DE19807907A1 - Verfahren und Schalung zur Überwachung und Vermeidung von Kurzschlüssen oder kurzschlußartigen Zuständen eines an eine Stromversorgung legbaren elektronischen Gerätes - Google Patents
Verfahren und Schalung zur Überwachung und Vermeidung von Kurzschlüssen oder kurzschlußartigen Zuständen eines an eine Stromversorgung legbaren elektronischen GerätesInfo
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Abstract
Ein Verfahren sowie eine Schaltung zur Überwachung und Vermeidung von Kurzschlüssen oder kurzschlußartigen Zuständen eines an eine Stromversorgung (BAT) legbaren elektronischen Gerätes (GER), wobei nach Anschalten der Stromversorgung deren Spannung zunächst über einen Vorwiderstand (RVO) an das Gerät gelegt wird, die Versorgungsspannung geräteseitig überprüft wird und ein den Vorwiderstand überbrückender Schalter (SWI) erst dann geschlossen wird, wenn eine zur Überwachung der geräteseitigen Versorgungsspannung (UGE) und zur Abgabe eines Schließsignals (ssg) eingerichtete Überwachungsschaltung (UEW) dieses Schließsignal abgibt, falls die Spannung geräteseitig einen bestimmten Nennwert erreicht hat.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Überwachung
und Vermeidung von Kurzschlüssen oder kurzschlußartigen Zu
ständen eines an eine Stromversorgung legbaren elektronischen
Gerätes. In gleicher Weise bezieht sich die Erfindung auf ei
ne diesbezügliche Schaltung.
Moderne elektronische Geräte, insbesondere portable Geräte,
wie Schnurlostelefone oder Mobilfunkgeräte ("Handys") sind
auf sehr leistungsvolle Batterien angewiesen, wobei im Zusam
menhang mit dieser Erfindung der Begriff "Batterie" auch für
aufladbare Akkumulatoren, beispielsweise NiCd- oder NiMH-
Akkumulatoren verwendet wird. Andererseits können solche Ge
räte auch an stationären Netzgeräten betrieben werden, so daß
der Begriff "Stromversorgung" im Zusammenhang mit portablen
und/oder stationären Geräten zu verstehen ist und Netzgeräte
und/oder Batterien beinhaltet.
Leistungsfähige Batterien (oder Netzgeräte) bringen jedoch
die Gefahr mit sich, daß im Falle einer Verpolung oder eines
aus welchen Gründen immer auftretenden Kurzschlusses oder
kurzschlußähnlichen Zustandes in dem Gerät der Batteriestrom
sehr stark, gegebenenfalls bis zu dem sehr hohen Kurzschluß
strom ansteigt und hierdurch manche Batterien oder Akkumula
toren zufolge einer internen Gasentwicklung explodieren kön
nen. Gleiches gilt für zur Siebung der Versorgungsspannung in
dem Gerät eingesetzte Elektrolytkondensatoren, insbesondere
Tantalkondensatoren, die bei zu hohen Strömen gleichfalls ex
plosions- bzw. brandgefährdet sind.
Man versucht zwar in vielen Fällen durch mechanische Maßnah
men ein falsch gepoltes Einsetzen von Batterien in solche Ge
räte zu vermeiden, doch sind diese Maßnahmen nicht immer ab
solut wirksam bzw. können durch Fehlbedienung ausgeschaltet
werden. Darüberhinaus kann auch bei richtig gepolt eingesetz
ten Batterien oder bei Betrieb an einem Netzgerät in dem Ge
rät aus anderen Gründen ein Kurzschluß auftreten, der zu den
genannten Gefahrenzuständen führt.
Um diese Gefahren zu vermeiden, ist es bekannt geworden, zwi
schen Batterie und Stromversorgungsabschnitt des Gerätes eine
Sicherung vorzusehen, die z. B. als SMD-Schmelzsicherung rea
lisiert ist. Bei Verwendung der bereits erwähnten Tantalkon
densatoren ist jedoch eine weitere Absicherung dieser Konden
satoren notwendig, was beispielsweise durch zusätzliche Si
cherungen erfolgen könnte. Probleme ergeben sich jedoch bei
der Dimensionierung derartiger Sicherungen in Hinblick auf
das Verhältnis ihres Auslösestromes und der beim Einschalten
bzw. Einsetzen der Batterie erfolgenden Ladestromstöße. Davon
abgesehen führt bereits ein einmaliges Verpolen der Batterie
zu einem Durchschmelzen der Sicherungen und das Gerät muß
dann zu einer Reparaturwerkstatt gebracht werden.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, auf einfache Weise die ge
nannten Probleme zu lösen, d. h. die Gefahr einer Zerstörung
von Geräten oder Geräteteilen zu bannen.
