary battery B, and a ground terminal 2, which is connected to the negative pole of the secondary battery B.
  • a mechanical switch S1 connects the ground terminal 2 to a ground line section GND2.
  • the first voltage sensor SE1 is connected with its supply voltage and sensor connections between a supply voltage line connected to the connection terminal 1 and the ground line section GND2.
  • the logic logic circuit L is also connected with its supply voltage connections between the supply voltage line and the ground line section GND2.
  • the controllable switch element M 1 is located between the ground line section GND2 and a further ground line section GND3, and has a control input to which an output signal U4 of the logic logic circuit L can be fed.
  • a series connection of the controllable resistance element M2 and the first consumers V is connected between the supply voltage line and the further ground line section GND3. In parallel with this, further loads V1 and the supply voltage connections of the cut-off circuit A are connected.
  • the second voltage sensor SE2 is connected in parallel with the first consumers V with its supply voltage and sensor connections.
  • the outputs of the first voltage sensor SE1, the second voltage sensor SE2, and possibly further sensors SE3 are connected to corresponding inputs of the logic logic circuit L.
  • the output of the first voltage sensor SE1 is also connected to a first input of the cut-off circuit A.
  • a second input of the cut-off circuit A is connected to the connection point between the controllable resistance element M2 and the first consumers V.
  • the control output of the cut-off circuit A is connected to the control input of the controllable resistance elements M2 connected.
  • the mechanical switch S1 is closed to switch on the system.
  • the first voltage sensor SE1 then delivers an output signal U2 which assumes the value HIGH and thereby indicates that the secondary battery voltage UBATT is above a switch-off voltage UBATTmin.
  • the second voltage sensor SE2 supplies an output signal U 1, which assumes the value LOW, and thereby indicates that the supply voltage UV of the first consumer V is below a threshold value UVmin.
  • the output signals U2 and U 1 of the first and second voltage sensors are present at the corresponding inputs of the logic logic circuit L, which supplies the output signal U4 with the value HIGH under these conditions, which is supplied to the controllable switch element M 1.
  • the ground line section GND2 is connected to the further ground line section GND3 by the controllable switch element M 1, so that the further consumers V1, the cut-off circuit A and the second voltage sensor SE2 are supplied with voltage by the secondary battery B.
  • the supply voltage UV of the first consumer V practically corresponds to the supply voltage UBATT of the secondary battery B, and is therefore above a threshold value UVmin. Therefore, the second voltage sensor SE2 delivers an output signal U1, which assumes the value HIGH. The system is now ready for use.
  • the secondary battery voltage UBATT decreases and reaches the shutdown voltage UBATTmin.
  • the output signal U2 of the first voltage sensor SE1 then changes from HIGH to LOW.
  • the cut-off circuit A reduces the supply voltage UV of the first consumers V according to a defined time profile by time-dependent control of the controllable resistance element M2. gig controls so that its resistance value increases over time.
  • the supply voltage UV of the first consumer V is reduced to a threshold value UVmin.
  • this threshold value UVmin is reached, the output voltage of the second voltage sensor SE2 changes from HIGH to LOW.
  • the first voltage sensor SE1 and the logic logic circuit L can be designed so that their supply currents are in the microampere range, the secondary battery B is discharged only so slowly by the voltage sensor SE1 and the logic logic circuit L that it can normally be expected that the secondary battery B is recharged by the user in good time before deep discharge. However, by actuating the mechanical switch S1, the first voltage sensor SE1 and the logic logic circuit L can also be separated from the secondary battery B, so that reliable protection against deep discharge of the secondary battery B can be achieved.
  • the system can be put into operation again by using a power pack.
  • the consumers can only be operated again when a charging power supply has meanwhile charged the secondary battery B to such an extent that the secondary battery voltage UBATT has risen above the value UBATTmin, and thus the first voltage sensor SE1 has an output signal U2 with the HIGH value returns.
  • the system can also be operated using a suitably designed charging power supply unit N even when the secondary battery is discharged.
  • the logic logic circuit L has a further input, to which the output signal U3 of the charging power supply unit N is fed.
  • the output signal of the charging power supply assumes the value HIGH.
  • the mechanical switch is closed S1 thereby sets the output signal U4 of the logic logic circuit L back to the value HIGH, so that the controllable switching element M 1 is closed.
  • the system is thus operated with the current supplied by the charging power supply N.
  • the secondary battery B can be recharged. After the secondary battery B has been fully charged, the charging power supply N switches off.
  • the output signal U3 of the charging power supply N changes from HIGH to LOW.
  • the logic logic circuit L can be designed as an OR gate. In another embodiment of the logic logic circuit, other values can be selected accordingly for the signals U 1, U2 and U3.
