Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Abschaltung von an eine Spannungsquelle, beispielsweise eine Gleichspannungsquelle, angeschlossenen Ver¬ brauchern. Verbraucher im Sinne dieser Erfindung sind insbesondere in an sich bekann¬ ten Solarzellen-, primär- oder sekundärbatteriebetriebenen zumeist mobilen Geräten enthaltene Stromverbraucher, beispielsweise elektronische Schaltungen, Motore, Mikroprozessoren oder dergleichen.

Aus den DE 41 31 981 A1 und DE 42 41 066 A1 sind Schaltungen bekannt, bei denen ein Spannungsdiskriminator die Spannung einer Batterie bestimmt. Nach Erreichen eines bestimmten Spannungswerts wird der Strom durch einen an die Batterie angeschlosse¬ nen Verbraucher mittels einer Steuerschaltung kontinuierlich oder stufenweise auf Null reduziert. Allerdings wird bei diesen Schaltungen lediglich die Belastung der Batterie durch den stromintensivsten Verbraucher reduziert. Andere Systemkomponenten, beispielsweise die Steuerschaltung selbst, entleeren die Batterie weiter, wenn auch langsamer.

Aus der DE 41 1 6 318 A1 ist eine Schaltung zum Schutz eines Akkumulators vor Tiefentladung bekannt, die eine elektronische Schalteinrichtung aufweist, die unterhalb eines definierbaren Schwellwerts der Akkumulatorspannung die angeschlossene Last vom Akkumulator trennt.

Bei den bekannten Schaltungen werden somit aufgrund der bei fortschreitender Entla¬ dung der Batterie abnehmenden Batteriespannung die angeschlossenen Verbraucher entweder abrupt von der Batterie getrennt oder in einem gewissen Zeitraum abgeregelt, und dadurch eine Tiefentladung der Batterie vermieden. Dies ist insbesondere bei Lithium-Sekundärbatterien wichtig, um eine Schädigung der Batterie zu verhindern.

Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, daß in einem elektrischen Gerät häufig verschiedene Verbraucher vorhanden sind, von denen ein Teil bei Eintreten einer oder mehrerer Abschaltbedingungen sofort abgeschaltet werden kann, wogegen ein anderer Teil der Verbraucher aus sicherheitstechnischen Gründen oder psychologischen Aspekten langsam abgeregelt werden sollte.

Als Beispiel hierfür soll ein elektrisches Haushaltsgerät, insbesondere ein batteriebe¬ triebener Rasierer genannt sein, dessen Motor bei Eintreten einer Abschaltbedingung langsam abgeregelt werden muß, um ein schmerzhaftes Einklemmen von Barthaaren zu verhindern. Dagegen kann beispielsweise ein Mikrocontroller oder eine Meßschaltung schnell abgeschaltet werden.

Aber auch bei Systemen, die an sich eine schnelle Abschaltung zuließen, kann eine langsame Verringerung der Intensität von wahrnehmbaren Funktionsindikatoren wie beispielsweise Leucht- oder Lautstärke dem Benutzer einen Hinweis auf die eingetretene Entladung der Sekundärbatterie geben, wogegen ein plötzliches Funktionsende einen Defekt suggerieren könnte.

Bei der vorliegenden Erfindung werden nach Eintreten mindestens einer Abschaltbedin¬ gung an eine Spannungsquelle angeschlossene Verbraucher gemäß dem im Anspruch 1 angegebenen Verfahren in zwei Schritten von einer Spannungsquelle getrennt, nämlich zuerst wird der Strom durch die Verbraucher verringert, für die eine langsame Abrege¬ lung geboten ist, und danach die restlichen Verbraucher abgeschaltet.

Durch die zeitlich hintereinander erfolgende Abschaltung der verschiedenen Verbraucher bleiben insbesondere die Systeme, die zum langsamen Abregein der Verbraucher benö¬ tigt werden, solange funktionsfähig, bis der Abregelungsprozeß abgeschlossen ist. Danach werden auch diese Systeme abgeschaltet.

Der Strom durch die abzuregelnden Verbraucher wird erfindungsgemäß bis auf einen voreinstellbaren Wert, beispielsweise Null, reduziert. Durch die nachfolgende Abschal¬ tung der abzuschaltenden Verbraucher werden vorzugsweise auch die bereits abge¬ regelten Verbraucher von der Spannungsquelle getrennt. Dies ist insbesondere dann nötig, wenn der oben genannte voreinstellbare Wert nicht gleich Null ist.