Die Aufgabe wird mit einem Verfahren der eingangs genannten
Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß nach Anschalten der
Stromversorgung deren Spannung zunächst über einen Vorwider
stand an das Gerät gelegt wird, die Versorgungsspannung gerä
teseitig überprüft wird und ein den Vorwiderstand überbrüc
kender Schalter erst dann geschlossen wird, wenn die Spannung
geräteseitig einen bestimmten Nennwert erreicht hat.
Dank der erfindungsgemäßen Lösung kann der Strom zu dem Gerät
nie größer werden, als er durch den Vorwiderstand begrenzt
wird. Erst nachdem die Spannungsüberwachungsschaltung erkannt
hat, daß die Spannung geräteseitig den bestimmten Nennwert
erreicht hat, der im allgemeinen nur geringfügig unterhalb
der Spannung der Stromversorgung liegen sollte, wird der ge
steuerte Schalter, nunmehr ohne Gefahr eines kurzschlußarti
gen Zustandes, durchgeschaltet. Weiters können beim Aufladen
von z. B. Tantalkondensatoren keine gefährlichen Ladestrom
spitzen auftreten. Im Gegensatz zu der Lösung mit Sicherungen
ist die elektronische Lösung sicher, reversibel und oft auch
kostengünstiger.
Bei einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die
Versorgungsspannung an einem Elektrolytkondensator des Gerä
tes überprüft. Dabei kann es sich, wie dies in der Praxis
häufig anzutreffen ist, auch um eine Parallelschaltung mehre
rer Elektrolytkondensatoren handeln. Allein aus Sicherheits
gründen ist diese Überprüfung unmittelbar an einer kurz
schlußgefährdeten Stelle zweckmäßig.
Bei einer vorteilhaften Variante wird der Schaltzustand des
Schalters angezeigt, insbesondere optisch. Auf diese Weise
kann der Benutzer des Gerätes sofort erkennen, ob ein Fehler
zustand, z. B. eine verpolte Batterie, vorliegt. Es versteht
sich, daß man dabei wahlweise entweder einen Zustand "in Ord
nung" oder einen Zustand "Fehler", z. B. mit grünen oder roten
Leuchtdioden anzeigen kann.
Die Aufgabe der Erfindung wird auch mit einem Verfahren der
eingangs genannten Art gelöst, bei welchem nach der Erfindung
in zumindest einer Zuleitung zwischen Stromversorgung und
Stromversorgungsabschnitt des Gerätes ein Vorwiderstand gele
gen ist, der Vorwiderstand von einem gesteuerten Schalter
überbrückt ist und zur Ansteuerung des Schalters eine Überwa
chungsschaltung vorgesehen ist, die zur Überwachung der gerä
teseitigen Versorgungsspannung und zur Abgabe eines Schließ
signales an den Schalter eingerichtet ist, wenn die Versor
gungsspannung einen bestimmten Nennwert erreicht hat.
Die Vorteile dieser Schaltung entsprechen den bereits im Zu
sammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren genannten.
Bei einer Variante ist eine von der Überwachungsschaltung an
gesteuerte optische Anzeige vorgesehen und bei einer weiteren
Variante ist der Überwachungsschaltung die an einem Elektro
lytkondensator liegende Versorgungsspannung zugeführt. Auch
hier wurden die erzielbaren Vorteile bereits weiter oben ge
nannt.
Es ist zweckmäßig, wenn der gesteuerte Schalter ein Transi
stor, z. B. ein MOSFET-Transistor ist. Eine solche Ausfüh
rungsform ist verhältnismäßig preisgünstig, doch schließt
dies die Verwendung anderer Schalter, z. B. eines Relais,
nicht aus.
Eine einfache, von der eigentlichen Geräteschaltung unabhän
gig arbeitende Schaltung zeichnet sich dadurch aus, daß die
Überwachungsschaltung einen Transistor aufweist, der mit sei
nem Kollektor über einen Arbeitswiderstand an einem Pol der
Batteriespannung und mit seinem Emitter an dem anderen Pol
der Batteriespannung liegt, wobei in dem einen Zweig des Ba
sisspannungsteilers auch der Vorwiderstand liegt.