  • a relay or a MOS-FET, for example, is used as the controllable switching element M 1.
  • the controllable resistance element M2 is preferably a MOS-FET.
  • the switching threshold of the first voltage sensor SE1 is adjustable.
  • the circuit arrangement can be set to different switch-off voltages and can therefore be adapted to different types of secondary batteries, solar cells, etc.
  • a modified logic logic circuit L has further inputs, the output signals of further sensors SE3 can be fed to them. This makes it possible to implement further shutdown conditions, for example a temperature shutdown, which prevents overheating of a consumer.
  • the first consumers V are regulated down together by the cut-off circuit A.
  • a separate cut-off circuit and a separate controllable resistance element are provided for each consumer to be curtailed.
  • the regulation circuit A has an operational amplifier OP1, whose inverting input is the supply voltage UV first consumer V can be fed.
  • a resistor R1 is connected between the non-inverting input of the operational amplifier OP1 and the further ground line section GND3, and in parallel with it a capacitor C1 and a series circuit comprising a controllable switch M3 and a reference voltage source UREF.
  • the controllable switch M3 has a control input which is connected to the output of the first voltage sensor SE1.
  • the output U5 of the operational amplifier OP1 is connected to the control input of the controllable resistance element M2.
  • the controllable switch M3 is implemented, for example, by a relay or by a MOSFET.
  • the controllable switch M3 When the system is ready for operation, the controllable switch M3 is closed and connects the non-inverting input of the operational amplifier OP1 to the reference voltage source UREF.
  • the supply voltage UV of the first consumers V applied to the inverting input can thus be regulated to the voltage of the reference voltage source UREF. If the output signal of the first voltage sensor SE1 changes from HIGH to LOW, the controllable switch M3 is opened.
  • the capacitor C1 which was previously charged to the reference voltage when the controllable switch M3 is closed, then discharges via the resistor R1. As a result, a time-decreasing reference voltage is generated. This leads to an output signal U5, which also decreases in time, and the supply voltage UV of the first consumers V is correspondingly regulated down to zero by the controllable resistance element M2 with increasing discharge of the capacitor C 1.
  • the reference voltage source UREF is omitted. Instead, the secondary battery voltage UBATT is fed directly to the non-inverting input of the operational amplifier OP1 via the controllable switch M3. This variant is used in cases in which the first consumers V do not necessarily have to be operated with a regulated supply voltage UV.
  • the cut-off circuit only consists of a microcontroller.
  • the first voltage sensor SE1 triggers the cut-off with its output signal U2
  • the voltage at the output U5 of the microcontroller becomes small steps are reduced in order to thereby de-energize the first consumers V by means of the controllable resistance element M2.
  • current, speed, brightness or volume control can be implemented instead of voltage control.
  • a control circuit can be provided which, in the presence of a switch-off condition, supplies the controllable resistance element M2 with a signal U5 which changes over time and is independent of the supply voltage UV of the first consumer V, so as to reduce the current through the first consumer V. .

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Abschaltung von an eine Spannungsquelle, insbesondere eine Gleichspannungsquelle, angeschlossenen Verbrauchern. Gleichspannungssysteme im Sinne dieser Erfindung sind beispielsweise an sich bekannte solarzellen-, primär- oder sekundärbatteriebetriebene zumeist mobile Geräte. Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, daß in einem Spannungssystem häufig verschiedene Verbraucher vorhanden sind, von denen ein Teil bei Eintreten einer oder mehrerer Abschaltbeindungungen sofort abgeschaltet werden kann, wogegen ein anderer Teil der Verbraucher aus sicherheitstechnischen Gründen oder psychologischen Aspekten langsam abgeregelt werden sollte. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden nach Eintreten mindestens einer Abschaltbedingung an eine Spannungsquelle angeschlossene Verbraucher in zwei Schritten von einer Spannungsquelle getrennt, nämlich zuerst wird der Strom durch die Verbraucher verringert, für die eine langsame Abregelung geboten ist, und danach der Strom durch die restlichen Verbraucher abgeschaltet. Es ist eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens angegeben, die ein steuerbares Widerstandselement (M2) zur Abregelung mindestens eines ersten Verbrauchers (V) und ein steuerbares Schaltelement (M1) zur Abschaltung mindestens eines weiteren Verbrauchers (V1) aufweist, die durch eine Regelschaltung ansteuerbar sind, wobei die Regelschaltung so ausgebildet ist, daß erst nach Verringerung des durch den ersten Verbraucher (V) fließenden Stroms der weitere Verbraucher (V1) abschaltbar ist.

