DE20100484U1

DE20100484U1 - Schaltung zum Steuern eines mit Solarstrom betriebenen Leuchtschildes

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Publication number: DE20100484U1
Application number: DE20100484U
Authority: DE
Original assignee: MUENCH GmbH
Current assignee: MUENCH GmbH
Priority date: 2000-01-27
Filing date: 2001-01-12
Publication date: 2001-04-26
Anticipated expiration: 2011-01-13

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zum Steuern eines mit Solarstrom betriebenen Leuchtschildes mit mindestens einem Akkumulator als Speicher, einem Dämmerungsschalter, mindestens einer Leuchtdiode und einem eine Überladung des Akkumulators verhindernden Schwellwert-

30 Schalter.

Bei einer bekannten Schaltung zum Steuern eines mit Solarstrom betriebenen LeuchtSchildes weist der Dämmerungsschalter zusätzlich eine Fotodiode für die Hell/Dunkel-Information auf.

Weiter ist bei einer Schaltung zum Steuern eines mit Solarstrom betriebenen Leuchtschildes bekannt, zum Überladeschutz des Akkumulators eine schleichende Annäherung an die Maximalspannung unter Verwendung eines Transistorver-

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stärkers vorzunehmen. Ein solcher Transistorverstärker hat einen hohen Eigenverbrauch, und außerdem führt diese Art des Überladeschutzes zu einer verringerten Lebensdauer des Akkumulators.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden.

An eine Schaltung zum Steuern eines mit Solarstrom betriebenen Leuchtschildes, mit der zum Beispiel nachts eine Hausnummer mittels einer von dem Akkumulator gespeisten Leuchtdiode (LED) beleuchtet wird, werden folgende Anforderungen gestellt:

1 . Hohe Energiereserve von Akkumulator und Solarzelle bei gleichzeitig großer Lichtstärke. 2. Schonende Behandlung des Akkumulators.

3. Automatisches Ein- und Ausschalten.

4. Geringer Bauteilebedarf.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch die Schaltung gemäß Anspruch 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Schaltung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltung wird zur Erzielung der hohen Energiereserve ein zweizeiliger Bleiakkumulator mit 2 &khgr; 2 V, 2,5 Ah verwendet. Die Kapazität des Akkumulators würde ausreichen, um die LED, deren Arbeitsstrom nur 8 mA beträgt, 312 Stunden zu betreiben. Wegen des geringen Arbeitsstromes der LED muss die Solarzelle im Schnitt nur 100 mAh täglich nachladen. Die Solarzelle hat eine Fläche von ca. 243 cm² und ist in der Lage, einen Ladestrom von 20 bis zu 200 mA zu liefern. Das bedeutet, dass bei einem Energiebedarf von 100 mAh pro Nacht eine halbe Stunde Sonneneinstrahlung genügt, um den Akkumulator wieder voll aufzuladen. Selbst bei ungünstigen Verhältnissen (bedeckter Himmel) reichen fünf Stunden aus, den Akkumulator zu laden.

Aus der vorbeschriebenen Energiereserve geht hervor, dass man in der Steuerschaltung Maßnahmen treffen muss, um eine Überladung des Akkumulators zu vermeiden. Da je nach

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Montageort mit einer Umgebungstemperatur von -20⁰C bis 60⁰C zu rechnen ist, wird in der Schaltung eine temperaturabhängige Ladespannungsbegrenzung bzw. ein solcher Schwellwertschalter vorgesehen.

Der automatische Ein- und Ausschaltvorgang wird von einem zweistufigen Dämmerungsschalter getätigt. Die Hell/Dunkel-Information wird nicht, wie in herkömmlichen Schaltungen, einer Fotodiode, sondern der Solarzelle entnommen.

Mit herkömmlichen Schaltungen werden die beschriebenen Anforderungen zwar erfüllt, aber mit einem wesentlich größeren Aufwand.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der erfin-5 dungsgemäßen Schaltung ist in der einzigen Figur der Zeichnung dargestellt.