Eine zweckmäßige Variante kann aber auch vorsehen, daß zumin
dest Teile der Überwachungsschaltung in dem Gerät, z. B. in
einem Mikroprozessor integriert sind. In vielen Fällen bieten
sich nämlich zumindest Teile der eigentlichen Geräteschaltung
für die Überwachung der Versorgungsspannung an.
Die Erfindung samt weiterer Vorteile ist im folgenden anhand
beispielsweiser Ausführungsformen veranschaulicht, die in der
Zeichnung näher erläutert sind. In dieser zeigen
Fig. 1 ein mögliches Prinzipschaltbild der Erfindung und
Fig. 2 die Schaltung einer anderen Ausführungsform unter Ver
wendung zweier Transistoren.
Der in Fig. 1 dargestellte schematische Block soll ein Gerät
GER symbolisieren, beispielsweise das Mobilteil eines Mobil
funkgerätes oder Schnurlostelefons. In ein solches Gerät ist
eine Batterie BAT einsetzbar, die eine Batteriespannung UBA
besitzt, z. B. 2,2 bis 3 Volt. Der Stromversorgungsabschnitt
GSV des Gerätes ist durch entsprechend dimensionierte Leitun
gen und üblicherweise auch durch Siebkondensatoren repräsen
tiert, die hier als Elektrolytkondensatoren EL1 und EL2 ein
gezeichnet sind. Die Pfeile PF1 und PF2 zeigen, daß die posi
tive bzw. negative Leitung weiter zu den eigentlichen Schal
tungen des Gerätes GER führt.
Bei Einsetzen einer Batterie BAT wird diese über eine elek
tromechanische Schnittstelle EMS an den Stromversorgungsab
schnitt GSV des Gerätes angeschlossen. Nun kann ein Strom
über einen Vorwiderstand RVO fließen, der in erster Linie die
Elektrolytkondensatoren EL1 und EL2 auflädt und natürlich
auch zu tatsächlichen Verbrauchern in dem Gerät fließt. Die
Größe dieses Widerstandes RVO ist so gewählt, daß auch bei
einem Kurzschluß in dem Gerät oder einem kurzschlußähnlichen
Zustand, der beispielsweise durch falsche Polung der Batterie
BAT in den Elektrolytkondensatoren EL1, EL2 auftreten kann,
kein Strom fließt, der die Batterie BAT oder die Elektrolyt
kondensatoren EL1, EL2 bzw. andere Teile des Gerätes gefähr
det, wobei unter Gefährdung auch das Auftreten von Explosio
nen in der Batterie BAT oder den Elektrolytkondensatoren EL1,
EL2 und gegebenenfalls Bränden zu verstehen ist.
Zur Überwachung der Versorgungsspannung UGE des Gerätes ist
eine Überwachungsschaltung UEW, hier repräsentiert durch ei
nen Komparator, vorgesehen. Im vorliegenden Beispiel wird die
Spannung UGE mit einer Referenzspannung URE verglichen und
die Überwachungsschaltung UEW gibt ein Schließsignal ssg an
einen gesteuerten Schalter SWI ab, sobald die Versorgungs
spannung UGE des Gerätes, hier die an den Elektrolytkondensa
toren EL1, EL2 liegende Spannung, einen gewissen Wert er
reicht hat, der in der Praxis sehr nahe an der Batteriespan
nung UBA liegen soll. Der gesteuerte Schalter SWI überbrückt
den Vorwiderstand RVO, sodaß an diesem kein Spannungsabfall
mehr auftreten kann und der Stromversorgungsabschnitt des Ge
rätes unmittelbar an der Batterie BAT liegt. Um für den Be
nutzer den Schaltzustand des Schalters SW1 anzeigen zu kön
nen, kann wie in Fig. 1 angedeutet, eine optische Anzeige ANZ,
z. B. eine Glühlampe oder eine Leuchtdiode vorgesehen sein,
die beispielsweise bei Schließen des Schalters SWI grün
leuchtet. Alternativ kann mit einer solchen optischen Anzeige
ANZ auch auf einen Fehlerzustand, beispielsweise auf einen
offenen Schalter SWI bei eingesetzter Batterie BAT hingewie
sen werden.
Anstelle einer in Fig. 1 gezeigten eigenen Spannungsüberwa
chungsschaltung kann in vielen Fällen auch die interne Be
schaltung des Gerätes GER zur Detektion der Versorgungsspan
nung UGE und zur Ansteuerung des gesteuerten Schalters SWI
herangezogen werden, insbesondere ein in den meisten elektro
nischen Geräten enthaltener Mikroprozessor. Dabei erfolgt
nach einer Analog/Digital-Wandlung eine softwaremäßige Reali
sierung der Überwachungsschaltung.
