CN114868318A - 用于测量仪器的混合电压源 - Google Patents

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Abstract

一种电子设备，包括：具有电路输入端(M1.1)的负载电路(M1)；具有电路输入端(M2.1)、两个电路输出端(M2.2)，(M2.3)和至少一个可再充电电能储存器(HLC)的电源电路(M2)以及具有两个电路输入端(Mx.1)，(Mx.2)和电路输出端(Mx.3)的保护电路(Mx)，该至少一个可再充电电能储存器(HLC)与电源电路(M2)的电路输出端(M2.3)电连接，使得能量储存器(HLC)的电池电压(V_BAT)或与其成比例的电压位于电路输出端(M2.3)上。电路输入端(Mx.2)与电路输出端(M2.3)电连接，使得被施加在电路输入端(Mx.2)上的输入电压对应于由能量储存器(HLC)提供的电池电压(V_BAT)。另外，电路输入端(M1.1)至少有时与电路输出端(M2.2)电连接，使得在电路输出端(M2.2)上的输出电压(V_SEK1；V_SEK2)的情况下，支持从电源电路(M2)到负载电路(M1)的能量流动，并且电路输出端(Mx.3)与电路输入端(M2.1)电连接。电路输入端(Mx.1)适于与提供电源电压(V_EXT)的外部能源(ES)的电路输出端电连接。电源电路(M2)以及保护电路(Mx)两者在每种情况下，都具有至少两种运行模式(M2I，M2II；MxI，MxII)。在运行模式(M2I)中，能量储存器(HLC)被切换到电路输出端(M2.2)，使得由能量储存器提供的电池电压或与其成比例的电压作为输出电压(V_SEK1)被施加在电路输出端(M2.2)上(V_BAT＝V_SEK1)，并且在运行模式(M2II)中，电路输入端(M2.1)被切换到电路输出端(M2.3)。在运行模式(MxI)中，电路输入端(Mx.1)又被切换到电路输出端(Mx.3)，而在运行模式(MxII)中，电路输入端(Mx.1)和电路输出端(Mx.3)彼此电隔离。另外，保护电路(Mx)适于在运行模式(MxI)下监测被施加在电路输入端(Mx.2)上的电池电压，以确定其电压水平是否超过预定最大值
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并且在给定情况下自动停用运行模式(MxI)。

Description

用于测量仪器的混合电压源
技术领域
本发明涉及一种用于测量设备的电子设备以及具有这种电子设备的测量设备。
背景技术
US-A 2010/0026518中公开了一种用于测量设备的电子设备和具有这种电子设备和测量换能器的测量设备。电子设备包括具有电路输入端、电路输出端和具有微处理器和电路输入端的负载电路的内部电源电路。负载电路的电路输入端与电源电路的电路输出端电连接，使得利用位于电源电路的电路输出端上的输出电压，支持从第一电路输出端到电路输入端的电流流动，以及从电源电路到负载电路的相应能量流动。
电源电路适于使电路输入端被电连接到用于为电子设备提供电源电压的外部能源的电路输出端，以便向负载电路提供来自网络的电能。此外，电源电路还包括用于电能的至少一个可再充电能量储存器，并且电源电路另外适于将能量储存器的电池电压或与其成比例的电压施加到电路输出端，并由此向负载电路供应电能，例如，当电路输入端未被连接到外部能源时。上述能量储存器通过电容器(例如双层电容器)或通过二次电池(例如磷酸锂铁可充电电池(LiFe-PO4)、钛酸锂可充电电池、锂钴镍氧化物可充电电池、锂锰氧化物可充电电池、锂聚合物可充电电池(LiPoIy)、钠离子硫可充电电池或镍金属氢化物可充电电池)形成。
