DE3923919A1

DE3923919A1 - Elektrische versorgungsquelle zum laden einer sekundaerversorgungsquelle

Info

Publication number: DE3923919A1
Application number: DE3923919A
Authority: DE
Inventors: Kohei Iketani
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1988-07-19
Filing date: 1989-07-19
Publication date: 1990-01-25
Anticipated expiration: 2009-07-20
Also published as: FR2634569A1; JPH0232722A; JP2649950B2; GB8916240D0; GB2221776A; GB2221776B; FR2634569B1; DE3923919C2; US4920307A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Versorgungsquelle zur Lieferung elektrischer Leistung an tragbare elektronische Geräte für den Hausgebrauch, etc.

Tragbares elektronisches Gerät wie ein Video-Bandaufnahmegerät oder eine Einbaukamera, eine elektronische Bandaufnahmekamera, etc. arbeitet normalerweise mit einer Batterie als elektrischer Versorgungsquelle, so daß das elektronische Gerät außerhalb des Hauses benutzt werden kann. Bei dieser Batterie handelt es sich oft um eine aufladbare Sekundärbatterie, die wiederbenutzt werden kann. Die elektronischen Geräte sind so konstruiert, daß sie auch mit einer Gleichstromspannung betrieben werden können, die durch Gleichrichten eines netzüblichen Versorgungswechselstroms aus einer elektrischen Versorgungsquelle wie einem Wechselstromadapter, etc., zu Hause erzeugt werden kann, wo eine Netzversorgungsquelle vorhanden ist. Auf diese Weise kann der Batterieverbrauch so weit wie möglich verringert werden. Wenn das elektronische Gerät nicht in Betrieb ist, wird die Sekundärbatterie über die erwähnte elektrische Versorgungsquelle geladen.

Da bei diesem elektronischen Gerät die entsprechenden Schaltkreise, Baueinheiten, etc., für die Ausgangsspannung der Sekundärbatterie als Bezugsspannung bemessen sind, ist es wünschenswert, daß zum Betrieb des elektronischen Gerätes die von der elektrischen Leistungsversorgungsquelle gelieferte Spannung der Ausgangsspannung der Sekundärbatterie entspricht.

Andererseits ist es zum Laden der Sekundärbatterie erforderlich, daß die von der elektrischen Versorgungsquelle an die Sekundärbatterie angelegte Spannung größer als die Ausgangsspannung der Sekundärbatterie ist.

Bei einer herkömmlichen elektrischen Versorgungsquelle ist dafür gesorgt, daß zum Laden der Sekundärbatterie eine Spannung angelegt wird, die größer als die Spannung der Sekundärbatterie ist. Die Folge ist, daß wenn das elektronische Gerät über die elektrische Versorgungsquelle betrieben wird, die im elektrischen Gerät untergebrachte Schaltung zur Stabilisierung der elektrischen Versorgung sowie zur Stabilisierung und Lieferung der Gleichstromspannung aus der elektrischen Versorgungsquelle an die entsprechenden Schaltkreise infolge der Wirkungsgradänderung dieser Leistungs-Stabilisierungsschaltung Wärme erzeugt. Es müssen daher Maßnahmen wie die einer Bauweise getroffen werden, bei der Strahlungsrippen im elektronischen Gerät angeordnet sind, wodurch die Abmessungen des Gerätes vergrößert werden.

Weiter fließt ein starker elektrischer Strom durch die Stabilisierungsschaltung der elektrischen Versorgungsquelle und ändert dadurch die Betriebseigenschaften der Baueinheiten wie Motoren, Elektromagneten, etc., an welche die Spannung vor der Stabilisierung der Schaltung (d.h. die Spannung der elektrischen Versorgungsquelle) angelegt wird. Es ist infolgedessen schwierig, in bezug auf diese Baueinheiten eine exakte Servoregelung durchzuführen.

Um dieses Problem zu bewältigen, sieht man vor, die Ausgangsspannung der elektrischen Versorgungsquelle so nahe wie möglich an die Ausgangsnennspannung der Sekundärbatterie heranzubringen. Dann ist es aber schwierig, die Sekundärbatterie wirksam aufzuladen.