In dem Fall, in dem die Abschaltbedingung durch die Größe der Spannung einer Span¬ nungsquelle definiert ist, ist es besonders vorteilhaft, wenn Spannungssensoren mit digitalem Ausgang verwendet werden, so daß deren Ausgangssignal bei einem einstell¬ baren Schwellwert von LOW auf HIGH oder umgekehrt wechselt. Dadurch läßt sich durch Wahl des Schwellwerts die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung an die

Spannungen unterschiedlichster Spannungsquellen, beispielsweise beliebige Batteπety- pen oder Solarzellen, anpassen.

Die Abschaltbedingung kann jedoch auch durch die Temperatur oder andere Meßgrößen, wie beispielsweise Drehzahl, Strom, Helligkeit oder Lautstärke, festgelegt werden, die durch entsprechende Sensoren erfaßt werden.

Erfindungsgemäß beginnt die Abregelung eines abzuregelnden Verbrauchers erst dann, wenn das Ausgangssignai eines ersten Spannungssensors das Unterschreiten der von der Spannungsquelle gelieferten Spannung UBATT unter einen bestimmten Schwellwert UBATTmin detektiert oder eine andere Abschaltbedingung eingetreten ist. Dieser Fall tritt bei einer Solarzelle beispielsweise mit eintretender Dämmerung ein, bei einer Sekundärbatterie mit zunehmender Entladung. Der Abregelungsvorgang gilt als abge¬ schlossen, wenn ein zweiter Spannungssensor das Unterschreiten der an den abzure¬ gelnden Verbrauchern anliegenden Versorgungsspannung UV unter einen bestimmten Schwellwert UVmin detektiert, oder eine bestimmte Zeit verstrichen ist, von der an¬ genommen wird, daß sie für die Durchführung der Abregelung ausreichend lang ist. Erst danach werden die abrupt abschaltbaren Verbraucher und vorzugsweise auch sicher¬ heitshalber die bereits abgeregelten Verbraucher von der Spannungsquelle getrennt.

Steigt die Spannung der Spannungsquelle wieder über diesen Schwellwert UBATTmin oder einen anderen Schweliwert UBATTmin' an, werden die Verbraucher wieder mit Strom versorgt. Das Ansteigen der Spannung kann beispielsweise durch Austausch oder Aufladen der Sekundärbatterie oder durch Anschließen eines Netzteils bedingt sein.

Bei entsprechender Auslegung des Netzteils kann in an sich bekannter Weise ein two- way-Betπeb der Verbraucher erfolgen, d.h. die Verbraucher werden durch das Netzteil mit Strom versorgt und ggfs. die Sekundärbatterie wieder aufgeladen. Dadurch können die Verbraucher auch bei entladener Sekundärbatterie betrieben werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausfuhrungsbeispiels für eine Schaltungs¬ anordnung zur Abschaltung von an eine Spannungsquelle angeschlossenen Verbrau¬ chern erläutert, die in den Zeichnungen dargestellt ist. Weitere Ausgestaltungen sind in der Beschreibung beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung;

Fig. 2 eine Ausführung der Abregelungsschaltung nach Fig. 1 .

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung enthält einen ersten Spannungssensor SE1 , einen zweiten Spannungssensor SE2, ein steuerbares Schaltelement M1 , ein steuerbares Widerstandselement M2 und eine Regelschaltung, die eine logische Verknüpfungs¬ schaltung L und eine Abregelungsschaltung A enthält. Die Schaltungsanordnung weist eine Anschlußklemme 1 auf, die mit dem Pluspol einer Sekundärbatterie B verbunden ist, sowie eine Masseklemme 2, die mit dem Minuspol der Sekundärbatterie B verbun¬ den ist. Ein mechanischer Schalter S1 verbindet die Masseklemme 2 mit einem Masse¬ leitungsteilstück GND2. Der erste Spannungssensor SE1 ist mit seinen Versorgungsspannungs- und zugleich Senseanschlüssen zwischen eine mit der An¬ schlußklemme 1 verbundene Versorgungsspannungsleitung und das Masseleitungsteil- stück GND2 geschaltet. Die logische Verknüpfungsschaltung L ist mit ihren Versor- gungsspannungsanschlüssen ebenfalls zwischen die Versorgungsspannungsleitung und das Masseleitungsteilstück GND2 geschaltet. Das steuerbare Schalterelement M 1 befindet sich zwischen dem Masseleitungsteilstück GND2 und einem weiteren Masselei¬ tungsteilstück GND3, und weist einen Steuereingang auf, dem ein Ausgangssignai U4 der logischen Verknüpfungsschaltung L zuführbar ist. Eine Reihenschaltung aus dem steuerbaren Widerstandselement M2 und ersten Verbrauchern V ist zwischen die Versorgungsspannungsleitung und das weitere Masseleitungsteilstück GND3 geschaltet. Parallel dazu sind weitere Verbraucher V1 sowie die Versorgungsspannungsanschlüsse der Abregelungschaltung A geschaltet. Der zweite Spannungssensor SE2 ist mit seinen Versorgungsspannungs- und Senseanschlüssen parallel zu den ersten Verbrauchern V geschaltet.

