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Schaltanordnung zur Speisung eines Verbrauchers Die Erfindung bezieht
sich auf eine Schaltanordnung zur Speisung eines Verbrauchers aus einer Spannungsquelle,
deren Leerlautspannung größer ist als die Nennspannung des Verbrauchers, insbesondere
zur Speisung von Glühlampen in einem batteriebetriebenen, elelctromotorisch angetriebenen
Fahrzeug.
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Die Erfindung geht aus von der Überlegung, daB die Batterie eines
elektromotorisch angetriebenen Fahrzeuges meist eine höhere Spannung aufweisen muß
als die Spannung, die zum Betrieb einzelner weiterer Verbraucher notwendig ist.
So hat sich beispielsweise herausgestellt, daß zum Betrieb des Fahrmotors eines
Elektrofahrrades, der eine Leistung von ca.
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500 Watt aufnimmt, eine Batteriespannung von mindestens 24 Volt zur
Verfügung stehen muß, damit die Ströme und die ICupferverluste nicht zu hoch werden.
Dagegen wird beispielsweise zum Betrieb der Beleuchtungsanlage eines solchen Fahrzeuges
nui cine Spannungsquelle von 6 Volt benötigt, denn die handelsüblichen und genormten
Glühlampen sind für eine solche Nennspannung ausgelegt.
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Um nun eine Anzapfung der Batterie zu vermeiden, ist bereits vorgeschlagen
worden, die zusatzlichen Verbraucher, beispiels weise also die Glühlampen, über
einen vom Fahrmotor angetriebenen Zusatzgenerator zu speisen. Ein solches System
hat jedoch den grundsätzlichen Nachteil, daß die Glühlampen nur bei laufendem Antriebsmotor
gespeist werden. Außerdem ist der Wirkungsgrad dieses Systems schlecht, was besonders
eben bei batteriegetriebZnen Fahrzeugen sehr nachteilig ist.
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Der Erfindung liegt die Auf gabe zugrunde, eine Schaltanordnung zu
schaffen, mit der aus einer Spannungsquelle hoher Leerlaufspannung ein Verbraucher
mit einer geringeren Nennspannung möglichst verlustfrei versorgt werden kann.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Verbraucher
über einen astabilen Multivibrator gespeist wird, dessen Impuls-Pause-Verhältnis
auf den Leistungsbedarf des Verbrauchers abgestimmt ist.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß der astabile Multivibrator zwei komplementäre,
über einen Rückkopplungskondensator
gekoppelte Transistoren aufweist und daß dem astabilen Multivibrator eine Sicherung
zugeordnet ist, die während der Dauer eines Kurzschlusses des Verbrauchers die Transistoren
in gesperrtem Zustand hält. Der astabile Multivibrator ist also absolut kurzschlußfest
ausgebildet, so daß bei einem Kurzschluß des Verbrauchers, der beispielsweise beim
Wechseln defekter Lampen vorkommen kann, die Spannungsquelle möglichst wenig belastet
is-. Dabei ist es wichtig, daß bei einem astabilen Multivibrator mit komplementären
Transistoren beide in den gesperrten Zustand geschaltet sind und somit bei einem
Kurzschluß keiner dieser Transistoren Strom aufnimint.
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Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel verzweigt sich
die Rückkopplungsstrecke in zwei Wege, wobei in den einen Weg ein die Emitterspannung
des einen Transistors bestinwiender Kondensatcr und in den anderen Weg gegebenenfalls
in Reihe mit einem Widerstand ein Schalter geschaltet ist, der in Abhängigkeit von
der Spannung am Verbraucher steuerbar ist und bei einem Kurzschluß des Verbrauchers
geöffnet ist. Dem die rrransistoren einschaltenden Ruckkop;lungsvorgang stehen also
zwei verschiedene Wege zur Verfügung und zwar in Abhängigkeit von der am Verbraucher
anliegenden Spannung. Bei einem Kurzschluß des Verbrauchers und geöffnetem Schalter
wird der Rückkoplungsimpuls über den Rückkopplungskondensator und einen an den Emitter
des einen Transistors des astabilen Hultivibrators geschalteten Kondensator geführt,
der sich somit auflädt und diesen Transistor und damit auch den komplementären,
den Laststrom führenden Transistor wirksam sperrt.
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Der astabile Multivibrator taktet dann nicht mehr und es fließt durch
diese Schaltanordnung nur ein ganz geringer Strom zur Auftrechterhaltung des Ladezustandes
dieses Kondensators am Emitter des Transistors. Im ndrinalen Betrieb wird dagegen
bei geschlossenem Schalter eine andere Rückkopplungsstrecke gebildet, und der
Multivibrator
kann in gewohnter Weise arbeiten.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand des in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispieles naher erläutert, In der Zeichnung ist mit lo ein astabiler
Multivibrator bezeichnet, der aus einer Batterie 11 über einen Schalter 12 gespeist
wird. Der astabile Multivibrator lo dient zur Speisung eines Verbrauchers 13, beispielsweise
einer Glühlampe, deren Nennsprnnung unterhalb der Leerlaufspannung der Battez rie
11 liegt. Dem astabilen Multivibrator ist eine Sicherung zugeordnet, die insgesamt
mit 14 bezeichnet ist.
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Der astabile Multivibrator ist aus zwei komplementären Transistoren
20 nd 21 und den Widerständen 22 bis 26 sowie einem Rückkopplungskondensator 27
aufgebaut. Die Schaltung dieses astabilen Multivibrators unterscheidet sich von
bekannten Ausführungen nur dadurch, daß der Emitter 28 nicht direkt mit der Masseleitung
verbunden ist, sondern daß die Spannung am Emitter dieses Transistors 21 von der
Ladespannung des Kondensators 3o der Sicherung 14 abhängt.
