DE3609057A1

DE3609057A1 - Solarstromversorgungsschaltung

Info

Publication number: DE3609057A1
Application number: DE19863609057
Authority: DE
Inventors: Toshio Jyoyo Kyoto Nishimura
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1985-03-19
Filing date: 1986-03-18
Publication date: 1986-10-02
Also published as: GB2172758A; US4701693A; GB2172758B; JPS61221530A; GB8606720D0; DE3609057C2

Description

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Solarstromversorgungsschaltung

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Solarstromversorgungsschaltung gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen Art.

Ist ein elektronisches Gerät mit einer konventionallen Solarstromversorgungsschaltung bzw. Solarbatterieschaltung verbunden, so wird die Stromversorgung des elektronischen Geräts unterbrochen und das elektronische Gerät ausgeschaltet, wenn kein Licht mehr auf die Solarbatterie der Solarstromversorgungsschaltung fällt. Zwar ist üblicherweise ein Schutzkondensator vorgesehen, durch den der Betrieb des elektronischen Geräts jedoch nur über eine Zeitspanne von 1 oder 2 Sekunden weiter aufrechterhalten werden kann. Bei elektronischen Rechnern können während dieser Zeitspanne noch Rechenergebnisse und im Speicher gespeicherte Daten angezeigt werden. Zwar könnte man die Kapazität des genannten Schutzkondensators weiter vergrößern, wodurch sich dessen Aufladezeit jedoch verlängern würde, was in der Praxis unerwünscht ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Solarstrom-Versorgungsschaltung der eingangs genannten Art zu schaffen, die einen Betrieb des elektronischen Geräts bei Ausfall der Solarbatterie über einen längeren Zeitraum als 1 oder 2 Sekunden gewährleistet, ohne den üblichen Schutzkondensator verändern zu müssen.
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Die Lösung der gestellten Aufgabe ist im kennzeichnenden

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Teil des Patentanspruchs 1 angegeben.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dem Unteranspruch zu entnehmen.

Eine Solarstromversorgungsschaltung für ein elektronisches Gerät, mit einer Solarbatterie zur Erzeugung eines elektrischen Stroms in Abhängigkeit von Licht, das auf die Solarbatterie auftrifft, zeichnet sich aus durch eine mit der Solarbatterie verbundene Solarschaltung zur Erzeugung einer zum Betrieb des elektronischen Geräts erforderlichen Klemmenspannung, und durch eine mit der Solarschaltung wirkverbundene Speichereinrichtung zur Speicherung zusätzlicher Energie, um eine zusätzliche Spannung zwischen der Klemmenspannung und der Solarspannung zu erzeugen.

Die Solarschaltung enthält eine erste Kondensatoreinrichtung und die Speichereinrichtung eine zweite Kondensatoreinrichtung, wobei die Kapazität der zweiten Kondensatoreinrichtung größer als die Kapazität der ersten Kondensatoreinrichtung ist.

Durch die in der zweiten Kondensatoreinrichtung gespeicherte Energie läßt sich der Betrieb des elektronischen Geräts über einen wesentlich längeren Zeitraum aufrechterhalten, so daß dadurch beispielsweise die Sicherung von in einem Speicher eines elektronischen Rechners gespeicherten Daten über einen relativ langen Zeitraum gewährleistet ist, wenn die Solarbatterie nicht mehr mit Licht versorgt wird.

Die Solarstromversorgungsschaltung für das elektronische Gerät enthält also eine Solarbatterie und eine mit dieser verbundene Solarschaltung, die ihrerseits eine Speichereinrichtung zur Speicherung zusätzlicher Solarenergie aufweist, um auf diese Weise eine zusätzliche' Spannung zu erhalten, die zwischen der Solarspannung und der Klemmenspan-

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nung bzw. Ausgangsspannung der Solarschaltung liegt, die zur Ansteuerung des elektronischen Geräts dient. Die Speichereinrichtung wird automatisch aufgeladen, wenn die Solarspannung die Klemmenspannung um einen bestimmten Betrag überschreitet. Dieser bestimmte Betrag kann beispielsweise die Schwellenspannung eines Transistors sein, durch den die Aufladung der zusätzlichen Speichereinrichtung in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung der Solarbatterie gesteuert wird.

Die Zeichnung stellt Ausführungsbeispiele der Erfindung dar. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Solarstromversorgungsschaltung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel für ein elektronisches Gerät, und

Fig. 2 ein Blockdiagramm einer Solarstromversorgungs-

schaltung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel für ein elektronisches Gerät.