Die Ausgänge des ersten Spannungssensors SE1 , des zweiten Spannungssensors SE2, und gegebenenfalls weiterer Sensoren SE3 sind mit entsprechenden Eingängen der logischen Verknüpfungsschaltung L verbunden. Der Ausgang des ersten Spannungs¬ sensors SE1 ist ferner mit einem ersten Eingang der Abregelungsschaltung A verbunden. Ein zweiter Eingang der Abregelungsschaltung A ist mit dem Verbindungspunkt zwi¬ schen dem steuerbaren Widerstandselement M2 und den ersten Verbrauchern V verbun¬ den. Der Steuerausgang der Abregelungsschaltung A ist mit dem Steuereingang des

steuerbaren Widerstandselements M2 verbunden.

Nachfolgend wird die Funktion der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung beschrie¬ ben, wobei von der Anfangsbedingung ausgegangen wird, daß die Sekundärbatterie B aufgeladen ist.

Zum Einschalten des Systems wird der mechanische Schalter S1 geschlossen. Daraufhin liefert der erste Spannungssensor SE1 ein Ausgangssignai U2, das den Wert HIGH annimmt, und dadurch anzeigt, daß die Sekundärbatteriespannung UBATT über einer Abschaltspannung UBATTmin liegt. Der zweite Spannungssensor SE2 liefert ein Aus¬ ganssignal U 1 , das den Wert LOW annimmt, und dadurch anzeigt, daß die Versorgungs¬ spannung UV der ersten Verbraucher V unterhalb eines Schwellwerts UVmin liegt. Die Ausgangssignale U2 und U 1 des ersten bzw. zweiten Spannungssensors liegen an den entsprechenden Eingängen der logischen Verknüpfungsschaltung L an, die unter diesen Bedingungen das Ausgangssignai U4 mit dem Wert HIGH liefert, das dem steuerbaren Schalterelement M 1 zugeführt wird. Dadurch wird durch das steuerbare Schalterelement M 1 das Masseleitungsteilstück GND2 mit dem weiteren Masseleitungsteilstück GND3 verbunden, so daß die weiteren Verbraucher V1 , die Abregelungsschaltung A und der zweite Spannungssensor SE2 durch die Sekundärbatterie B mit Spannung versorgt werden. Das am ersten Eingang der Abregelungsschaltung A anliegende Ausgangssignai U2 des ersten Spannungssensors SE1 , das den Wert HIGH annimmt, bewirkt, daß die Abregelungsschaltung A das steuerbare Widerstandselement M2 durchschaltet, so daß auch die ersten Verbraucher V über das steuerbare Widerstandselement M2 mit Span¬ nung versorgt werden. Dabei entspricht die Versorgungsspannung UV der ersten Ver¬ braucher V praktisch der Versorgungsspannung UBATT der Sekundärbatterie B, und liegt somit über einem Schwellwert UVmin. Daher liefert der zweite Spannungssensor SE2 ein Ausgangssignai U1 , das den Wert HIGH annimmt. Damit befindet sich jetzt das System im betriebsbereiten Zustand.