Eine andere Möglichkeit einer Spannungsüberwachungsschaltung
ist in Fig. 2 gezeigt, die, sofern es sich um gleiche Teile
handelt, die gleichen Bezugszeichen wie Fig. 1 verwendet. Bei
dieser Schaltung ist der gesteuerte Schalter als MOSFET-
Transistor TR1 ausgeführt, welcher den Vorwiderstand RVO
überbrückt. Zur Ansteuerung des Transistors TR1 ist ein wei
terer Transistor, hier ein pnp-Tansistor TR2 vorgesehen, des
sen Kollektor über einen Widerstand RE1 an dem negativen Pol
der Batterie bzw. der elektromechanischen Schnittstelle EMS
liegt und der unmittelbar mit dem Gate des Transistors TR1
verbunden ist. Der Emitter des Transistors TR2 liegt an dem
positiven Pol der Versorgungsspannung, d. h. unmittelbar an
den Elektrolytkondensatoren EL1, EL2 und die Basis des Tran
sistors TR2 weist einen Basisspannungsteiler auf, der aus ei
nem Widerstand RE2 besteht, der zwischen Basis und dem posi
tiven Pol der Versorgungsspannung liegt, sowie aus einem Wi
derstand RE3 zwischen Basis und negativem Pol der Versor
gungsspannung UGE. In Serie mit diesem Widerstand RE3 des Ba
sisspannungsteilers liegt zum negativen Pol der Batterie BAT
der Vorwiderstand RVO. Um eine Vorstellung von der Größenord
nung der Widerstände zu geben, seien beispielsweise folgende
Werte genannt: RVO=47 Ohm, RE2=100 Kiloohm, RE3=270 Kiloohm.
Nach Einlegen bzw. Anschalten einer Batterie fließt zunächst
der Strom durch den Widerstand RVO, da der Transistorschalter
TR1 aufgrund der fehlenden Ansteuerung noch gesperrt ist.
Dieser Strom kann einen gewissen Höchstwert, der durch die
Batteriespannung, z. B. 3 Volt und den Widerstand RVO bestimmt
ist, nicht überschreiten. Dieser Strom, hier z. B. ca. 60 mA
bei sonst intakter Schaltung des Gerätes GER die Elektrolyt
kondensatoren EL1, EL2, z. B. Tantalkondensatoren, näherungs
weise auf die angelegte Batteriespannung UBA aufladen. Über
schreitet die Spannung an den Kondensatoren EL1 und EL2 die
von der Spannungsüberwachung eingestellte Schwelle, hier ty
pischerweise 2 Volt, dann wird auch ein Basisstrom in dem
Transistor TR2 fließen und der Transistor TR1 angesteuert,
der hierauf den Vorwiderstand RVO überbrückt. Der zwischen
der Batterie BAT und der Stromversorgung GSV des Gerätes lie
gende Serienwiderstand reduziert sich hier auf den Bahnwider
stand des Transistors TR1, der bei einem MOSFET-Transistor
z. B. 150 Milliohm betragen kann.
Im Fehlerfall, z. B. einem Kurzschluß, einem verpolten Tantal
kondensator, einer fehlerhaften Bestückung etc. reicht der
durch den Vorwiderstand RVO vorgegebene Strom nicht aus, um
den Schwellwert der Spannungsüberwachungsschaltung zu errei
chen und der Transistor TR1 bleibt auch weiterhin gesperrt,
bis die Ursache behoben wird.
Die Erfindung bietet unter anderem den Vorteil, daß bei
spielsweise beim Aufladen der Tantalkondensatoren EL1, EL2
keine unkontrollierten Stromspitzen auftreten können, die zu
einer Zerstörung des Kondensators führen könnten. Falls, wie
dies in Fig. 1 angezeigt ist, eine optische (oder sonstige)
Anzeige vorgesehen ist, erkennt man sicher und ungefährlich
die Verpolung der Tantalkondensatoren, da der Meßstrom nur
sehr gering ist, ebenso Kurzschlüsse und Fehlbestückungen,
die zu erhöhter Stromaufnahme führen können. Der äquivalente
Serienwiderstand der Tantalkondensatoren wird nicht vergrö
ßert, was auch bedeutet, daß bei Verwendung von Schaltnetz
teilen für die Stromversorgung der Rippel konstant bleibt. Im
Gegensatz dazu führt die Verwendung von Sicherungen vor den
Elektrolytkondensatoren zu einer Erhöhung des tatsächlichen
Serienwiderstandes in der Größenordnung von typischerweise
150 Milliohm und zu einer entsprechenden Verringerung der
Siebwirkung. Die oben genannten Fehlerzustände führen auch
nicht zu seitens des Benutzers nicht behebbaren Schäden, wie
z. B. zum Durchschmelzen eingelöteter Sicherungen.