Bei der in der Zeichnung dargestellten Schaltung funktioniert der Dämmerungsschalter, der seine Hell/Dunkel-Information erfindungsgemäß von der Solarzelle erhält, folgendermaßen:

Am Tage gibt die Solarzelle eine Spannung ab, welche 2 bis 8 V betragen kann. Diese Spannung, welche am Verbindungspunkt der Diode D2 und des Widerstandes R5 anliegt, lässt durch den Widerstand R-] über die Basis-Emitter st recke 5 einen Strom durch den Transistor T-] zum gemeinsamen Minuspunkt (Masse) fließen. Dadurch ist T-] durchgeschaltet, d.h., es fließt ein Kollektorstrom vom Akkumulator über den Widerstand R3 zur Masse. Am Kollektor von T-] , welcher mit der Basis des Transistors T2 verbunden ist, stellt sich eine Spannung von nahe 0 V ein. 0 V an der Basis von T2 bedeutet, der Transistor T2 ist gesperrt und über die LED D-) fließt kein Strom (d. h. die LED leuchtet nicht) .

In der Nacht gibt die Solarzelle keine Spannung ab, über R-] kann kein Strom zur Basis von T-] fließen, folglich ist T-] hochohmig (unterbrochen) . Die Akkumulator spannung, welche über R3 einen Basisstrom durch T2 über den Widerstand R4 zur Masse fließen lässt, hat zur Folge, dass vom Akkumulator über die Strecke D-) , Kollektor-Emitter von T2

und R4 ein Strom zur Masse fließt: Die LED brennt. Der Widerstand R2 stellt eine phasengleiche Rückkopplung vom Kollektor von D2 zur Basis von T-] dar. Damit wird eine Verkürzung der Umschaltzeit erreicht. Der Kondensator C-j bewirkt eine Gegenkopplung, welche eine eventuelle Schwingneigung der Schaltung unterbindet.

Der Schwellwertschalter zur Ladespannungsbegrenzung, der erfindungsgemäß statt eines Transistorverstärkers einen 0 Thyristor verwendet, der einen abrupten Abschaltvorgang bei exakt einstellbarer Schaltschwelle (±0,1 V) ergibt und im ungezündeten Zustand keinen Strom verbraucht, funktioniert bei der in der Zeichnung dargestellten Schaltung folgendermaßen :

Im Ruhezustand der Schaltung fließt von der Solarzelle über D2 ein Ladestrom zum Akkumulator. Das kontinuierliche Ansteigen der Akkumulatorspannung bewirkt auch einen Spannungsanstieg am Spannungsteiler aus den Widerständen R5, Rg, und den Dioden 03, D4. Der Schleifer des Stellwider-Standes Rg ist so eingestellt, dass bsi einer Umgebungstemperatur von 20⁰C und einer Akkumulatorspannung von 4,6V die Zündschwelle des Thyristors erreicht wird, worauf der Thyristor durchschaltet. Der Ladevorgang ist somit unterbrochen. Ist der Thyristor durchgeschaltet und damit niederohmig, setzt die Spannungsbegrenzung ein. An der Anode des Thyristors liegt eine Spannung von etwa 0,5 V an. Diese Spannung ist zum Ansteuern des Dämmerungsschalters zu klein, d. h. die Leuchtdiode erlischt nicht mit Sicherheit. Aus diesem Grunde ist in Reihe mit dem Thyristor die Diode D5 geschaltet. Diese Diode erzeugt einen zusätzlichen Spannungsabfall von, in diesem Falle, etwa 0,7 V, der sich zum Spannungsabfall am Thyristor addiert. Es ergibt sich somit bei der dargestellten Ausführungsform eine Gesamtspannung von etwa 1,2 V, die zum sicheren Ansteuern des Dämmerungsschalters ausreicht.