Mit zunehmender Betriebsdauer nimmt die Sekundärbatteriespannung UBATT ab, und erreicht die Abschaltspannung UBATTmin. Daraufhin ändert sich das Ausgangssignai U2 des ersten Spannungssensors SE1 von HIGH auf LOW. Daraufhin reduziert die Abrege¬ lungsschaltung A nach einem definierten zeitlichen Verlauf die Versorgungsspannung UV der ersten Verbraucher V, indem sie das steuerbare Widerstandselement M2 zeitabhän-

gig so steuert, daß sich dessen Widerstandswert zeitabhängig vergrößert. Dadurch verringert sich die Versorgungsspannung UV der ersten Verbraucher V bis auf einen Schwellwert UVmin. Beim Erreichen dieses Schwellwerts UVmin wechselt die Aus¬ gangsspannung des zweiten Spannungssensors SE2 von HIGH auf LOW. Da jetzt beide Ausgangsspannungen U1 und U2 der Spannungssensoren den Wert LOW annehmen, wechselt die Ausgangsspannung U4 der logischen Verknüpfungsschaltung L von HIGH auf LOW, wodurch das steuerbare Schaltelement M 1 geöffnet wird. Dadurch werden alle Verbraucher außer dem Spannungssensor SE1 und der logischen Verknüpfungs¬ schaltung L von der Sekundärbatterie B getrennt.

Da der erste Spannungssensor SE1 und die logische Verknüpfungsschaltung L so ausgelegt sein können, daß ihre Versorgungsströme im Mikroamperebereich liegen, wird durch den Spannungssensor SE1 und die logische Verknüpfungsschaltung L die Se¬ kundärbatterie B nur so langsam entladen, daß normalerweise damit gerechnet werden kann, daß die Sekundärbatterie B vom Benutzer rechtzeitig vor einer Tiefentladung wieder aufgeladen wird. Jedoch kann durch Betätigen des mechanischen Schalters S1 auch noch der erste Spannungssensor SE1 und die logische Verknüpfungsschaltung L von der Sekundärbatterie B getrennt werden, so daß dadurch ein sicherer Schutz vor Tiefentladung der Sekundärbatterie B erreicht werden kann.

Nach Entladung der Sekundärbatterie B kann das System durch den Einsatz eines Netzteils wieder in Betrieb genommen werden. Durch Betätigen des mechanischen Schalters S1 können die Verbraucher erst dann wieder betrieben werden, wenn zwi¬ schenzeitlich ein Ladenetzteil die Sekundärbatterie B so weit aufgeladen hat, daß die Sekundärbatteriespannung UBATT über den Wert UBATTmin angestiegen ist, und somit der erste Spannungssensor SE1 wieder ein Ausgangssignai U2 mit dem Wert HIGH liefert.

Bei einer anderen Ausführung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung kann das System auch bei entladener Sekundärbatterie allein über ein entsprechend ausgelegtes Ladenetzteil N betrieben werden. Dazu weist die logische Verknüpfungsschaltung L einen weiteren Eingang auf, dem das Ausgangssignai U3 des Ladenetzteils N zugeführt wird. Solange das Ladenetzteil N mit dem Netz verbunden ist, nimmt das Ausgangs- signal des Ladenetzteils den Wert HIGH an. Bei geschlossenem mechanischem Schalter

S1 wird dadurch das Ausgangssignai U4 der logischen Verknüpfungsschaltung L wieder auf den Wert HIGH gesetzt, so daß das steuerbare Schaltelement M 1 geschlossen wird. Damit wird das System mit dem vom Ladenetzteil N gelieferten Strom betrieben. Gleichzeitig kann die Sekundärbatterie B wieder aufgeladen werden. Nach vollständiger Aufladung der Sekundärbatterie B schaltet sich das Ladenetzteil N ab. Gleichzeitig wechselt das Ausgangssignai U3 des Ladenetzteils N von HIGH auf LOW.

Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß das Ausgangssignai U4 der logi¬ schen Verknüpfungsschaltung L nur dann den Wert LOW annimmt, und damit das steuerbare Schaltelement M 1 öffnet, wenn jedes der drei Signale U 1 , U2 und U3 den Wert LOW annimmt. Daher kann die logische Verknüpfungsschaltung L als ODER-Gatter ausgeführt sein. Bei einer anderen Ausführung der logischen Verknüpfungsschaltung können für die Signale U 1 , U2 und U3 entsprechend andere Werte gewählt sein. Als steuerbares Schaltelement M 1 findet beispielsweise ein Relais oder ein MOS-FET Verwendung. Das steuerbare Widerstandselement M2 ist vorzugsweise ein MOS-FET.

Bei einer weiteren Ausführung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist die Schaltschwelle des ersten Spannungssensors SE1 einstellbar. Dadurch kann die Schal¬ tungsanordnung auf unterschiedliche Abschaltspannungen eingestellt werden, und ist daher an verschiedene Sekundärbatterie-Typen, Solarzellen, etc. anpaßbar.