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Das Verhältnis der Widerstände 22 und 23 bestimmt die an der Basis
31 des Transistors 21 anliegende Spannung. Der Widerstand 24 dient zur Begrenzung
des Basisstromes. Durch die Widerstände 25 und 26 wird die Basisspannung des den
Laststrom führenden Transistors 20 festgelegt. Die Verhältnisse sind so gewählt,
daß bei leitendem Transistor 21 auch der den Laststrom führende Transistor 22 leitet.
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Parallel zum Verbraucher 13 liegt ein Spannungsteiler 40 aus den Widerständen
41 und 42, wobei der Spamlungsabfall am Widerstand 42 die Basisemitterspannung für
den Transistor 43 liefert. Dieser Transistor 43 hat die Aufgabe eines Schalters
und kann somit gegebenenfalls auch durch ein llelais ersetzt werden. Die Kollektor-Emitter-Strecke
dieses Transistors 4)
liegt in Reihe mit einem Widerstand 44 parallel
zum Kondensator 30. Die Parallelschaltung ist über einen weiteren Widerstand 45,
der zur Strombegrenzung dient, an den Kollektor 46 des den Laststrom führenden Transistors
20 angeschlossen, an den auch der liückkopplungskondensator 27 angeschlossen ist.
Der parallel zum Verbraucher 13 geschaltete Spannungsteiler 40 ist über einen weiteren
Widerstand 47 ebenfalls an den Kollektor 46 des Transistors 20 angeschlossen.
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Die beschriebene Schaltanordnung arbeitet folgendermaßen: Nach dem
Schließen des Lichtschalters 12 fließt ein Ladestrom über die Widerstände 22 und
21S, die Basis-Emitter-Strecke des Transistors 21 in den Kondensator 30. Dieser
kurzzeitig fließende Ladestrom genügt, um den Transistor 21 in den leitenden Zustand
zu bringt, so daß auch der den Last.strc)m führende iransistor 20 Strom führt. über
den Schutzwidercitand 47 liegt damit positive Versorgungsspannung am Verbraucher
13. Das Verhältnis der Widerstände 41 und 42 ist nun so festgelegt, daß bei ordnungsgemäßem
Betrieb der Transistor 43 ebenfalls öffnet. Über die Kollektor-Emitter-Stecke des
Transistors 20, den Rückkopplungskondensator 27, die Basis-Emitter-Strecke les Transistors
21, den Widerstand 44 und den leitenden Transistor 43 kann nun ein Ladestrom fließen,
der den Kondensator 27 auflädt und somit den Rückkopplungsvorgang einleitet, so
daß die beiden Transistoren 20 und 21 sehr schnell von dem gesperrten in den leitenden
Zustand umgeschaltet werden. Sobald dieser Ladevorgang des Kondensators 27 abgeschlossen
ist, sperren beide Transistoren wieder. Am Ausgang des astabilen Multivibrators
bzw. am Verbraucher 13 liegt damit eine Spannung in Form von Reckteckimpulsen, wobei
das Impuls-Pause-Verhältnis auf den Leistungsbedarf des Verbrauchers 13 abgestimmt
ist.
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Bei einem Kurzschluß des Verbrauchers 13 kann dagegen der Transistor
43 nicht in den leitenden Zustand gelangen, denn
auch der Spannungsteiler
40 ist kurzgeschlossen, so daß die Basis des Transistors 43 ebenso wie der Emitter
praktisch an Hasse liegt. Die bei ordnungsgemäßem Betrieb gegebene Rückkopplungsstrecke
über den Widerstand 44 und den Transistor 43 ist damit gesperrt. Der Rückkopplungsl.ondensator
27 kann nunmehr nur über die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 20, die Basis-Emitter-Strecke
des Transistors 21 und den Kondensator 30 aufgeladen werden. Durch geeignete Dimensionierung
dieser Kondensatoren 27 und 3o ist aber sichergestellt, daß am Kondensavor 30 sehr
schnell eine solche Spanrung anliegt, daß der Transistor 21 wirksam gesperrt wird.
Dazu trägt auch bei, da3 der Kondensator 30 welter auch über den Widerstand 45 r:id
die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 20 aufgeladen wird. Sobald also dieser
Ladevorgang des Kondensators o abgeschlossen, somit auch kein weiterer Strom über
den Kondensator 27 in die Basis des Transistors 21 fließen kann, sind beide Transistoren
21 und 20 solange gesperrt, bis der Kurzschluß behoben ist. Im Falle eines Kurzschlusses
nehmen also die Transistoren keinen Strom auf, so daß die Batterie nur durch den
geringen zur Autrechterhaltung der Ladung des Kondensators 3o dienenden Strom über
die Widerstände 22 und 24 und die Basis-Emitter-Strecke des Transistors 21 belastet
wird.
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Die Schaltungsanordnung ist also für unbegrenzte Zeit kurzschlußfest,
wobei im Kurzschlußfall die Transistoren entlastet werden und auch keine unnötige
Belastung der Batterie bei eingeschaltetem Lichtschalter auftritt. Die Schaltunganordnung
hat einen hohen Wirkungsgrad, denn der Schutzwiderstand 47 hat nur einen Wert von
einigen wenigen Milli-Oha.
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Die Schaltungsanordnung ist aus diesen Gründen besonders zur Anwendung
in elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugen geei griet, und zwar in solchen Fällen,
wo d5 £ Leerlaufspannung der Spannungsquelle größer ist als die Netzspannung eines
Verbrauchers.
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Darüberhinaus kann die Schaltungsanordnung aber immer dann mit Vorteil
eingesetzt werden, wenn eine kurzschlußfestc Impulsschaltung hohen Wirkungsgrades
gewünscht ist,