在具有这种混合能源供应(即部分地由内部电池供应并且部分地由外部网络供应实现的能源供应)的电子设备的情况下，对于电子设备和由其形成的测量设备的运行安全特别关键的是故障状态，在这种情况下，被施加到电源电路的电路输入端的(网络)电压不期望地到达内部能量储存器，使得结果是过电压，即超过最大允许电压的充电电压在相当长的时间内被施加到能量储存器，即足够长的时间过度充电，在给定的情况下，甚至破坏能量储存器。例如，当由于电子设备的各个部件的故障，电子设备的可能存在的其他充电的能量储存器(诸如电容器)和/或外部电压被连接到能量储存器时，可能出现这种故障状态。此外，内部能量储存器的破坏还可能导致电子设备的完全故障，并因此导致由其形成的测量设备的完全故障。
从上述现有技术开始，本发明的目的是保护在网络供电的电子设备中提供的可再充电能量储存器免受过电压，在给定的情况下，甚至能够破坏能量储存器的影响。
发明内容
为了实现该目的，本发明在于一种电子设备，例如用于测量设备的电子设备，该电子设备包括：
具有电路输入端的负载电路，例如具有至少一个微处理器和/或至少一个线性电压调节器的负载电路；
电源电路，具有电路输入端、第一电路输出端、第二电路输出端和至少一个可再充电的例如化学或电化学的、用于电能的能量储存器，例如超级电容器，例如通过一个或多个直流电压转换器形成的电源电路；以及
具有第一电路输入端、第二电路输入端和电路输出端的保护电路。
电源电路的可再充电能量储存器具有例如大于500As(安培秒)的标称容量，并且在完全充电(充电状态SoC＝100％)时提供标称值等于例如大于3V(伏特)的电压水平的电池电压。
在本发明的电子设备中，可再充电能量储存器与电源电路的第二电路输出端电连接，使得可再充电能量储存器的电池电压或与其成比例的电压存在于第二电路输出端上，并且负载电路的电路输入端至少有时(例如，持久地)与电源电路的第一电路输出端电连接，使得在电源电路的第一电路输出端上的输出电压的情况下，例如利用大于100mA(毫安)的电流水平支持从所述第一电路输出端到所述电路输入端的电流流动，和/或支持从所述电源电路到所述负载电路的能量流动，例如总计大于2000Ws/h(瓦秒每小时)的能量流动。此外，所述保护电路的电路输出端与所述电源电路的电路输入端电连接，以及所述保护电路的第一电路输入端另外适于与外部能源的电路输出端电连接，所述外部能源以标称值在4V和60V之间的电压水平为所述电子设备提供电源电压，并且其中，所述保护电路的第二电路输入端与所述电源电路的第二电路输出端电连接，使得被施加到所述第二电路输入端的输入电压对应于由所述可再充电能量储存器提供的电池电压。在本发明的电子设备的情况下，另外，所述电源电路以及所述保护电路两者在每种情况下都具有至少两种运行模式。在所述电源电路的第一运行模式中，其可再充电能量储存器被切换到所述第一电路输出端，使得由所述能量储存器提供的电池电压或与其成比例的电压被施加到所述第一电路输出端作为第一输出电压；以及在所述电源电路的第二运行模式中，其电路输入端被切换到其第一电路输出端，例如使得被施加到所述电路输入端的输入电压被转换为具有恒定和/或可预定电压水平的被施加到第一电路输出端的第二输出电压，和/或在被施加到所述电路输入端的输入电压的情况下，支持从所述电路输入端到所述第一电路输出端的电流流动。此外，在所述保护电路的第一运行模式中，其第一电路输入端被切换到其电路输出端，例如使得在电压被施加到所述第一电路输入端的情况下，支持从所述第一电路输入端到其电路输出端的电流流动，并且支持从所述保护电路到所述电源电路的能量流动；以及在所述保护电路的第二运行模式中，其第一电路输入端和其电路输出端彼此电隔离，例如，使得即使在以大于4V且小于60V的电压水平被施加到第一电路输入端的电压的情况下，仅支持从所述第一电路输入端到所述电路输出端的具有至多100μA(微安)的电流水平的电流流动，和/或仅支持从所述保护电路到所述电源电路的至多20Ws/h(瓦秒每小时)的能量流动。