Um die erwähnten Probleme zu beseitigen, besteht das Ziel der vorliegenden Erfindung in der Schaffung einer elektrischen Versorgungsquelle, mit der die Sekundärbatterie wirksam geladen, die Wärmeabstrahlung im elektronischen Gerät verhindert und die Servoregelung exakt durchgeführt werden kann.

Dementsprechend bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine elektrische Versorgungsquelle zur Lieferung einer Gleichstromspannung an ein elektronisches Gerät mit einer Sekundärbatterie zur Leistungsversorgung entsprechender Konstruktionsschaltungen und Baueinheiten, etc. Eine Ladeschaltung lädt die Sekundärbatterie. Eine Konstantspannungsschaltung wandelt die Wechselspannung in eine Gleichstromspannung um und liefert eine konstante Gleichstromspannung für das elektronische Gerät. Eine Detektorschaltung erfaßt den an das elektronische Gerät gelieferten elektrischen Strom, während die Konstantspannungsschaltung mindestens zwei konstante Gleichstromspannungen mit verschiedenen Spannungswerten als Antwort auf das Ausgangssignal der Detektorschaltung erzeugt.

Die Stärke des von der elektrischen Versorgungsquelle an das elektronische Gerät bei seiner Benutzung gelieferten elektrischen Stromes ist von derjenigen beim Laden der Sekundärbatterie verschieden. Die Art der Gerätebenutzung und der Ladezustand werden automatisch über die elektrische Stromstärke erfaßt. Demgemäß wird die Ausgangsspannung der elektrischen Versorgungsquelle je nachdem, ob das elektronische Gerät in Betrieb ist oder ob die Sekundärbatterie geladen wird, geändert.

Auf diese Weise kann die Sekundärbatterie zuverlässig geladen, die im Gerät abgestrahlte Wärme verringert und das Gerät kompakt bemessen werden. Weiter kann im Gerät eine exakte Servoregelung durchgeführt werden.

Diese und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 stellt das Blockschaltbild einer elektrischen Versorgungsquelle und einer elektronischen Schaltung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar;

Fig. 2 stellt das Schaltschema einer im Gerät gemäß der vorliegenden Erfindung verwendeten Detektorschaltung dar;

Fig. 3 stellt das Schaltschema einer im Gerät gemäß der vorliegenden Erfindung verwendeten Konstantspannungsschaltung dar;

Fig. 4 stellt das Schaltschema einer im Gerät gemäß der vorliegenden Erfindung verwendeten Ladeschaltung dar; und

Fig. 5 stellt das Diagramm der Betriebswerte des elektrischen Leistungsversorgungsgerätes gemäß der vorliegenden Erfindung dar.

Fig. 1 zeigt die elektronische Einrichtung sowie die elektrische Versorgungsquelle gemäß der vorliegenden Erfindung. Demgemäß besitzt die elektrische Versorgungsquelle 1 einen Stecker 11, der an den Ausgang einer netzseitigen Versorgungsquelle angeschlossen ist, und einen Stecker 12, der an die Klemmen 21 des elektronischen Gerätes 2 angeschlossen ist. Die Konstantspannungsschaltung 13 wandelt die vom Netz gelieferte Wechselstromspannung (z.B. 100 V) in eine vorherbestimmte Gleichstromspannung um und liefert die umgewandelte Spannung am Ausgang. Die Detektorschaltung 14 erfaßt den von der elektrischen Versorgungsquelle 1 an das elektronische Gerät 2 gelieferten elektrischen Strom, d.h., den Rückstrom aus der elektronischen Einrichtung, wenn der Stecker 12 mit den Klemmen 21 verbunden ist.