Eine Solarstromversorgungsschaltung nach der Erfindung für ein elektronisches Gerät ist in Fig. 1 dargestellt. Die Solarstromversorgungsschaltung enthält eine Solarbatterie 1 bzw. SB und eine in Größtintegrationstechnik hergestellte LSI-Schaltung zum Empfang der von der Solarbatterie 1 erzeugten Solarspannung V_n-. sowie zur Versorgung des elektronischen Geräts. Die LSI-Schaltung befindet sich rechts neben der in Fig. 1 gestrichelt dargestellten Linie

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Die LSI-Schaltung liefert eine Spannung V^_n von +1,5 V und eine Spannung V , die auf Erdpotential liegt. Zur Lieferung einer Konstantspannung dient eine lichtemittierende Diode LED, die mit der Spannung V_nn versorgt wird. Die

Vorwärtsspannung

der lichtemittierenden Diode LED be-

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trägt 1,5 V. Die innere Spannung (V_DDin - V₅₅) bzw. EMK der Solarbatterie 1 liegt etwa zwischen 0 bis 2,8 V. Zur Begrenzung des Stroms durch die lichtemittierende Diode LED dient ein Widerstand r der LSI-Schaltung. Ein Kondensator Cl dient dazu, Störungen im elektronischen Gerät aufgrund kurzzeitiger Lichtunterbrechungen zu vermeiden. Die Schutzperiode des Kondensators Cl beträgt im Normalfall allerdings nur 1 bis 2 Sekunden.

Die LSI-Schaltung weist einen P-Kanal-MOS-Transistor Tr auf, dessen Schwellenspannung V,, auf -0,3V festgesetzt ist. Wird der Transistor Tr leitend, so kann eine durch die Solarbatterie 1 erzeugte Zusatzspannung in einem Kondensator C2 durch entsprechende Ladungsspeicherung gehalten werden. Die Kapazität des Kondensators C2 ist dabei sehr viel größer als die Kapazität des Kondensators Cl.

Spannung kann an die LSI-Schaltung über den Widerstand r angelegt werden, wenn die folgende Bedingung gilt: 20

Betriebsspannung der ^
LSI-Schaltung = ^VDDin ^{<
if5 V}

Der durch die LSI-Schaltung verbrauchte Strom ist sehr klein, so daß der Spannungsabfall am Widerstand r vernachlässigt werden kann. Daher gilt V_DD. = V . Das bedeutet, daß V_DDin - V_DD Φ 0 ist. Der Transistor Tr befindet sich somit im nichtleitenden bzw. ausgeschalteten Zustand, so daß kein Strom zum Kondensator C2 fließt.

Wenn die Bedingung 1,5 V < V_DD < 1,8 V gilt, so kann ein geringer Strom durch die lichtemittierende Diode LED fließen, da die Klemmenspannung V (Quellenspannung) größer als 1,5 V ist. Die Klemmenspannung V» wird dann auf die Vorwärts- bzw. Durchlaßspannung V_f der als, Konstantspannungselement wirkenden lichtemittierenden Diode LED be-

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grenzt. Da ferner V . - V < 0,3 V ist, ist die Spannungsdifferenz zwischen V~_n. und V„„ kleiner als die Schwellenspnnung V,, , so daß der Transistor Tr ausgeschaltet bleibt.
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Ist jedoch 1,8 V ί ^VDD'n' ^so 9^*- ^^e Bedingung V_nn. - V_nn 2 0,3 V, so daß diese Spannungsdifferenz die Schwellenspannung V , des Transistors Tr überschreitet. Der Transistor Tr wird daher leitend bzw. eingeschaltet, so daß sich der Kondensator C2 aufladen kann.

Im Ausgangsstadium (Ladung Q=O) des Kondensators C2 fließt ein relativ großer Strom durch den Transistor Tr, so daß dadurch die Spannung V_n_. reduziert wird. Gilt al-

^c DDm

lerdings die Bedingung V_RD. - V„ < 0,3V, so wird der Transistor Tr wiederum nichtleitend, so daß der Strom zum Kondensator C2 unterbrochen wird.

Eine Diode Di liegt zwischen dem Widerstand r und dem Kondensator C2 und dient zur Verhinderung eines Stromflusses durch den Widerstand r in den Kondensator C2, wenn die Klemmenspannung V_DD wieder unterstützt wird bzw. auf ihren normalen Wert zurückgekehrt ist.

Ist in der oben beschriebenen Schaltung V_nn. sehr viel größer als V„_n, so kann eine Zusatzladung im Kondensator C2 gespeichert werden. Sobald der Kondensator C2 aufgeladen ist (Addition der Spannung V mit der Vorwärts- bzw. Durchlaßspannung der Diode Di), kann die gespeicherte Ladung durch den Transistor Tr und die Diode Di zur lichtemittierenden Diode LED fließen. Da die Kapazität des Kondensators C2 sehr viel größer als die Kapazität des Kondensators Cl ist, läßt sich die Klemmenspannung V_nn durch die Diode Di für eine sehr lange Zeit aufrechterhalten, und zwar für eine Zeit, die der Ladezeit des Kondensators C2 entspricht, selbst wenn die Energiezufuhr von der Solar-

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batterie ] unterbrochen ist.