此外，本发明的电子设备的保护电路被适配成在所述第一运行模式中监测被施加到所述第二电路输入端的电池电压，以确定其电压水平是否已经超过预定最大值，该预定最大值例如比其标称值高小于0.2V，并且在给定情况下，自动地停用其第一运行模式，例如同时激活其第二运行模式，或者自动地从其第一运行模式切换到其第二运行模式。
此外，本发明还在于一种测量系统，该测量系统由这样的电子设备形成，并且另外包括与电子设备电耦合的测量换能器，该测量换能器适于记录至少一个例如物理或化学被测变量，并且适于将其转换成表示被测变量的至少一个测量信号。
在本发明的电子设备的第一实施例中，还提供了在所述电源电路的第二运行模式中，其可再充电能量储存器不被切换到所述第一电路输出端，使得其可再充电能量储存器和其第一电路输出端彼此电隔离，并且由所述可再充电能量储存器提供的电池电压不被施加到所述第一电路输出端。
此外，在本发明的电子设备的第二实施例中，提供了在所述保护电路的第一运行模式中，其第一电路输入端被切换到其电路输出端，使得在例如具有大于4V的电压水平的电压被施加到所述第一电路输入端的情况下，支持从所述第一电路输入端到其电路输出端的例如具有大于100mA的电流水平电流流动，和/或支持从所述保护电路到所述电源电路的能量流动，例如总计大于1000Ws/h的能量流动。
在本发明的电子设备的第三实施例中，还提供了在所述保护电路的第二运行模式中，其第一电路输入端和其电路输出端彼此电隔离，使得即使在具有大于4V和/或小于60V的电压水平的电压施加到所述第一电路输入端和/或所述第一电路输入端被电连接到输送具有在4V和60V之间的电压水平的供应电压的电源电压的外部能源的电路输出端的情况下，仅支持从所述第一电路输入端到所述电路输出端的具有至多100μA(微安)的电流水平的电流流动和/或仅支持从所述保护电路到所述电源电路至多20Ws/h(瓦秒每小时)的能量流动。
在本发明的电子设备的第四实施例中，此外，提供了所述电源电路适于当所述可再充电能量储存器的电池电压具有不低于例如对应于大于所述可再充电能量储存器的放电端电压的105％的预定最小值的电压水平时，例如在没有输入电压被施加到所述电路输入端或者被施加到所述电路输入端的输入电压具有低于预定最小值的电压水平的情况下，自动地激活所述第一运行模式，例如自动地启动所述第一运行模式。
此外，在本发明的电子设备的第五实施例中，提供了所述电源电路适于在被施加到所述电路输入端的输入电压具有不超过例如4V以上的预定最小值的电压水平的情况下，自动地激活所述第二运行模式，例如自动地启动或自动地从所述第一运行模式改变到所述第二运行模式。
此外，在本发明的电子设备的第六实施例中，提供了所述电源电路适于在所述电路输入端上不存在输入电压或者被施加到所述电路输入端的输入电压具有低于预定最小值的电压水平的情况下，自动地停用所述第二运行模式。
在本发明的电子设备的第七实施例中，此外，提供了在电源电路在所述第一运行模式下运行的情况下，进一步通过其电路输出端并且至所述负载电路的电路输入端来完成涉及从所述电源电路的可再充电能量储存器引出的电流路径的电子设备的负载电流电路。
在本发明的电子设备的第八实施例中，此外，提供了在所述电源电路在所述第二运行模式下运行并且同时保护电路在所述第一运行模式下运行的情况下，进一步通过其电路输出端并且至所述电源电路的第一电路输入端并且进一步通过其电路输出端并且至所述负载电路的电路输入端，来完成涉及从所述保护电路的第一电路输入端引出的电流路径的电子设备的负载电流电路。
