DE2552691C3

DE2552691C3 - Spannungsprüfschaltung

Info

Publication number: DE2552691C3
Application number: DE2552691A
Authority: DE
Inventors: Ichiro Yokohama Hamaguchi; Kenji Kawasaki Toyoda
Original assignee: Nippon Kogaku KK
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1974-01-28
Filing date: 1975-01-24
Publication date: 1978-04-20
Also published as: JPS50104332A; FR2259367A1; US3970933A; DE2552691B2; DE2552691A1; GB1503140A; DE2502958A1; FR2259367B1; GB1502434A; DE2502958B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Spannungsprüfschaltung is entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs. Als Anzeigeelement wird insbesondere eine Lampe oder eine lichtemittierende Diode oder dergleichen zum Erhalt der Spannungsanzeige verwendet.

Bei einem tragbaren Instrument, in dem eine Batterie als Speisespannungsquelle vorgesehen ist, muß der Benutzer wissen, ob diese Speisespannungsbatterie noch normale Spannung hat oHer nicht, um den normalen Betrieb der im Gerät vorgesehenen elektrischen Schaltungen usw. sicherzustellen.

Es ist eine Methode bekannt, bei welcher ein Anzeigeelement verwendet wird, wie eine Lampe, eine lichtemittierende Diode oder dergleichen, das eingeschaltet werden kann, um den normalen oder abnormalen Zustand der Spannungsversorgungsbatterie anzuzeigen. Bei einer solchen Methode wird das Anzeigeelement im allgemeinen mit den Ausgängen einer Schaltung verbunden, die feststellt, ob die Versorgungsspannung oberhalb eines vorbestimmten Wertes ist oder nicht. Dabei wird das Anzeigeelement eingeschaltet, wenn die Versorgungsspannung oberhalb eines vorbestimmten Wertes ist, und ausgeschaltet, wenn die Versorgungsspannung unterhalb eines vorbestimmten Wertes liegt.

Bei einer solchen Anordnung verbraucht das Anzeigeelement im allgemeinen jedoch relativ viel Strom, so daß folgende Erscheinung verursacht wird. Wenn die Versorgungsspannung bei belasteter Versorgungsbatterie geprüft wird und eine etwas höhere Spannung als den vorbestimmten Wert erzeugt, wird das Anzeigeele- 5s ment zunächst eingeschaltet. Der durch die gesamte Schaltung verbrauchte Strom wird dadurch jedoch erhöht, was einen größeren Abfall der Versorgungsspannung bewirkt, so daß die Versorgungsspannung unter den vorbestimmten Wert abfällt. Somit stellt die fm Prüfschaltung die verringerte Spannung fest und schaltet das Anzeigeelement aus.

Das Abschalten des Anzeigeelementes bewirkt eine Verringerung des Stromverbrauchs, so daß die Versorgungsspannung wieder ansteigt. Wenn die angestiegene f<s Spannung den vorbestimmten Wert überschreitet, wird das Anzeigeelement eingeschaltet. Dies wiederholt sich, so daß die gesamte Schaltung zum Schwingen kommt.

Die Schwingung kann die Genauigkeit der Spannungsprüfschaltung nachteilig beeinflussen. Beispielsweise bewirkt die Schwingung, daß das Anzeigeelement selbst dann eingeschaltet wird, wenn die Versorgungsspannung beträchtlich unterhalb des vorbestimmten Wertes liegt

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Spannungsprüfschaltung verfügbar zu machen, die einfach aufgebaut ist und bei welcher das Problem einer solchen Schwingung nicht auftritt.

Diese Aufgabe wird, ausgehend von einer Spannungsprüfschaltung der eingangs genannten Art, erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs angegebenen Mittel gelöst.

Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbcispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine Schaltung einer erfindungsgemäßen Ausführungsform und

F i g. 2 eine Darstellung der Kennlinie der erfindungsgemäßen Schaltung.

In Fig. 1 ist ein fester Widerstand 1 bezüglich einer Spannungsversorgungsbatierie 3 mit Dioden 2 in Reihe geschaltet. Feste Widerstände 4 und 5 sind bezüglich der Spannungsversorgungsbatterie 3 in Reihenschaltung mit Dioden 6 verbunden. Eine als Differenzschaltkreis ausgebildete Detektorschaltung 7 weist zwei Eingangsanschlüsse auf, die mit dem Verbindungspunkt A zwischen dem festen Widerstand i und den Dioden 2 bzw. dem Verbindungspunkt B zwischen den festen Widerständen 4 und 5 verbunden sind, und er schaltet einen Stromfluß zu einer zwischen den Ausgangsanschluß des Differenzschaltkreises und die Batterie 3 geschalteten Lampe 8 ab, wenn die Spannung Va am Verbindungspunkt A die Spannung Vb am Verbindungspunkt B überschreitet, und ermöglicht einen Stromfluß zur Lampe 8, wenn die Spannung Va niedriger als die Spannung Vb ist. Somit ist bei dieser Ausführungsform eine Brückenschaltung vorgesehen, in deren ersten Brückenzweig der feste Widerstand 1, in deren zweiten Brückenzweig die Dioden 2, ta deren dritten Brückenzweig der feste Widerstand 4 und in deren vierten Brückenzweig die Serienschaltung aus dem festen Widerstand 5 und den Dioden 6 liegt. Die Spannung V_A zwischen erstem und zweitem Brückenzweig und die Spannung Vs am Verbindungspunkt B zwischen drittem und viertem Brückenzweig bilden Eingangsspannungen für die Detektorschaltung 7 derart, daß die Lampe 8 entsprechend der Differenz zwischen der Spannung Va und der Spannung Vp ein- oder ausgeschaltet wird.