Description

Verfahren und Anordnung zur Abschaltung von Verbrauchern
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Abschaltung von an eine Spannungsquelle, beispielsweise eine Gleichspannungsquelle, angeschlossenen Verbrauchern. Verbraucher im Sinne dieser Erfindung sind insbesondere in an sich bekannten Solarzellen-, primär- oder sekundärbatteriebetriebenen zumeist mobilen Geräten enthaltene Stromverbraucher, beispielsweise elektronische Schaltungen, Motore, Mikroprozessoren oder dergleichen.
Aus den DE 41 31 981 A1 und DE 42 41 066 A1 sind Schaltungen bekannt, bei denen ein Spannungsdiskriminator die Spannung einer Batterie bestimmt. Nach Erreichen eines bestimmten Spannungswerts wird der Strom durch einen an die Batterie angeschlossenen Verbraucher mittels einer Steuerschaltung kontinuierlich oder stufenweise auf Null reduziert. Allerdings wird bei diesen Schaltungen lediglich die Belastung der Batterie durch den stromintensivsten Verbraucher reduziert. Andere Systemkomponenten, beispielsweise die Steuerschaltung selbst, entleeren die Batterie weiter, wenn auch langsamer.
Aus der DE 41 1 6 318 A1 ist eine Schaltung zum Schutz eines Akkumulators vor Tiefentladung bekannt, die eine elektronische Schalteinrichtung aufweist, die unterhalb eines definierbaren Schwellwerts der Akkumulatorspannung die angeschlossene Last vom Akkumulator trennt.
Bei den bekannten Schaltungen werden somit aufgrund der bei fortschreitender Entladung der Batterie abnehmenden Batteriespannung die angeschlossenen Verbraucher entweder abrupt von der Batterie getrennt oder in einem gewissen Zeitraum abgeregelt, und dadurch eine Tiefentladung der Batterie vermieden. Dies ist insbesondere bei Lithium-Sekundärbatterien wichtig, um eine Schädigung der Batterie zu verhindern.
Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, daß in einem elektrischen Gerät häufig verschiedene Verbraucher vorhanden sind, von denen ein Teil bei Eintreten einer oder mehrerer Abschaltbedingungen sofort abgeschaltet werden kann, wogegen ein anderer Teil der Verbraucher aus sicherheitstechnischen Gründen oder psychologischen Aspekten langsam abgeregelt werden sollte. Als Beispiel hierfür soll ein elektrisches Haushaltsgerät, insbesondere ein batteriebetriebener Rasierer genannt sein, dessen Motor bei Eintreten einer Abschaltbedingung langsam abgeregelt werden muß, um ein schmerzhaftes Einklemmen von Barthaaren zu verhindern. Dagegen kann beispielsweise ein Mikrocontroller oder eine Meßschaltung schnell abgeschaltet werden.
Aber auch bei Systemen, die an sich eine schnelle Abschaltung zuließen, kann eine langsame Verringerung der Intensität von wahrnehmbaren Funktionsindikatoren wie beispielsweise Leucht- oder Lautstärke dem Benutzer einen Hinweis auf die eingetretene Entladung der Sekundärbatterie geben, wogegen ein plötzliches Funktionsende einen Defekt suggerieren könnte.
Bei der vorliegenden Erfindung werden nach Eintreten mindestens einer Abschaltbedingung an eine Spannungsquelle angeschlossene Verbraucher gemäß dem im Anspruch 1 angegebenen Verfahren in zwei Schritten von einer Spannungsquelle getrennt, nämlich zuerst wird der Strom durch die Verbraucher verringert, für die eine langsame Abregelung geboten ist, und danach die restlichen Verbraucher abgeschaltet.
Durch die zeitlich hintereinander erfolgende Abschaltung der verschiedenen Verbraucher bleiben insbesondere die Systeme, die zum langsamen Abregein der Verbraucher benötigt werden, solange funktionsfähig, bis der Abregelungsprozeß abgeschlossen ist. Danach werden auch diese Systeme abgeschaltet.
Der Strom durch die abzuregelnden Verbraucher wird erfindungsgemäß bis auf einen voreinstellbaren Wert, beispielsweise Null, reduziert. Durch die nachfolgende Abschaltung der abzuschaltenden Verbraucher werden vorzugsweise auch die bereits abgeregelten Verbraucher von der Spannungsquelle getrennt. Dies ist insbesondere dann nötig, wenn der oben genannte voreinstellbare Wert nicht gleich Null ist.