在本发明的电子设备的第九实施例中，此外，提供了用于监测所述电池电压的保护电路包括比较器，例如借助于至少一个差分放大器形成的比较器，具有第一电压输入端、具有第二电压输入端，以及具有信号输出端；以及所述保护电路的第一电路输入端借助于所述比较器的第一电压输入端形成，而所述保护电路的第二电路输入端借助于所述比较器的第二电压输入端形成。进一步开发本发明的电子设备的该实施例，另外，提供了所述保护电路适于基于所述比较器的信号输出端上的信号电平来激活其第一运行模式或其第二运行模式。
在本发明的电子设备的第十实施例中，此外，提供了所述电源电路包括例如形成为升压转换器或降压转换器的第一直流电压转换器，以及所述第一直流电压转换器的输入端与所述至少一个可再充电能量储存器电连接，并且所述电源电路的第一电路输出端借助于所述第一直流电压转换器的输出端形成。
在本发明的电子设备的第十一实施例中，此外，提供了所述电源电路包括第二直流电压转换器，例如形成为降压转换器的第二直流电压转换器，以及所述电源电路的电路输入端借助于所述第二直流电压转换器的输入端形成，并且所述电源电路的第一电路输出端借助于所述第二直流电压转换器的输出端形成。
在本发明的电子设备的第十二实施例中，此外，提供了所述至少一个可再充电能量储存器具有第一连接电极和第二连接电极。进一步开发本发明的电子设备的该实施例，另外，提供了所述电源电路包括用于所述至少一个可再充电能量储存器的第一接触元件和第二接触元件，以及所述可再充电能量储存器与所述接触元件连接，例如可释放地连接，使得所述可再充电能量储存器的第一连接电极导电地接触所述第一接触元件，并且所述可再充电能量储存器的第二连接电极导电地接触所述第二接触元件。此外，所述电源电路具有至少一个例如可手动致动的开关，例如DIP开关或DIL开关，其具有第一和第二连接触点并且具有例如可手动致动的开关操作器，并且所述开关反过来利用其第一连接触点与所述第一接触元件电连接，并且适于借助于所述开关操作器选择性地产生或断开所述第一接触元件和所述第二连接触点之间的导电连接，例如，以便仅在需要时和/或在所述电子设备的启动期间将所述至少一个可再充电能量储存器集成到所述电源电路中。
在本发明的电子设备的第十三实施例中，此外，提供了所述电源电路具有至少一个不可再充电的能量储存器，例如，与所述可再充电能量储存器(例如，锂亚硫酰氯电池)并联电连接，用于存储电能。进一步开发本发明的电子设备的该实施例，另外，提供了所述至少一个不可再充电能量储存器具有大于10Ah(安培小时)的标称容量，和/或所述至少一个不可再充电能量储存器提供具有标称值大于3V和/或小于4V(例如3.6V)的电压水平的电池电压，和/或所述至少一个不可再充电能量储存器被实施为D电池(IEC R20)和/或所述至少一个不可再充电能量储存器适于对所述可再充电能量储存器充电。
在本发明的电子设备的第十四实施例中，此外，提供了所述至少一个可再充电能量储存器的电池电压(V_BAT)的标称值小于4V。
此外，在本发明的电子设备的第十五实施例中，提供所述至少一个可再充电能量储存器的标称容量大于400As和/或小于1000As。
在本发明的电子设备的第十六实施例中，此外，提供了所述至少一个可再充电能量储存器被实施为AA电池(IEC R6，AA电池)。
在本发明的电子设备的第十七实施例中，此外，提供了所述电源电路具有第三运行模式，以及所述电源电路适于在所述第三运行模式下将由所述能量储存器提供的电池电压转换为被施加到所述第一电路输出端的第三输出电压，例如，使得在电源电路在所述第二运行模式下运行的情况下，所述第三输出电压的电压水平高于所述电池电压的电压水平和/或所述输出电压的电压水平低于所述电池电压的标称值和/或所述输出电压的电压水平小于所述第二输出电压的电压水平。进一步开发本发明的该实施例，另外，提供一旦由所述能量储存器提供的电池电压具有低于预定最小值的电压水平，例如总计小于3.3V和/或大于所述标称值的80％，所述电源电路就适于自动地激活所述第三运行模式。