Halbleiterdioden haben einen temperaturabhängigen Durchlasswiderstand. Diese Eigenschaft wird genutzt, um mit den Dioden D3, D4 den Temperaturgang des Thyristors und der

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Diode D₂ zu kompensieren und gleichzeitig eine umgebungstemperaturabhängige Ladespannungsbegrenzung zu erreichen. Der Kondensator C₂ verhindert ungewollte Zündvorgänge des Thyristors durch Störspannungen. Der Thyristor bleibt durchgeschaltet bis zum Eintritt der Dunkelheit und damit fehlender Spannung an der Solarzelle.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform haben die Bauteile der in der Zeichnung dargestellten Schaltung folgende Werte:

Stückliste: R₁ ,R₅ = 56 kQ C₁ = 22 nF C₂ = 2,2 MF D-, = LED D₂-D₅ = 1 N 4007 R₆ = 5 kQ T₁,T₂ = BC 546

Th = Thyristor &khgr; 0202&Mgr;&Agr;

Die besonders vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltung hat einen Ruhestrombedarf von nur 0,18 mA.

R2	= 4,7 MQ
R₃	= 22 kQ
R₄	= 150 Ohm
Re	= 5 kQ

Claims

1. Schaltung zum Steuern eines mit Solarstrom betriebenen Leuchtschildes mit mindestens einem Akkumulator als Speicher, einem Dämmerungsschalter, mindestens einer Leuchtdiode und einem die Überladung des Akkumulators verhindernden Schwellwertschalter, dadurch gekennzeichnet, dass der Dämmerungsschalter über einen Widerstand (R₁) von der Solarzelle angesteuert wird, und dass der Schellwertschalter als Schaltelement einen Thyristor (Th) aufweist.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dämmerungsschalter ein zweistufiger Dämmerungsschalter (T₁, T₂) ist, bei dem am Tage der Transistor (T₁) durchgeschaltet und der Transistor (T₂) gesperrt ist, so dass durch die mit dem Transistor (T₂) in Reihe liegende Leuchtdiode (D₁) kein Strom fließt, während nachts der Transistor (T₁) unterbrochen ist, so dass ein Strom vom Akkumulator durch den Leitungszweig Leuchtdiode (D₁), Transistor (T₂) und Widerstand (R₄) fließt und damit die Leuchtdiode zum Leuchten bringt.

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Schwellwertschalter im Ruhezustand ein Ladestrom von der Solarzelle über eine Diode (D₂) zum Akkumulator fließt, dessen Spannung am parallel dazu liegenden Spannungsteiler (R₅, R₆, D₃, D₄) anliegt, wobei der Schleifer eines Stellwiderstandes (R₆) auf die Zündspannung des Thyristors eingestellt ist.

4. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Widerstand (R₁) und Transistor (T₁) auf der einen Seite und zwischen Leuchtdiode (D₁) und Transistor (T₂) auf der anderen Seite ein Widerstand (R₂) liegt, der eine Verkürzung der Umschaltzeit bewirkt.

5. Schaltung nach Anspruch 2 und/oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Widerstand (R₁) und Transistor (T₁) auf der einen Seite und zwischen Widerstand (R₃) und der Verbindung vom Kollektor von T₁ und Basis von T₂ auf der anderen Seite ein Kondensator (C₁) liegt, der Schwingungen der Schaltung unterbindet.

6. Schaltung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Stellwiderstand (R₆) und Thyristor (Th) auf der einen Seite und Masse auf der anderen Seite ein Kondensator (C₂) liegt, der ungewollte Zündvorgänge des Thyristors durch Störspannungen verhindert.

7. Schaltung nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem parallel zur Solarzelle geschalteten Thyristor (Th) eine Diode (D₅) in Reihe liegt, um bei niederohmigem Zustand des Thyristors (Th) eine ausreichende Spannung zum Ansteuern des Dämmerungsschalters zu erhalten.

8. Schaltung nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie wie in der einzigen Figur der Zeichnung ausgebildet ist.