Es ist ein Tastschalter 9 vorgesehen. Durch dessen Drücken kann die Spannungsprüfschaltung mit der von ihr zu prüfenden Speisespannungsquelle 3 verbunden wcden. Die Detektorschaltung 7 ist mit einem zusätzlichen Ausgangsanschluß verbunden, an welchen ein fester Widerstand 10 angeschlossen ist, der anderen Endes mit der Batterie 3 verbunden ist. Dieser zusätzliche Ausgangsanschluß ist in seiner Phasenlage gegenüber demjenigen Ausgangsanschluß entgegengesetzt, an welchen die Lampe 8 angeschlossen ist. Wenn Va< Vb und die Lampe 8 eingeschaltet ist, wird der Strom zum Widerstand IO abgeschaltet. Wenn V_A > V_n und die Lampe 8 ausgeschaltet ist, kann der Strom zum Widerstand 10 fließen. Der Widerstandswert des Widerstandes 10 ist im wesentlichen gleich demjenigen der Lampe 8.

Die beschriebene Ausführungsform arbeitet folgendermaßen:

Wenn der Tastschalter 9 gedruckt wird, gelangt ein

Strom auf die Brückenschaltung, der an den Verbindungspunkten A und ß Spannungen Va bzw. Ve erzeugt. Die Spannung Va ist gegeben durch

, KT , E - V. K₁ = 3 - In ='

'/ Kl'.-i!

(D

Dabei ist K die Boltzmann-Konstante, Tdie absolute Temperatur, q die elektrische Elementarladung, E die Spannung über der Batterie 3, R\ der Widerstandswert ι ο des festen Widerstandes Ϊ und /si der Sättigungsstrom der Dioden 2 in Sperrichtung.

Gleichung (1) kann nicht analytisch gelöst werden. Jedoch wird bei der vorliegenden Ausführungsform beispielsweise die Spannung Va in Abhängigkeit von der ι s Versorgungsspannung Fin der durch Kurve A in F i g. 2 gezeigten Weise geändert, wenn die numerische Berechnung unter der Annahme ausgeführt wird, daß Ri = 10Knund/si=0,5 - 10"'⁵AiSL

Die Spannung Ve ist gegeben durch

V_n = E - 1 ■ R₄.
Hierin bedeuten

(2>

=(e- 3 -^K- In -.'-) {R,

R₄ = Widerstandswert des festen Widerstandes 4.
R; = Widerstandswcrt des festen Widerstandes 5,
/_s-2 = Sättigungsstrom der Dioden 6 in Sperrichtung und

/ = der durch den festen Widerstand 4 fließende Strom.

Wiederum wird gemäß Gleichung (2) die Spannung Vb in Abhängigkeit von der Versorgungsspannung E verändert, wie dieses durch Kurve b in F i g. 2 dargestellt ist, wenn die numerische Berechnung ausgeführt wird unter der Annahme, daß /?₄ = 40ΚΩ, Λ₅ = 4,25ΚΩ und /_S2 = 2 · 10-"A ist. Wie man aus Fig.2 sieht, sind V_A und Vs für eine bestimmte Versorgungsspannung Eo (Ea = 4,0 V) einander gleich, und Va < Vb, wenn die Versorgungsspannung E den Wert Eq übersteigt, während Va> Vb ist, wenn die Versorgungsspannung E niedriger als der Wert Eo ist. Wie erwähnt, schaltet die Detektorschaltung 7 die Lampe 8 ein, wenn Va < Vn ist, und schaltet die Lampe 8 so aus, wenn V_A> Vn ist. Somit wird die Lampe 8 entsprechend der Größe der Versorgungsspannung E ein- oder ausgeschaltet, d. h., die Lampe 8 wird bei E> E₀ eingeschaltet und bei E< Eo ausgeschaltet. Hierdurch kann der Zustand der Speisespannungsquelle geprüft ss werden.