在本发明的测量系统的第一实施例中，此外，提供了电子设备适于接收和评估至少一个测量信号，例如，基于测量信号查明量化至少一个被测变量的测量值。
在本发明的测量系统的第二实施例中，此外，提供了所述电子设备的负载电路包括评估器模块，所述评估器模块适于基于所述至少一个测量信号来查明量化所述被测变量的测量值，例如数字测量值。进一步开发本发明的电子设备的该实施例，另外，提供了所述电子设备的负载电路包括与所述评估器模块耦合的无线电模块，所述无线电模块适于借助于无线电信号输出端由所述评估器模块查明的测量值。
本发明的基本思想是通过监测至少部分地确保电子设备的电池供电的可再充电能量储存器的电池电压，在混合电子设备中，即部分地由网络和部分地由电池供电的电子设备中，尽可能早且尽可能安全地检测电子设备内，特别是其电源电路内的可能的故障状态。因此，已经令人惊讶地发现，特别是电池电压可以对混合供电电子设备内的许多典型的、同样重要的故障状态非常敏感，使得具有仅略微偏离(特别是向上偏离)标称值的电压水平的电池电压可以是这种故障状态的非常精确的指示器。由于可以记录和评估电池电压的电压水平的小变化，因此可以足够早地检测可能的故障状态，以便能够引入适合于防止电子设备损坏的措施，例如，诸如将电子设备与外部能源分离和/或隔离电子设备内涉及能量储存器的电流电路的措施。本发明的另一个优点是，可以仅基于一个运行参数非常简单且安全地监测在相应电子设备内典型地相当拓扑分布地发生的许多故障状态。
附图说明
现在将基于附图中所示的示例更详细地解释本发明及其有利实施例。在所有附图中，相同或相同作用或相同功能的部分具有相同的附图标记；当谨慎性需要或以其他方式显得明智时，在先前附图中已经示出的附图标记在后续附图中被省略。此外，从附图和/或权利要求本身得到其他有利的实施例或附加的发展，特别是首先仅单独解释的本发明的方面的组合。
附图示出如下：
图1以框图的方式示意性地示出了本发明的电子设备的实施例的示例；
图2和图3以框图的方式示意性地示出了图1的电子设备的电源电路的实施例；以及
图4以框图的方式示意性地示出了图1的电子设备的电源电路的另一实施例。
具体实施方式
图1中示意性地示出了本发明的电子设备的实施例的示例。本发明的电子设备可以是例如通信设备的部件，该通信设备补充地具有与电子设备电连接的信号接收器，在给定情况下，信号接收器还远离电子设备。信号接收器可以是例如遥控器(远程I/O)、可编程逻辑控制器(PLC)、现场总线中的总线主控器，例如根据工业标准IEC 61158:1999，特别是根据通信简档族CPF1(基金会现场总线)、CPF3(PROFIBUS)、CPF9(HART)或CPF15(MODBUS)之一，其中，信号接收器可以是网络和/或电池馈电的。可替代地或补充地，也如图1所示，电子设备也可以是测量系统的部件，例如工业测量和自动化技术的测量和/或开关设备，其具有与电子设备电耦合的测量换能器MT，例如流量测量换能器，其进而适于记录在管道中流动的被测量物质的至少一个物理或化学的被测变量，例如流量和/或物质参数，并且传送表示被测变量的至少一个测量信号s1，特别是用于电子设备中的处理。因此，电子设备可以适于接收测量信号s1并相应地处理它，例如以便查明量化至少一个被测变量的测量值，在给定情况下，数字测量值。此外，也如图1所示，电子设备可以布置在保护壳体H内，此外，保护壳体H可以例如直接位于上述测量换能器MT上，以便形成紧凑结构的测量设备。