Der Schalter 22 befindet sich in der in Fig. 1 dargestellten oberen Stellung, wenn das elektronische Gerät 2 unter Benutzung der elektrischen Versorgungsquelle 1 betrieben wird. Der Schalter 22 wird in die untere Stellung umgelegt, wenn das elektronische Gerät 2 unter Verwendung der Sekundärbatterie 26 arbeitet. Der Schalter 23 wird in Verbindung mit den Einschalt- oder Ausschaltoperationen des Leistungsversorgungsschalters 27 jeweils in die rechte oder linke Stellung umgelegt. Die Ladeschaltung 25 lädt, beispielsweise mit Hilfe eines konstanten elektrischen Stromes (einschließlich eines quasi-konstanten elektrischen Stromes), die Sekundärbatterie 26. Die Stabilisierungsschaltung 24 der elektrischen Versorgungsquelle stabilisiert die vom Leistungsversorgungsschalter 27 zugeführte Gleichstromspannung und legt die stabilisierte Spannung an entsprechende Konstruktionsschaltungen und Baueinheiten, etc. an. Wie beispielsweise in Fig. 2 gezeigt, besteht der Detektorkreis 14 aus einer Strom-Spannungs-Wandlerschaltung 31, einer Bezugsspannungs-Erzeugungsschaltung 32 und einer Vergleichsschaltung 33. Die Strom-Spannungs-Wandlerschaltung 31 besteht aus den Widerständen 41 bis 44, dem Kondensator 45 und dem Operationsverstärker 46. Die Bezugsspannungs-Erzeugungsschaltung 32 besteht aus den Widerständen 47 und 48, und die Vergleichsschaltung 33 aus den Widerständen 49 und 50 und dem Operationsverstärker 51.

Wie beispielsweise in Fig. 3 gezeigt ist, besteht die Konstantspannungsschaltung 13 aus dem Transformator 61, den Dioden 62, 63, den Kondensatoren 64, 67, 85, 86, den Widerständen 65, 75 bis 84, den NPN-Transistoren 68 bis 74 und der Zenerdiode 87.

Wie beispielsweise in Fig. 4 gezeigt ist, besteht die Ladeschaltung 25 aus einer Quasi-Konstantstromladeschaltung, die aus dem Widerstand 91 und der Diode 92 gebildet ist.

Nachfolgend wird die Betriebsweise der elektrischen Versorgungsquelle unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Wenn in Fig. 1 der Stecker 12 der elektrischen Versorgungsquelle 1 mit den Klemmen 21 nicht verbunden ist, ist der Schalter 22 in die untere Stellung umgelegt. Wenn der Schalter 27 eingeschaltet wird, wird der Schalter 23 in die rechte Stellung umgelegt. Somit wird eine von der Sekundärspannungsquelle 26 abgegebene Gleichstromspannung über die Schalter 23, 22 und den Kraftschalter 27 an die Stabilisierungsschaltung 24 der elektrischen Versorgungsquelle gelegt. Die Stabilisierungsschaltung 24 der elektrischen Versorgungsquelle stabilisiert die Eingangsspannung und liefert die stabilisierte Spannung an entsprechende Geräteschaltungen und Baueinheiten, etc. Ein Teil der vom Kraftschalter 27 zugeführten Ausgangsspannung wird Bauteilen zugeführt, die einen großen elektrischen Strom benötigen, wie Motoren, Elektromagneten etc., ehe dieser Spannungsanteil an die Stabilisierungsschaltung 24 der elektrischen Versorgungsquelle gelangt.

Auf diese Weise kann das elektronische Gerät 2 unter Benutzung der von der Sekundärbatterie 26 gelieferten elektrischen Leistung betrieben werden.

Wenn der Stecker 22 mit den Klemmen 21 verbunden ist, ist der Schalter 22 in die obere Stellung umgelegt. Infolgedessen wird, wenn der Kraftschalter 27 eingeschaltet ist, die von den Klemmen 21 gelieferte Ausgangsspannung der elektrischen Versorgungsquelle 1 der Stabilisierungsschaltung 24 der elektrischen Versorgungsquelle sowie den entsprechenden Baueinheiten über den Schalter 22 und den Kraftschalter 27 zugeführt.