Wenn eine modifizierte logische Verknüpfungsschaltung L weitere Eingänge aufweist, können diesen die Ausgangssignale weiterer Sensoren SE3 zugeführt werden. Dadurch lassen sich weitere Abschaltbedingungen realisieren, beispielsweise eine Temperatur¬ abschaltung, die ein Überhitzen eines Verbrauchers verhindert.

Wie in Fig. 1 dargestellt ist, werden die ersten Verbraucher V gemeinsam durch die Abregelungsschaltung A abgeregelt. Bei einer modifizierten Schaltungsanordnung ist für jeden abzuregelnden Verbraucher eine eigene Abregelungsschaltung und ein eigenes steuerbares Widerstandselement vorgesehen.

Nachfolgend wird eine vorteilhafte Ausbildung der Abregelungsschaltung A beschrieben, die in Fig. 2 dargestellt ist. Die Abregelungsschaltung A weist einen Operationsver¬ stärker OP1 auf, dessen invertierendem Eingang die Versorgungsspannung UV der

ersten Verbraucher V zuführbar ist. Zwischen den nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers OP1 und das weitere Masseleitungsteilstück GND3 ist ein Wider¬ stand R1 und parallel dazu ein Kondensator C1 sowie eine Reihenschaltung aus einem steuerbaren Schalter M3 und einer Referenzspannungsquelle UREF geschaltet. Der steuerbare Schalter M3 weist einen Steuereingang auf, der mit dem Ausgang des ersten Spannungssensors SE1 verbunden ist. Der Ausgang U5 des Operationsverstärkers OP1 ist mit dem Steuereingang des steuerbaren Widerstandselements M2 verbunden. Der steuerbare Schalter M3 ist beispielsweise durch ein Relais oder durch einen MOSFET realisiert.

Im betriebsbereiten Zustand des Systems ist der steuerbare Schalter M3 geschlossen und verbindet den nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers OP1 mit der Referenzspannungsquelle UREF. Somit kann die am invertierenden Eingang anliegende Versorgungsspannung UV der ersten Verbraucher V auf die Spannung der Referenz¬ spannungsquelle UREF geregelt werden. Wechselt das Ausgangssignai des ersten Spannungssensors SE1 von HIGH auf LOW, wird der steuerbare Schalter M3 geöffnet. Daraufhin entlädt sich der Kondensator C1 , der zuvor bei geschlossenem steuerbaren Schalter M3 auf die Referenzspannung aufgeladen war, über den Widerstand R1 . Dadurch wird eine zeitlich sich verringernde Referenzspannung erzeugt. Dies führt zu einem sich ebenfalls zeitlich verringernden Ausgangssignai U5, und die Versorgungs¬ spannung UV der ersten Verbraucher V wird entsprechend durch das steuerbare Wider¬ standselement M2 mit zunehmender Entladung des Kondensators C 1 bis auf Null abgeregelt.

Bei einer anderen Variante der Abregelungsschaltung ist die Referenzspannungsquelle UREF weggelassen. Statt dessen wird über den steuerbaren Schalter M3 dem nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers OP1 direkt die Sekundärbatteriespan¬ nung UBATT zugeführt. Diese Variante findet in solchen Fällen Verwendung, bei denen die ersten Verbraucher V nicht unbedingt mit einer geregelten Versorgungsspannung UV betrieben werden müssen.

Bei einer weiteren Variante der Abregelungsschaltung besteht diese lediglich aus einem Mikrocontroller. Wenn der erste Spannungssensor SE1 mit seinem Ausgangssignai U2 die Abregelung auslöst, wird die Spannung am Ausgang U5 des Mikrocontrollers in

kleinen Schritten reduziert, um dadurch mittels des steuerbaren Widerstandselements M2 die ersten Verbraucher V abzuregein.

Bei weiteren Varianten kann statt einer Spannungsregelung eine Strom-, Drehzahl- Helligkeits-, oder Lautstärkeabregelung realisiert sein.

Ferner kann statt einer Abregelungsschaltung eine Steuerschaltung vorgesehen sein, die dem steuerbaren Widerstandselement M2 bei Vorliegen einer Abschaltbedingung ein zeitlich sich veränderndes Signal U5 zuführt, das unabhängig von der Versorgungs¬ spannung UV der ersten Verbraucher V ist, um so den Strom durch die ersten Ver¬ braucher V zu verringern.