因此，在例如借助于微控制器(μC)形成的附加实施例中，负载电路包括评估器模块，该评估器模块适于基于上述至少一个测量信号s1查明量化至少一个被测变量的测量值，例如数字测量值。为了将借助于电子设备查明的测量值发送到上述信号接收器，电子设备的负载电路可以具有例如与评估器模块耦合的无线电模块，该无线电模块适于借助于无线电信号输出端由评估器模块查明的测量值。替代地或补充地，上述评估器模块还可以适于通过电线输出测量值，例如，借助于在给定情况下符合上述现场总线之一的模拟、电流信号或数字信号将其传输到上述信号接收器。
本发明的电子设备包括具有电路输入端的负载电路M1、具有电路输入端、第一电路输出端、第二电路输出端以及至少一个特别是化学或电化学可再充电电能储存器HLC(例如超级电容器)的电源电路M2。也如图1所示，负载电路M1可以例如借助于至少一个微控制器μC和/或至少一个线性电压调节器LDO形成。
电源电路M2的能量储存器HLC具有例如总计400As(安培秒)的标称容量，并且适于完全充电，因此在100％的充电状态(SoC-充电状态)的情况下，提供具有标称值例如3.6V(伏特)的电压水平的电池电压V_BAT。能量储存器HLC与电源电路M2的第二电路输出端电连接，使得能量储存器HLC的电池电压V_BAT或与其成比例的电压位于第二电路输出端上。
为了将能量储存器HLC合并到电源电路M2中，特别是为了将能量储存器HLC电连接到电源电路M2的第二电路输出端，能量储存器HLC还可以具有第一和第二连接电极，并且电源电路M2可以具有用于至少一个能量储存器HLC的相应的第一和第二接触元件，即被电连接到第二电路输出端或甚至至少部分地形成它的接触元件。此外，在本发明的实施例中，规定能量储存器HLC例如甚至可释放地连接到上述接触元件，使得能量储存器HLC的第一连接电极导电地接触第一接触元件，以及能量储存器HLC的第二连接电极导电地接触第二接触元件。在本发明的另外的实施例中，电源电路M2另外包括至少一个、特别是可手动致动的开关DIL。例如实施为DIP或DIL开关的开关DIL包括第一和第二连接触点以及在给定情况下可手动致动的开关操作器，并且通过其第一连接触点与能量储存器HLC的第一接触元件电连接。另外，开关DIL适于通过其开关操作器选择性地产生或断开第一接触元件和第二连接触点之间的导电连接，例如，以便仅在需要时和/或在电子设备启动期间将能量储存器HLC集成到电源电路中。此外，能量储存器HLC的连接电极和电源电路M2的接触元件还可以例如适于在能量储存器HLC和电源电路M2之间产生安全的、同样可释放的机械连接。
在本发明的电子设备的情况下，此外，提供了负载电路M1的电路输入端至少有时，在给定情况下，也是持久地，与电源电路M2的第一电路输出端电连接，使得在输出电压(V_SEK1；V_SEK2)存在于电源电路M2的第一电路输出端上的情况下，支持从第一电路输出端到电路输入端的电流流动和/或从电源电路M2到负载电路M1的能量流动；特别地，使得在输出电压处于2V和4V之间的范围内的情况下，上述电流流动具有大于100mA(毫安)的电流水平和/或上述能量流动总计大于2000Ws/h(瓦秒每小时)。
为了检测电子设备内(特别是也在电源电路M2内)的可能故障状态，本发明的电子设备还包括保护电路Mx。保护电路Mx包括第一电路输入端、第二电路输入端以及电路输出端。保护电路Mx的电路输出端与电源电路M2的电路输入端电连接。另外，保护电路Mx的第一电路输入端适于被电连接到为电子设备提供电源电压V_EXT(例如DC电源电压)的外部能源ES的电路输出端，并且保护电路Mx的第二电路输入端与电源电路M2的第二电路输出端电连接，使得被施加到第二电路输入端的输入电压对应于由能量储存器HLC提供的电池电压V_BAT。在另外的实施例中，电源电路M2(因此由其形成的电子设备)适于以电源电压V_EXT(特别是所供应的DC电压)运行，该电源电压V_EXT具有位于4V和60V之间的标称值(标称电压)。