Das Auftreten der zuvor erwähnten Schwingungen ist der Tatsache zuzuschreiben, daß sich der Stromverbrauch zwischen dem Ein-Zustand und dem Aus-Zustand der Lampe 8 so stark verändert, daß die fto Ansehlußspannung der Energieversorgungsbatterie sich ändert und daß eine solche Änderung auf den Eingang zurückgekoppelt wird. Die Schwingungen können jedoch durch die Anordnung nach F i g. 1 durch das Einfügen des Widerstandes 10 verhindert werden, Ja sich der Stromverbrauch zwischen dem Ein-Zustand und dem Aus-Zustand der Lampe 8 nur geringfügig oder gar nicht ändert.

Die Durchlaßspannung der Dioden hat eine Temperaturänderung in der Größenordnung von —2mV/°C pro Diode zur Folge. Wenn aber die Anzahl der Dioden 2 und der Dioden 6 gleich ist, sind die Temperaturänderungen von Va und Vb praktisch identisch, heben sich demgemäß gegeneinander auf und erscheinen nicht in den Ausgängen.

Um eine Kennlinie nach F i g. 2 zu erhalten, muß die Durchlaßspannung der Dioden 6 kleiner als die Durchlaßspannung der Dioden 2 sein. Dieses kann bewerkstelligt werden durch Einstellen des Widerstandswertes des festen Widerstandes 4 auf einen Wert, der größer als der des festen Widerstandes 1 ist, oder durch Auswählen der Dioden 2 und 6 derart, daß /^₂ größer als ls\ ist, oder durch eine Kombination beider Maßnahmen.

Wenn einer der festen Widerstände 1, 4 und 5 einstellbar ausgebildet wird, kann die Größe Eo auf den jeweils gewünschten Wert eingestellt werden.

Ein Schaltstromkreis, dessen Ausgänge hinsichtlich der Phasenlage einander entgegengesetzt sind, wie er im Zusammenhang mit der beschriebenen Ausführungsform erwähnt ist, kann einfach durch herkömmliche Maßnahmen hergestellt werden.

Bei der Detektorschaltung 7 der erläuterten Ausführungsform ist ein Ausgangsanschluß, dessen Ausgangssignal eine Phase entgegengesetzt derjenigen des Ausgangssignals des mit dem Anzeigeelement 8 verbundenen Anschlusses aufweist, mit dem festen Widerstand 10 verbunden. Ein solcher fester Widerstand 10 kann jedoch durch irgendeine Last ersetzt werden, die eine Strom-Spannungs-Kennlinie aufweist, die gleich derjenigen des Anzeigeelementts 8 ist Wenn beispielsweise eine Leuchtdiode als Anzeigeelement 8 verwendet wird, kann anstelle des festen Widerstandes 10 eine abgeschirmte Leuchtdiode der gleichen Art oder eine Serienschaltung aus Siliciumdioden als Last verwendet werden.

Wie beschrieben, läßt man erfindungsgemäß Strom durch eine Last mit praktisch demselben Widerstandswert wie dem eines Anzeigeelementes fließen, wenn das Anzeigeelement abgeschaltet ist. Somit ist eine Spannungsprüfschaltung geschaffen, die eine genaue Spannungsprüfung durchführen kann, wobei selbst dann keine Schwingung auftritt, wenn die Versorgungsspannung bis in die Nähe eines vorbestimmten Wertes abfällt.

D'i erfindungsgemäße Spannungsprüfschaltung ist besonders wirksam, wenn sie zur Prüfung einer Versorgungsspancung einer Energiequelle mit einem beträchtlich hohen Innenwiderstand verwendet wird, d. h., wenn der Stromverbrauch des Gesamtsystems beträchtlich groß ist. (Es sei erwähnt, daß sogar eine gewöhnliche Batterie in Abhängigkeit von der Umgebung, beispielsweise einer sehr kalten Umgebung, einen beträchtlich hohen Innenwidcrstar.d haben kan.i.)

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Spannungsprüfschaltung mit einer einen ersten Anschluß aufweisenden Detektorschaltung, die feststellt, ob eine Versorgungsspannung oberhalb eines vorbestimmten Wertes liegt, und die in Abhängigkeit von dieser Feststellung ein Signal an dem ersten Anschluß erzeugt, und mit einem mit dem ersten Anschluß verbundenen Anzeigeelement, das einge- ι ο schaltet ist, wenn es das Signal empfängt, und das ausgeschaltet ist, wenn es das Signal nicht empfängt, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorschaltung (7) einen weiteren Anschluß aufweist, an dem ein Ausgangssignal mit einer Phase verfügbar ist, die zu derjenigen des Signals des ersten Anschlusses entgegengesetzt ist, und daß an den weiteren Anschluß eine Last (10) angeschlossen ist, deren Widerstandswert praktisch gleich demjenigen des Anzeigeelementes (8) ist.