DD246660B1

DD246660B1 - Spannungsregler fuer ein batteriebetriebenes elektronisches geraet

Info

Publication number: DD246660B1
Application number: DD28775386A
Authority: DD
Inventors: Gunther Papsdord; Burkhard Mann; Gerhard Fischer
Original assignee: Robotron Messelekt
Priority date: 1986-03-11
Filing date: 1986-03-11
Publication date: 1990-03-21
Also published as: DD246660A1

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft etnen Spannungsregler zur Erzeugung einer konstanten Versorgungsspannung zum Betrieb einer elektronischen Schaltung aus einer Batterie, sowie deren elektronische Ein- und Ausschaltung.

Die Schaltung ist vorzugsweise in portablen, batteriebetriebenen Meßgeräten für industriellen Einsatz mit Folien- oder anderen nichtrostenden Tasten als Bedienelemente einsetzbar.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Elektronische Gerate, insbesondere digitale elektronische Meßgeräte mit Mikrorechnersteuerung, benötigen zum Betrieb eine konstante Versorgungsspannung von üblicherweise 5V ± 5%.

Die Ein- und Ausschaltung dieser Geräte erfolgt durch rastende mechanische Schalter oder unter Verwendung von elektromechanischen Relais. Zur Regelung der Versorgungsspannung sind je nach Leistungsbedarf des elektronischen Gerätes und der zum Einsatz kommenden Batterie Längsregler oder Transverter gebräuchlich. Zur Ein- und Ausschaltung mit nichtrastenden Tasten sind ständig an der Batterie arbeitende Flipflops in CMOS-Technik bekannt, die einen der Regelung vorgeschalteten Transistorschalter ansteuern, oder es wird zusätzlich zur Regelung der Transverter damit gesteuert.

Beide Prinzipien benotigen einen relativ hohen Bauelementeaufwand und haben bei einer Batteriespannung von 7,2 V einen schlechten Wirkungsgrad, der sich in einer unwirtschaftlichen Batterieausnutzung bzw. kurzen Betriebszeit je Ladung äußert.

Die Nutzung des Leistungstransistors eines Längsreglers zur Unterbrechung der Ausgangsspannung wird in der US-PS 4176309 beschrieben. Die Erzeugung der Referenzspannung und die Speisung des Regelverstärkers müssen hier zur Gewährleistung der Funktion durch die nichtstabilisierte Rohspannung erfolgen. Nachteilig sind hierbei der ständige Energieverbrauch für Referenzelement und Regetverstärker. Die Ansteuerung könnte hier in der obengenannten Weise durch eine gesonderte CMOS-Logikschaltung, die ständig in Betrieb ist, erfolgen.

Für industrielle Zwecke sind weiterhin Überwachungsschaltungen zur Kontrolle von Spannungen, Strömen oder anderen physikalischen Größen bekannt, die in ein elektrisches Äquivalent umformbar sind, die auf der Basis von Operationsverstärkern arbeiten bzw. eine ähnliche Wirkungsweise durch diskret realisierte Differenzverstärker erzielen.

In der DD-PS 153655 wird eine diskrete Realisierung einer Überwachungsschaltung mit geringem Leistungsbedarf dargelegt, die gegenüber hochverstärkenden Operationsverstärkern bessere Eigenschaften erzielen soll. Der Einsatz dieses Prinzips zum Tiefentladeschutz einer Speisebatterie ist jedoch nicht möglich, da sie im Abschaltfalle weiterhin Energie verbraucht.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zu schaffen, die mit wenigen rein elektronischen Bauelementen eine Spannungsregelung gestattet, wobei sie einen guten Wirkungsgrad besitzen, mechanisch robust und ohne Verschleiß arbeiten muß und gegenüber Umgebungstemperaturanderungen unempfindlich ist

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, mit dieser Schaltungsanordnung gleichzeitig die Funktionen des Gerateschalters und eines Tiefentladeschutzes fur die Speisebattene sowie des Unterspannungsschutzes fur die zu versorgenden elektronischen Schaltungen auszuüben

Die Aufgabe wird mit einem Spannungsregler fur ein batteriebetriebenes Gerat mit Tiefentladeschutz der zur Speisung eingesetzten wieder aufladbaren Batterien sowie Ein- und Ausschaltung des Gerätes über nichtrastende Bedienelemente unter Verwendung eines Langsreglers dadurch gelost, daß erfindungsgemaß die positiven Betriebsspannungsklemmen eines Regelverstarkers und eines Sollwertgebers, der aus einem Widerstand und einer in Reihe angeordneten Referenzspannungsquelle besteht, mit dem Kollektor des Langsreglers verbunden sind und die Basis des Langsreglers einerseits an die Ausgangsklemme des Regelverstarkers und andererseits an eine Anlaufschaltung angeschlossen ist Diese Anlaufschaltung besteht aus einem Vorwiderstand, und einem weiteren Widerstand, zu dem ein Kondensator parallel geschaltet ist und ist über einen Schalter mit Masse verbunden Parallel zur Referenzspannungsquelle ist eine Ausschalttaste vorgesehen, sie ist einerseits mit dem Referenzeingang eines Komparators und andererseits mit Masse verbunden Die positive Betriebsspannungsklemme liegt an dem Kollektor des Langsreglers an Der Eingang des Komparators ist über einen aus zwei Widerstanden bestehenden Spannungsteiler an die Battenespannungsquelle und an den Emitter des Langsreglers angeschlossen Der Ausgang des Komparators ist mit der Basis eines invers betriebenen Abschalttransistors verbunden, der den nichtinvertierenden Eingang des Regelverstarkers mit dem Kollektor des Langsreglers verbindet Es ist vorteilhaft den Regelverstarker und den Komparator als Doppeloperationsverstarker mit Open-Collektor-Ausgangen auszubilden