In der elektrischen Versorgungsquelle 1 wird eine über den Stecker 11 kommende netzseitige Wechselspannung an die Primärwicklung des Transformators 61 der Konstant-Spannungsschaltung 13 angelegt (vgl. Fig. 3). Der Transformator 61 erniedrigt die Spannung sekundärseitig herab und gibt die erniedrigte Spannung weiter. Die erniedrigte Spannung wird durch die Dioden 62 und 63 nach Plus- und Minus-Anteilen des Spannungssignals gleichgerichtet und durch den Kondensator 64 geglättet. Die geglättete Spannung wird über den Transistor 68, dessen Basis wegen der Welligkeit mit dem Kondensator 67 verbunden ist, und über den Transistor 69 in Darlington-Schaltung dem Stecker 12 zugeführt.

Die Ausgangsspannung wird durch die Widerstände 80, 81 und 82 unterteilt und mit einer durch die Zenerdiode 87 fixierten Bezugsspannung in einer Vergleichsschaltung verglichen, die aus den in Differenzialschaltung zweistufig verbundenen NPN-Transistoren 72 und 73 sowie den NPN-Transistoren 70 und 71 besteht. Das den Unterschied zwischen diesen Spannungen anzeigende Fehlersignal wird vom Kollektor des NPN-Transistors 72 an die Basis des NPN-Transistors 70 geliefert. Der NPN-Transistor 70 steuert den Betrieb der NPN-Transistoren 68 und 69 in Darlington-Schaltung, derart, daß die Ausgangsspannung einer der Bezugsspannung entsprechende Konstantspannung wird.

Von dem über den Stecker 12 eingespeisten elektronischen Gerät 2 fließt ein elektrischer Rückstrom durch den Widerstand 41 der Detektorschaltung 14 (vgl. Fig. 2). Eine diesem elektrischen Strom entsprechende Spannung entsteht an einer Klemme des Widerstands 41, die einen geringen Widerstand besitzt. Diese Spannung wird durch einen aus dem Operationsverstärker 46 bestehenden Gegentaktverstärker verstärkt und an die Vergleichsschaltung 33 angelegt. Die Vergleichsschaltung 33 vergleicht diese Spannung mit einer von der Bezugsspannungs-Erzeugungsschaltung 32 erzeugten Bezugsspannung. Die Bezugsspannung wird unter Benutzung der Widerstände 47 und 48 durch Teilung einer festgesetzten Spannung V erzeugt. Wie in Fig. 5 gezeigt, ist beim Betreiben des elektronischen Gerätes 2 der verbrauchte elektrische Strom größer als der vom elektronischen Gerät verbrauchte Strom, sofern der Strom zum Laden der Sekundärbatterie 26 benutzt wird. Die Strom-Spannungs-Wandlerschaltung 31 kehrt die Spannung um und verstärkt sie entsprechend diesem elektrischen Strom, so daß die Ausgangsspannung dieser Schaltung kleiner ist, wenn das elektronische Gerät in Betrieb ist, als wenn die Sekundärbatterie geladen wird. Die Bezugsspannung wird in der Bezugsspannungs-Erzeugungsschaltung 32 auf einen Wert eingestellt, der zwischen derjenigen Spannung liegt, welche dem Strom bei in Betrieb befindlichem elektronischen Gerät entspricht, und der Spannung, welche dem elektrischen Strom beim Laden der Sekundärbatterie entspricht. Infolgedessen liefert die Vergleichsschaltung 33 bei in Betrieb befindlichem elektronischen Gerät 2 ein Signal mit niedrigem Spannungspegel. Die Folge ist, daß der NPN-Transistor 74 abgeschaltet bleibt und der Widerstand 83 dem Widerstand 82 nicht parallel geschaltet ist, so daß der Gesamtwiderstand der Widerstände 81 und 82 groß wird. Das durch die Widerstände 80, 81 und 82 zur Basis des NPN-Transistors 73 erzeugte Spannungsteilungsverhältnis wird groß, so daß relativ dazu die von der Zenerdiode 87 vorgegebene Bezugsspannung herabgesetzt wird und die Ausgangsspannung am Emitter des NPN-Transistors 69 zu einer relativ niedrigen Konstantspannung wird (die Spannung entspricht ungefähr der Ausgangsspannung der Sekundärbatterie 26).