In dem Fall, in dem die Abschaltbedingung durch die Größe der Spannung einer Spannungsquelle definiert ist, ist es besonders vorteilhaft, wenn Spannungssensoren mit digitalem Ausgang verwendet werden, so daß deren Ausgangssignal bei einem einstellbaren Schwellwert von LOW auf HIGH oder umgekehrt wechselt. Dadurch läßt sich durch Wahl des Schwellwerts die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung an die Spannungen unterschiedlichster Spannungsquellen, beispielsweise beliebige Batteπety- pen oder Solarzellen, anpassen.
Die Abschaltbedingung kann jedoch auch durch die Temperatur oder andere Meßgrößen, wie beispielsweise Drehzahl, Strom, Helligkeit oder Lautstärke, festgelegt werden, die durch entsprechende Sensoren erfaßt werden.
Erfindungsgemäß beginnt die Abregelung eines abzuregelnden Verbrauchers erst dann, wenn das Ausgangssignai eines ersten Spannungssensors das Unterschreiten der von der Spannungsquelle gelieferten Spannung UBATT unter einen bestimmten Schwellwert UBATTmin detektiert oder eine andere Abschaltbedingung eingetreten ist. Dieser Fall tritt bei einer Solarzelle beispielsweise mit eintretender Dämmerung ein, bei einer Sekundärbatterie mit zunehmender Entladung. Der Abregelungsvorgang gilt als abgeschlossen, wenn ein zweiter Spannungssensor das Unterschreiten der an den abzuregelnden Verbrauchern anliegenden Versorgungsspannung UV unter einen bestimmten Schwellwert UVmin detektiert, oder eine bestimmte Zeit verstrichen ist, von der angenommen wird, daß sie für die Durchführung der Abregelung ausreichend lang ist. Erst danach werden die abrupt abschaltbaren Verbraucher und vorzugsweise auch sicherheitshalber die bereits abgeregelten Verbraucher von der Spannungsquelle getrennt.
Steigt die Spannung der Spannungsquelle wieder über diesen Schwellwert UBATTmin oder einen anderen Schweliwert UBATTmin' an, werden die Verbraucher wieder mit Strom versorgt. Das Ansteigen der Spannung kann beispielsweise durch Austausch oder Aufladen der Sekundärbatterie oder durch Anschließen eines Netzteils bedingt sein.
Bei entsprechender Auslegung des Netzteils kann in an sich bekannter Weise ein two- way-Betπeb der Verbraucher erfolgen, d.h. die Verbraucher werden durch das Netzteil mit Strom versorgt und ggfs. die Sekundärbatterie wieder aufgeladen. Dadurch können die Verbraucher auch bei entladener Sekundärbatterie betrieben werden.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausfuhrungsbeispiels für eine Schaltungsanordnung zur Abschaltung von an eine Spannungsquelle angeschlossenen Verbrauchern erläutert, die in den Zeichnungen dargestellt ist. Weitere Ausgestaltungen sind in der Beschreibung beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung;
Fig. 2 eine Ausführung der Abregelungsschaltung nach Fig. 1 .
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung enthält einen ersten Spannungssensor SE1 , einen zweiten Spannungssensor SE2, ein steuerbares Schaltelement M1 , ein steuerbares Widerstandselement M2 und eine Regelschaltung, die eine logische Verknüpfungsschaltung L und eine Abregelungsschaltung A enthält. Die Schaltungsanordnung weist eine Anschlußklemme 1 auf, die mit dem Pluspol einer Sekundärbatterie B verbunden ist, sowie eine Masseklemme 2, die mit dem Minuspol der Sekundärbatterie B verbunden ist. Ein mechanischer Schalter S1 verbindet die Masseklemme 2 mit einem Masseleitungsteilstück GND2. Der erste Spannungssensor SE1 ist mit seinen Versorgungsspannungs- und zugleich Senseanschlüssen zwischen eine mit der Anschlußklemme 1 verbundene Versorgungsspannungsleitung und das Masseleitungsteil- stück GND2 geschaltet. Die logische Verknüpfungsschaltung L ist mit ihren Versor- gungsspannungsanschlüssen ebenfalls zwischen die Versorgungsspannungsleitung und das Masseleitungsteilstück GND2 geschaltet. Das steuerbare Schalterelement M 1 befindet sich zwischen dem Masseleitungsteilstück GND2 und einem weiteren Masseleitungsteilstück GND3, und weist einen Steuereingang auf, dem ein Ausgangssignai U4 der logischen Verknüpfungsschaltung L zuführbar ist. Eine Reihenschaltung aus dem steuerbaren Widerstandselement M2 und ersten Verbrauchern V ist zwischen die Versorgungsspannungsleitung und das weitere Masseleitungsteilstück GND3 geschaltet. Parallel dazu sind weitere Verbraucher V1 sowie die Versorgungsspannungsanschlüsse der Abregelungschaltung A geschaltet. Der zweite Spannungssensor SE2 ist mit seinen Versorgungsspannungs- und Senseanschlüssen parallel zu den ersten Verbrauchern V geschaltet.