Zur Erzeugung der konstanten positiven Betriebsspannung wird ein pnp-Transistor als Langsregler eingesetzt, der von einem als Regelverstarker arbeitenden Operationsverstärker angesteuert wird Als Istwertgeber wird, wie üblich, ein Spannungsteiler verwendet Ein elektronisch erzeugtes Spannungsnormal dient als Sollwertgeber Die elektronische Ein- und Ausschaltung wird dadurch erreicht, daß der Regelverstarkerund das Spannungsnormal selbst aus der geregelten Spannung gespeist werden Durch eine einfache Hilfsschaltung wird ein Anlaufen dieser selbsthaltenden Schaltungsanordnung gewährleistet, wahrend die Abschaltung,durch Kurzschließen des Spannungsnormals, der Ausgangsspannung oder Verbinden der Ausgangsspannung mit dem nichtinvertierenden Eingang des Regelverstarkers erfolgen kann

Gleichzeitig dient das Spannungsnormal zum Vergleich mit der über einen weiteren Spannungsteiler reduzierten Batteriespannung als Abschaltkriterium fur die Ansteuerung eines Abschalttransistors durch einen als Komparator arbeitenden zweiten Operationsverstärker Die Schaltung laßt sich in analoger Weise mit Transistoren des entgegengesetzten Typs fur negative Betriebsspannung realisieren

Ausfuhrungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausfuhrungsbeispiels naher erläutert werden In der Zeichnung ist ein Spannungsregler mit elektronischer Selbstschaltung dargestellt

Die Batteriespannung wird durch einen Regeltransistor V1 auf die erforderliche Große reduziert Angesteuert wird dieser vom Regelverstarker A1, der seinen Sollwert vom Spannungsnormal, das aus Widerstand R1 und Referenzspannungsquelle Ur^ besteht und seinen Istwert vom Spannungsteiler R 2, R3 bezieht

Durch einen SchalterSI, einen Kondensatoren und einen Widerstand R6 wird die Anlaufschaltung realisiert, indem beim Schließen von Schalter S1 ein durch den Widerstand R6 und den Kondensator C1 vorgegebener Basisstrom fließt, der den Regeltransistor V1 öffnet und ein Anlaufen der Schaltung bewirkt

Der durch den Kondensator C1 exponentiell abklingende Basisstrom vom Regeltransistor V1 wird durch die einsetzende Regelung durch den Regelverstarker A1 abgelost, der einen Open-Collector-Ausgang aufweist Durch Schließen der Ausschalttaste S2 wird die Ausgangsspannung dem Sollwert der Referenzspannungsquelle U_Ref = OV nachgefuhrt und die Schaltung schnürt sich durch Fehlen der notwendigen Versorgungsspannung des Regelverstarkers A1 und der Referenzspannungsquelle U_Ref ab

Ein als Tiefentladeschutz wirkender Komparator A2 der die durch die Widerstände R4 und R 5 geteilte Batteriespannung mit der Referenzspannung U_Ref vergleicht, wirkt auf einen Abschalttransistor V2, der bei Batterieunterspannung durchgesteuert wird Hierbei wird der Abschalttransistor V2 invers betrieben, um eine geringere Kollektor-Emitter-Restspannung zu erzielen Em Entladewiderstand R7 dient der Entladung des Kondensators C1, um die Schaltung erneut einschalten zu können

Claims

1. Spannungsregler für ein batteriebetriebenes elektronisches Gerät mit Tiefenentladeschutz der zur Speisung eingesetzten wiederaufladbaren Batterie sowie Ein- und Ausschaltung des Gerätes über nichtrastende Bedienelemente unter Verwendung eines Längsreglers mit einer Anlaufschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzspannungsquelle, bestehend aus dem Widerstand (R 1) und dem in Reihe angeordneten Referenzelement (U_Ref), dem eine Ausschalttaste (S2) parallelgeschaltet ist, dem Regelverstärker (A 1) und dem Tiefentladeschutz-Komparator (A2), dessen Ausgang den invers betriebenen Abschalttransistor (V2) ansteuert, welcher dem Widerstand (R2), des aus den Widerständen (R2) und (R3) bestehenden Istwertmelders, parallelgeschaltet ist, an die stabilisierte Ausgangsspannung (U_Aus) angeschaltet sind und daß an der Basis des Regeltransistors (V 1) die Anlaufschaltung angeschlossen ist, die aus einer Reihenschaltung von Widerstand (R6), Entladewiderstand (R7) und dem zum Entladewiderstand (R7) parallel geschalteten Kondensator (C 1) besteht, die über eine Einschalttaste (S 1) mit Massepotential verbunden ist.

2. Spannungsregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelverstärker (A 1) und der Tiefentladeschutz-Komparator (A2) als Doppeloperationsverstärker mit Open-Collektor-Ausgängen ausgebildet sind.

3. Spannungsregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Referenzelement (U_Ref) für die Spannungsregelung auch als Bezugspotential an den invertierenden Eingang des Tiefentladeschutz-Komparators (A2) angeschaltet wird, dessen nichtinvertierender Eingang über einen Spannungsteiler, bestehend aus den Widerständen (R4) und (R5), mit dem Emitter des Regeltransistors (V 1) verbunden ist.