Auf der anderen Seite wird, wenn der Kraftschalter 27 abgeschaltet und der Stecker 12 mit den Klemmen 21 verbunden ist, keine elektrische Leistung an die Baueinheiten wie die stabilisierende Schaltung 24 der elektrischen Versorgungsquelle, der Motor, der Elektromagnet, etc. geliefert. Weiter wird jetzt der Schalter 23 in die in Fig. 1 gezeigte linke Stellung umgelegt. Demgemäß wird die vom Stecker 12 gelieferte Spannung über den Widerstand 91, die Diode 92 und den Schalter 23 an die Sekundärbatterie 26 angelegt (vgl. Fig. 4). Da der Widerstand 91 einen relativ hohen Widerstandswert besitzt, wird der durch diesen Widerstand fließende elektrische Strom annähernd konstant (ein quasi-konstanter elektrischer Strom), und dieser konstante elektrische Strom wird zum Laden der Sekundärbatterie 26 benutzt.

Wie in Fig. 5 gezeigt, ist der Wert des elektrischen Stromes (der Wert des in der Sekundärbatterie 26 verbrauchten elektrischen Stromes), der von der elektrischen Stromquelle 1 an das elektrische Gerät 2 (Sekundärbatterie 26) geliefert wird, kleiner, als wenn das elektronische Gerät in Betrieb ist. Dementsprechend erreicht beim Laden der Sekundärbatterie der Ausgang der Vergleichsschaltung 33 einen hohen Spannungspegel, der demjenigen des oben erwähnten Falles entgegengesetzt ist. Infolgedessen wird der NPN-Transistor 74 der Konstantspannungsschaltung 13 eingeschaltet. Da in diesem Falle der Widerstand 83 parallel zum Widerstand 82 liegt, wird der Gesamtwiderstand derselben kleiner als der Widerstandswert im Falle, daß nur der Widerstand 82 angeschlossen ist. Entsprechend wird die Ausgangsspannung des Emitters des NPN-Transistors 69 konstant und größer als die Ausgangsspannung der Sekundärbatterie 26. Im Ergebnis wird die Sekundärbatterie 26 zuverlässig und wirksam geladen.

Es ist vorteilhaft, den oben erwähnten Ladevorgang mit Konstantstrom durchzuführen, wenn als Sekundärbatterie 26 beispielsweise eine Nickel-Cadmium-Batterie verwendet wird. Falls als Sekundärbatterie 26 beispielsweise eine Bleibatterie verwendet wird, ist es vorteilhaft, den Ladevorgang bei konstanter Spannung durchzuführen, wobei die vorliegende Erfindung auch in diesem Falle angewendet werden kann.

Claims

1. Elektrische Versorgungsquelle zur Lieferung einer Gleichstromspannung an ein elektronisches Gerät mit einer Batterie, die durch die elektrische Versorgungsquelle geladen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Versorgungsquelle erste Mittel zur Erfassung des von der elektrischen Versorgungsquelle an das elektronische Gerät gelieferten elektrischen Stromes, und zweite Mittel zur Anpassung der Ausgangsspannung der elektrischen Versorgungsquelle an eine von mindestens zwei unterschiedlichen Spannungen entsprechend der Größe des erfaßten Stromes aufweist.

2. Elektronische Versorgungsquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine von zwei Spannungen zur Versorgung einer elektronischen Vorrichtung des elektronischen Gerätes benutzt wird.

3. Elektronische Versorgungsquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste von mindestens zwei Spannungen zum Laden der Batterie benutzt wird.

4. Elektronische Versorgungsquelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Spannung höher als die zweite der mindestens zwei Spannungen ist.

5. Elektronische Versorgungsquelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Spannung zur Versorgung einer elektronischen Vorrichtung im elektronischen Gerät verwendet wird.

6. Elektronische Versorgungsquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Batterie eine Nickel-Cadmium-Batterie ist.

7. Elektronische Versorgungsquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Batterie eine Bleibatterie ist.

8. Elektronische Versorgungsquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Mittel weiter Einrichtungen zur Umwandlung einer Wechselstromspannung in eine Gleichstromspannung aufweisen, und daß mindestens zwei Spannungen konstante Gleichstromspannungen sind.