Die Ausgänge des ersten Spannungssensors SE1 , des zweiten Spannungssensors SE2, und gegebenenfalls weiterer Sensoren SE3 sind mit entsprechenden Eingängen der logischen Verknüpfungsschaltung L verbunden. Der Ausgang des ersten Spannungssensors SE1 ist ferner mit einem ersten Eingang der Abregelungsschaltung A verbunden. Ein zweiter Eingang der Abregelungsschaltung A ist mit dem Verbindungspunkt zwischen dem steuerbaren Widerstandselement M2 und den ersten Verbrauchern V verbunden. Der Steuerausgang der Abregelungsschaltung A ist mit dem Steuereingang des steuerbaren Widerstandselements M2 verbunden.
Nachfolgend wird die Funktion der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung beschrieben, wobei von der Anfangsbedingung ausgegangen wird, daß die Sekundärbatterie B aufgeladen ist.
Zum Einschalten des Systems wird der mechanische Schalter S1 geschlossen. Daraufhin liefert der erste Spannungssensor SE1 ein Ausgangssignai U2, das den Wert HIGH annimmt, und dadurch anzeigt, daß die Sekundärbatteriespannung UBATT über einer Abschaltspannung UBATTmin liegt. Der zweite Spannungssensor SE2 liefert ein Ausganssignal U 1 , das den Wert LOW annimmt, und dadurch anzeigt, daß die Versorgungsspannung UV der ersten Verbraucher V unterhalb eines Schwellwerts UVmin liegt. Die Ausgangssignale U2 und U 1 des ersten bzw. zweiten Spannungssensors liegen an den entsprechenden Eingängen der logischen Verknüpfungsschaltung L an, die unter diesen Bedingungen das Ausgangssignai U4 mit dem Wert HIGH liefert, das dem steuerbaren Schalterelement M 1 zugeführt wird. Dadurch wird durch das steuerbare Schalterelement M 1 das Masseleitungsteilstück GND2 mit dem weiteren Masseleitungsteilstück GND3 verbunden, so daß die weiteren Verbraucher V1 , die Abregelungsschaltung A und der zweite Spannungssensor SE2 durch die Sekundärbatterie B mit Spannung versorgt werden. Das am ersten Eingang der Abregelungsschaltung A anliegende Ausgangssignai U2 des ersten Spannungssensors SE1 , das den Wert HIGH annimmt, bewirkt, daß die Abregelungsschaltung A das steuerbare Widerstandselement M2 durchschaltet, so daß auch die ersten Verbraucher V über das steuerbare Widerstandselement M2 mit Spannung versorgt werden. Dabei entspricht die Versorgungsspannung UV der ersten Verbraucher V praktisch der Versorgungsspannung UBATT der Sekundärbatterie B, und liegt somit über einem Schwellwert UVmin. Daher liefert der zweite Spannungssensor SE2 ein Ausgangssignai U1 , das den Wert HIGH annimmt. Damit befindet sich jetzt das System im betriebsbereiten Zustand.
Mit zunehmender Betriebsdauer nimmt die Sekundärbatteriespannung UBATT ab, und erreicht die Abschaltspannung UBATTmin. Daraufhin ändert sich das Ausgangssignai U2 des ersten Spannungssensors SE1 von HIGH auf LOW. Daraufhin reduziert die Abregelungsschaltung A nach einem definierten zeitlichen Verlauf die Versorgungsspannung UV der ersten Verbraucher V, indem sie das steuerbare Widerstandselement M2 zeitabhän- gig so steuert, daß sich dessen Widerstandswert zeitabhängig vergrößert. Dadurch verringert sich die Versorgungsspannung UV der ersten Verbraucher V bis auf einen Schwellwert UVmin. Beim Erreichen dieses Schwellwerts UVmin wechselt die Ausgangsspannung des zweiten Spannungssensors SE2 von HIGH auf LOW. Da jetzt beide Ausgangsspannungen U1 und U2 der Spannungssensoren den Wert LOW annehmen, wechselt die Ausgangsspannung U4 der logischen Verknüpfungsschaltung L von HIGH auf LOW, wodurch das steuerbare Schaltelement M 1 geöffnet wird. Dadurch werden alle Verbraucher außer dem Spannungssensor SE1 und der logischen Verknüpfungsschaltung L von der Sekundärbatterie B getrennt.