Wenngleich der gesteuerte Schalter SWI in Fig. 2 als Schalt
transistor dargestellt ist, kann anstelle eines Transistors
beispielsweise auch ein Relais Verwendung finden.
Claims (9)
1. Verfahren zur Überwachung und Vermeidung von Kurzschlüssen
oder kurzschlußartigen Zuständen eines an eine Stromversor
gung (BAT) legbaren elektronischen Gerätes (GER),
dadurch gekennzeichnet,
daß nach Anschalten der Stromversorgung deren Spannung zu
nächst über einen Vorwiderstand an das Gerät gelegt wird, die
Versorgungsspannung geräteseitig überprüft wird ,und ein den
Vorwiderstand überbrückender Schalter erst dann geschlossen
wird, wenn die Spannung geräteseitig einen bestimmten Nenn
wert erreicht hat.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungsspannung
an einem Elektrolytkondensator des Gerätes überprüft wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltzustand des
Schalters angezeigt wird, insbesondere optisch.
4. Schaltung zur Überwachung und Vermeidung von Kurzschlüssen
oder kurzschlußartigen Zuständen eines an eine Stromversor
gung (BAT) legbaren elektronischen Gerätes (GER),
dadurch gekennzeichnet,
daß in zumindest einer Zuleitung zwischen Stromversorgung
(BAT) und Stromversorgungsabschnitt (GSV) des Gerätes ein
Vorwiderstand (RVO) gelegen ist, der Vorwiderstand von einem
gesteuerten Schalter (SWI) überbrückt ist und zur Ansteuerung
des Schalters eine Überwachungsschaltung (UEW) vorgesehen
ist, die zur Überwachung der geräteseitigen Versorgungsspan
nung (UGE) und zur Abgabe eines Schließsignales (ssg) an den
Schalter eingerichtet ist, wenn die Versorgungsspannung einen
bestimmten Nennwert (URE) erreicht hat.
5. Schaltung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß eine von der Überwa
chungsschaltung (UEW) angesteuerte optische Anzeige (ANZ)
vorgesehen ist.
6. Schaltung nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet, daß der Überwachungsschal
tung (UEW) die an einem Elektrolytkondensator (EL1, EL2) lie
gende Versorgungsspannung (UGE) zugeführt ist.
7. Schaltung nach einem der Ansprüche 4 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß der gesteuerte Schal
ter (SWI) ein Transistor, z. B. ein MOSFET-Transistor (TR1)
ist.
8. Schaltung nach einem der Ansprüche 4 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungsschal
tung einen Transistor (TR2) aufweist, der mit seinem Kollek
tor über einen Arbeitswiderstand (RE1) an einem Pol der Ver
sorgungsspannung (UBA) und mit seinem Emitter an dem anderen
Pol der Versorgungsspannung liegt, wobei in dem einen Zweig
des Basisspannungsteilers (RE2, RE3) auch der Vorwiderstand
(RVO) liegt.
9. Schaltung nach einem der Ansprüche 4 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß zumindest Teile der
Überwachungsschaltung in dem Gerät, z. B. in einem Mikropro
zessor, integriert sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19807907A DE19807907A1 (de) | 1998-02-25 | 1998-02-25 | Verfahren und Schalung zur Überwachung und Vermeidung von Kurzschlüssen oder kurzschlußartigen Zuständen eines an eine Stromversorgung legbaren elektronischen Gerätes |
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DE19807907A DE19807907A1 (de) | 1998-02-25 | 1998-02-25 | Verfahren und Schalung zur Überwachung und Vermeidung von Kurzschlüssen oder kurzschlußartigen Zuständen eines an eine Stromversorgung legbaren elektronischen Gerätes |
Publications (1)
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DE19807907A1 true DE19807907A1 (de) | 1999-09-30 |
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ID=7858868
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19807907A Ceased DE19807907A1 (de) | 1998-02-25 | 1998-02-25 | Verfahren und Schalung zur Überwachung und Vermeidung von Kurzschlüssen oder kurzschlußartigen Zuständen eines an eine Stromversorgung legbaren elektronischen Gerätes |
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