Die Schwellenspannung V₄, des Transistors Tr kann zu 0,3 V

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gewählt werden, um Schwankungen der elektrischen Werte der Bauelemente und des Transistors zu berücksichtigen. Die Schwellenspannung V., kann aber auch auf andere geeignete Werte festgesetzt werden, falls dies gewünscht oder erforderlich ist.

Entsprechend der Fig. 1 liegt parallel zur Solarbatterie 1 eine Reihenschaltung aus dem Widerstand r und der lichtemittierenden Diode LED. Parallel zur lichtemittierenden Diode LED liegt der Kondensator Cl, während parallel zum Kondensator Cl eine Reihenschaltung aus der Diode Di und dein Kondensator C2 liegt. Die Verbindungsleitung zwischen dem Widerstand r und der Diode Di ist mit der Steuerelektrode eines Transistors verbunden. An dieser Steuerelektrode liegt auch die Spannung V _β. Ein Anschluß des Transistors Tr liegt an der Verbindungsleitung zwischen der Solarbatterie 1 und dem Widerstand r, während ein anderer Anschluß des Transistors an der Verbindungsleitung zwischen der Diode Di und dem Kondensator C2 liegt. Der Transistor Tr kann beispielsweise als Feldeffekttransistor ausgebildet sein.

In Fig. 2 ist ein Blockdiagramm einer weiteren Solarstromversorgungsschal tung dargestellt. Gleiche Elemente wie in Fig. 1 sind dabei mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Die Schaltung nach Fig. 2 liefert zusätzlich eine Betriebsspannung Vp für ein zusätzliches Bauelement, beispielsweise für-einen piezoelektrischen Summer. Dieser piezoelektrische Summer, auf den jedoch das zusätzliche Bauelement nicht beschränkt zu sein braucht, benötigt einen relativ großen Strom in kurzer Zeit.

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Die Wirkungsweise der in Fig. 2 dargestellten Schaltung entspricht im wesentlichen der Wirkungsweies der in Fig. dargestellten Schaltung. Der Wert der Spannung Vp kann größer als die Klemmenspannung V sein. In der Schaltung nach Fig. 2 wird die Spannung V nicht gesichert bzw. durch eine Reservespannung ergänzt, da in diesem Fall die Energie zur Bildung der Betriebsspannung Vp benötigt wird, so daß die Diode Di entfallen kann. Die Betriebsspannung Vp wird an einer Verbindungsleitung zwischen dem Kondensator C2 und einem Anschluß des Transistors Tr abgenommen.

Entsprechend der Erfindung wird eine zusätzliche Spannung mit Hilfe des Kondensators C2 erzeugt, wenn die Solarspannung eine zum Antrieb des elektronischen Geräts erforderliehe Spannung überschreitet. Der Anwendungskreis von Solarbatterien bzw. Solarenergie läßt sich daher noch weiter ausdehnen.

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Claims

TER M EER-MULLER-STE! N MEI ST ERPATENTANWÄLTE- EUROPEAN PATENT ATTORNEYS q £ η Π η £ Π Dipl.-Chem. Dr. N. ter Meer Dipl. Ing. H. Steinmeister Dipl. Ing. R E. Müller Artur-Ladebeck-Strasse 51 Mauerkircherstrasse 45 D-SOOO MÜNCHEN 80 D-4800 BIELEFELD 1 2881-GER-PA-A 18· März 1986 SHARP KABUSHIKI KAISHA 22-22 Nagaike-cho Abeno-ku, Osaka, Japan Solarstromversorgungsschaltung Priorität: 19. März 1985, Japan, Nr. 60-56355 (P) Patentansprüche

1. Solarstromversorgungsschaltung für ein elektronisches Gerät, mit einer Solarbatterie zur Erzeugung eines elektrischen Stroms in Abhängigkeit von Licht, das auf die Solarbatterie auftrifft, gekennzeichnet durch

- eine mit der Solarbatterie (1) verbundene Solarschaltung zur Erzeugung einer zum Betrieb des elektronischen Geräts erforderlichen Klemmenspannung {V~ ), und durch

- eine mit der Solarschaltung wirkverbundene Speichereinrichtung (C2) zur Speicherung zusätzlicher Energie, um eine zusätzliche Spannung zwischen der Klemmenspannung (^nn^ ^unc^ ^^er Solarspannung zu erzeugen.

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2. Solarstroraversorgungsschaltung nach Anspruch 1/ dadurch gekennzeichnet, daß die Solarschaltung eine erste Kondensatoreinrichtung (Cl) und die Speichereinrichtung eine zweite Kondensatoreinrichtung (C2) enthält, und daß die Kapazität der zweiten Kondensatoreinrichtung (C2) größer als die der ersten Kondensatoreinrichtung (Cl) ist.