Da der erste Spannungssensor SE1 und die logische Verknüpfungsschaltung L so ausgelegt sein können, daß ihre Versorgungsströme im Mikroamperebereich liegen, wird durch den Spannungssensor SE1 und die logische Verknüpfungsschaltung L die Sekundärbatterie B nur so langsam entladen, daß normalerweise damit gerechnet werden kann, daß die Sekundärbatterie B vom Benutzer rechtzeitig vor einer Tiefentladung wieder aufgeladen wird. Jedoch kann durch Betätigen des mechanischen Schalters S1 auch noch der erste Spannungssensor SE1 und die logische Verknüpfungsschaltung L von der Sekundärbatterie B getrennt werden, so daß dadurch ein sicherer Schutz vor Tiefentladung der Sekundärbatterie B erreicht werden kann.
Nach Entladung der Sekundärbatterie B kann das System durch den Einsatz eines Netzteils wieder in Betrieb genommen werden. Durch Betätigen des mechanischen Schalters S1 können die Verbraucher erst dann wieder betrieben werden, wenn zwischenzeitlich ein Ladenetzteil die Sekundärbatterie B so weit aufgeladen hat, daß die Sekundärbatteriespannung UBATT über den Wert UBATTmin angestiegen ist, und somit der erste Spannungssensor SE1 wieder ein Ausgangssignai U2 mit dem Wert HIGH liefert.
Bei einer anderen Ausführung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung kann das System auch bei entladener Sekundärbatterie allein über ein entsprechend ausgelegtes Ladenetzteil N betrieben werden. Dazu weist die logische Verknüpfungsschaltung L einen weiteren Eingang auf, dem das Ausgangssignai U3 des Ladenetzteils N zugeführt wird. Solange das Ladenetzteil N mit dem Netz verbunden ist, nimmt das Ausgangs- signal des Ladenetzteils den Wert HIGH an. Bei geschlossenem mechanischem Schalter S1 wird dadurch das Ausgangssignai U4 der logischen Verknüpfungsschaltung L wieder auf den Wert HIGH gesetzt, so daß das steuerbare Schaltelement M 1 geschlossen wird. Damit wird das System mit dem vom Ladenetzteil N gelieferten Strom betrieben. Gleichzeitig kann die Sekundärbatterie B wieder aufgeladen werden. Nach vollständiger Aufladung der Sekundärbatterie B schaltet sich das Ladenetzteil N ab. Gleichzeitig wechselt das Ausgangssignai U3 des Ladenetzteils N von HIGH auf LOW.
Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß das Ausgangssignai U4 der logischen Verknüpfungsschaltung L nur dann den Wert LOW annimmt, und damit das steuerbare Schaltelement M 1 öffnet, wenn jedes der drei Signale U 1 , U2 und U3 den Wert LOW annimmt. Daher kann die logische Verknüpfungsschaltung L als ODER-Gatter ausgeführt sein. Bei einer anderen Ausführung der logischen Verknüpfungsschaltung können für die Signale U 1 , U2 und U3 entsprechend andere Werte gewählt sein. Als steuerbares Schaltelement M 1 findet beispielsweise ein Relais oder ein MOS-FET Verwendung. Das steuerbare Widerstandselement M2 ist vorzugsweise ein MOS-FET.
Bei einer weiteren Ausführung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist die Schaltschwelle des ersten Spannungssensors SE1 einstellbar. Dadurch kann die Schaltungsanordnung auf unterschiedliche Abschaltspannungen eingestellt werden, und ist daher an verschiedene Sekundärbatterie-Typen, Solarzellen, etc. anpaßbar.
Wenn eine modifizierte logische Verknüpfungsschaltung L weitere Eingänge aufweist, können diesen die Ausgangssignale weiterer Sensoren SE3 zugeführt werden. Dadurch lassen sich weitere Abschaltbedingungen realisieren, beispielsweise eine Temperaturabschaltung, die ein Überhitzen eines Verbrauchers verhindert.
Wie in Fig. 1 dargestellt ist, werden die ersten Verbraucher V gemeinsam durch die Abregelungsschaltung A abgeregelt. Bei einer modifizierten Schaltungsanordnung ist für jeden abzuregelnden Verbraucher eine eigene Abregelungsschaltung und ein eigenes steuerbares Widerstandselement vorgesehen.
Nachfolgend wird eine vorteilhafte Ausbildung der Abregelungsschaltung A beschrieben, die in Fig. 2 dargestellt ist. Die Abregelungsschaltung A weist einen Operationsverstärker OP1 auf, dessen invertierendem Eingang die Versorgungsspannung UV der ersten Verbraucher V zuführbar ist. Zwischen den nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers OP1 und das weitere Masseleitungsteilstück GND3 ist ein Widerstand R1 und parallel dazu ein Kondensator C1 sowie eine Reihenschaltung aus einem steuerbaren Schalter M3 und einer Referenzspannungsquelle UREF geschaltet. Der steuerbare Schalter M3 weist einen Steuereingang auf, der mit dem Ausgang des ersten Spannungssensors SE1 verbunden ist. Der Ausgang U5 des Operationsverstärkers OP1 ist mit dem Steuereingang des steuerbaren Widerstandselements M2 verbunden. Der steuerbare Schalter M3 ist beispielsweise durch ein Relais oder durch einen MOSFET realisiert.
Im betriebsbereiten Zustand des Systems ist der steuerbare Schalter M3 geschlossen und verbindet den nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers OP1 mit der Referenzspannungsquelle UREF. Somit kann die am invertierenden Eingang anliegende Versorgungsspannung UV der ersten Verbraucher V auf die Spannung der Referenzspannungsquelle UREF geregelt werden. Wechselt das Ausgangssignai des ersten Spannungssensors SE1 von HIGH auf LOW, wird der steuerbare Schalter M3 geöffnet. Daraufhin entlädt sich der Kondensator C1 , der zuvor bei geschlossenem steuerbaren Schalter M3 auf die Referenzspannung aufgeladen war, über den Widerstand R1 . Dadurch wird eine zeitlich sich verringernde Referenzspannung erzeugt. Dies führt zu einem sich ebenfalls zeitlich verringernden Ausgangssignai U5, und die Versorgungsspannung UV der ersten Verbraucher V wird entsprechend durch das steuerbare Widerstandselement M2 mit zunehmender Entladung des Kondensators C 1 bis auf Null abgeregelt.
Bei einer anderen Variante der Abregelungsschaltung ist die Referenzspannungsquelle UREF weggelassen. Statt dessen wird über den steuerbaren Schalter M3 dem nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers OP1 direkt die Sekundärbatteriespannung UBATT zugeführt. Diese Variante findet in solchen Fällen Verwendung, bei denen die ersten Verbraucher V nicht unbedingt mit einer geregelten Versorgungsspannung UV betrieben werden müssen.
Bei einer weiteren Variante der Abregelungsschaltung besteht diese lediglich aus einem Mikrocontroller. Wenn der erste Spannungssensor SE1 mit seinem Ausgangssignai U2 die Abregelung auslöst, wird die Spannung am Ausgang U5 des Mikrocontrollers in kleinen Schritten reduziert, um dadurch mittels des steuerbaren Widerstandselements M2 die ersten Verbraucher V abzuregein.
Bei weiteren Varianten kann statt einer Spannungsregelung eine Strom-, Drehzahl- Helligkeits-, oder Lautstärkeabregelung realisiert sein.
Ferner kann statt einer Abregelungsschaltung eine Steuerschaltung vorgesehen sein, die dem steuerbaren Widerstandselement M2 bei Vorliegen einer Abschaltbedingung ein zeitlich sich veränderndes Signal U5 zuführt, das unabhängig von der Versorgungsspannung UV der ersten Verbraucher V ist, um so den Strom durch die ersten Verbraucher V zu verringern.

Claims

Patentansprüche:
1 . Verfahren zum Abschalten eines elektrischen Geräts mit mehreren an eine Spannungsquelle angeschlossenen Verbrauchern, bei dem der von der Spannungsquelle gelieferte Strom kontinuierlich oder schrittweise verringert wird, dadurch gekennzeichnet, daß in einem ersten ersten Schritt der von der Spannungsquelle (B) an einen oder mehrere erste(n) Verbraucher (V) gelieferte Strom verringert wird, und daß danach in einem zweiten Schritt der von der Spannungsquelle (B) an einen oder mehrere weitere(n) Verbraucher (V1 ) gelieferte Strom abgeschaltet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der an den oder die ersten Verbraucher (V) gelieferte Strom bis auf einen voreinstellbaren Wert, beispielsweise Null, verringert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig mit dem Abschalten des oder der weiteren Verbraucher(s) (V1 ) auch der oder die erste(n) Verbraucher (V) abgeschaltet wird (werden).
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung der Spannungsquelle (B) durch einen ersten Spannungssensor (SED bestimmt wird, der ein Ausgangssignai (U2) liefert, und daß der an den oder die ersten Verbraucher (V) gelieferte Strom verringert wird, wenn die Spannung (UBATT) der Spannungsquelle (B) einen Schwellwert unterschreitet.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein weiterer Sensor (SE3), insbesondere ein Temperatursensor vorhanden ist, der ein Ausgangssignai liefert, und daß der an den oder die ersten Verbraucher (V) gelieferte Strom verringert wird, wenn das Ausgangssignai des weiteren Sensors (SE3) einen Schwellwert über- oder unterschreitet.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß nach Ablauf einer bestimmten Zeit nach Beginn der Verringerung des an den oder die ersten Verbraucher (V) gelieferten Stroms zumindest der an die weiteren Verbraucher (V 1 ) gelieferte Strom abgeschaltet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung am ersten Verbraucher (V) durch einen zweiten Spannungssensor (SE2) bestimmt wird, der ein Ausgangssignai (U 1 ) liefert, und daß zumindest der an die weiteren Verbraucher (V1 ) gelieferte Strom abgeschaltet wird, wenn die Spannung am ersten Verbraucher (V) einen Schwellwert unterschreitet.
8. Schaltungsanordnung zur Abschaltung mindestens eines an eine Spannungsquelle (B) angeschlossenen Verbrauchers (V) mit einem steuerbaren Widerstandselement (M2) und einer das steuerbare Widerstandselement (M2) ansteuernden Regelschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung ferner ein steuerbares Schaltelement (M1 ) zur Abschaltung mindestens eines weiteren Verbrauchers (V1 ) aufweist, das durch die Regelschaltung ansteuerbar ist,, und daß die Regelschaltung so ausgebildet ist, daß erst nach Verringerung des durch mindestens einen ersten Verbraucher (V) fließenden Stroms der oder die weitere(n) Verbraucher (V1 ) durch Ansteuerung des steuerbaren Schaltelements (M 1 ) abschaltbar ist (sind).
9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelschaltung so ausgebildet ist, daß erst nach Verringerung des durch den oder die ersten Verbraucher (V) fließenden Stroms der oder die ersten Verbraucher (V) durch Ansteuerung des steuerbaren Schaltelements (M 1 ) abschaltbar ist (sind).
10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelschaltung eine logische Verknüpfungsschaltung (L) und eine Abregelungsschaltung (A) enthält, denen ein Ausgangssignai (U2) eines ersten Spannungssensors (SE1 ) zur Bestimmung der Spannung (UBATT) der Spannungsquelle (B) zuführbar ist.
1 1 . Schaltungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der logischen Verknüpfungsschaltung (L) ein Ausgangssignai (U1 ) eines zweiten Spannungssensors (SE2) zur Bestimmung der an dem oder den ersten Verbraucher(n) (V) anliegenden Spannung (UV) zuführbar ist.
1 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10 oder 1 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsquelle (B) eine Batterie oder eine mindestens eine Solarzelle enthaltende Gleichspannungsquelle ist.
1 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 2, dadurch gekennzeichnet, daß der logischen Verknüpfungsschaltung (L) ein Ausgangssignai (U3) eines Ladenetzteils (N) zum Laden einer Sekundärbatterie zuführbar ist.
14. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 1 3, dadurch gekenneichnet, daß der Regelschaltung ein Ausgangssignai mindestens eines weiteren Sensors (SE3), insbesondere eines Temperatursensors, zuführbar ist.
1 5. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeischaltung eine Zeitschaltung enthält, die nach einer bestimmten Zeit nach Beginn der Verringerung des Stroms die Verbraucher abschaltet.
1 6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 1 5, dadurch gekennzeichnet, daß das steuerbare Widerstandselement (M2) ein MOSFET ist, der von der Abregelungsschaltung (A) ansteuerbar ist, und daß das steuerbare Schaltelement (M 1 ) ein MOSFET oder ein Relais ist, das von der logischen Verknüpfungsschaltung (L) ansteuerbar ist.
1 7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 1 6, dadurch gekennzeichnet, daß die logische Verknüpfungsschaltung (L) ein ODER-Gatter aufweist.
1 8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 1 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Abregelungsschaltung (A) ein Signal zuführbar ist, das der an den ersten Verbrauchern (V) anliegenden Spannung (UV) entspricht.
1 9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abregelungsschaltung (A) einen Operationsverstärker (OP1 ) enthält, dem das der an den ersten Verbrauchern (V) anliegenden Spannung (UV) entsprechende Signal sowie eine Referenzspannung (UREF; UBATT) zuführbar ist, und dessen Ausgangs- signal (U5) dem steuerbaren Widerstandselement (M2) zuführbar ist.
20. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Abregelungsschaltung (A) einen steuerbaren Schalter (M3) enthält, der durch den ersten Spannungssensor (SED steuerbar ist, und daß durch den steuerbaren Schalter (M3) statt der Referenzspannung (UREF) eine sich verändernde Spannung, insbesondere die Spannung eines sich über einen Widerstand (R1 ) entladenden Kondensators (C D, dem Operationsverstärker (OP1 ) zuführbar ist.
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