另外，在本发明的电子设备的情况下，电源电路以及保护电路两者在每种情况下都具有至少两种运行模式(M2I，M2II；MxI，MxII)，即分别为第一运行模式M2I和MxI，以及分别至少为第二运行模式M2II和MxII。
在电源电路的第一运行模式M2I中，其能量储存器HLC被切换到第一电路输出端，使得由能量储存器提供的电池电压或与其成比例的电压作为第一输出电压V_SEK1(V_BAT＝V_SEK1)位于第一电路输出端上，并且在电源电路M2的第二运行模式M2II中，其电路输入端被切换到其第一电路输出端；特别地，这使得被施加到电路输入端的输入电压V_EXT(例如直流电压)被转换成存在于第一电路输出端上的恒定和/或可预定电压水平的第二输出电压V_SEK2，并且在被施加到电路输入端的输入电压V_EXT的情况下，支持从电路输入端到第一电路输出端的电流流动，和/或使得作为结果，完成电子设备的第一负载电流电路，这涉及从能量储存器HLC通过电源电路M2的电路输出端并且至负载电路M1的电路输入端引出的电流路径。在本发明的另外的实施例中，另外提供，在电源电路M2的第二运行模式M2II中，其能量储存器HLC不被切换到第一电路输出端，使得能量储存器HLC和第一电路输出端彼此电隔离，并且由能量储存器提供的电池电压不存在于第一电路输出端上。
在本发明的电子设备的情况下，此外，提供了在保护电路Mx的第一运行模式MxI中，其第一电路输入端被切换到其电路输出端；特别地，使得在电压被施加到第一电路输入端的情况下，支持从第一电路输入端到其电路输出端的电流流动，并且支持从保护电路到电源电路的能量流动；特别地，这也使得在运行保护电路的第一运行模式中并且同时在运行电源电路M2的第二运行模式中，完成电子设备的第二负载电流电路，其涉及从保护电路Mx的第一电路输入端进一步通过其电路输出端并且至电源电路M2的第一电路输入端，并且进一步通过其电路输出端并且至负载电路M1的电路输入端引出的电流路径。
在保护电路Mx的第二运行模式MxII中，其第一电路输入端和其电路输出端又彼此电隔离；特别地，这使得即使利用大于4V且小于60V的电压水平，将电压施加到第一电路输入端的电压的情况下，也支持从第一电路输入端到电路输出端的具有仅至多100μA(微安)的电流水平的电流流动，和/或仅能从保护电路到电源电路的至多20Ws/h(瓦秒每小时)的能量流动。此外，本发明的电子设备的保护电路Mx在第一运行模式中适于监测关于其电压水平是否已经超过预定的最大值
Figure BDA0003687954030000131
(例如，比其标称值高不到0.2V)、被施加到第二电路输入端的电池电压。另外，保护电路Mx适于自动停用其第一运行模式，例如同时激活其第二运行模式，或者在上述监测能量储存器HLC的电池电压的情况下检测到电池电压已经超过上述最大值
Figure BDA0003687954030000132
的情况下，自动地从其第一运行模式切换到其第二运行模式。为了监测电池电压，在本发明的另一个实施例中，保护电路Mx还包括比较器，例如，通过至少一个差分放大器形成，并且具有第一电压输入端、第二电压输入端和信号输出端(名义上仅具有两个状态)。对于这种情况，保护电路的第一电路输入端可以通过比较器的第一电压输入端形成，在给定情况下，也可以具有插入的电压调节器和/或一个或多个齐纳二极管，其提供从电源电压V_EXT导出和/或进一步稳定的参考电压，并且保护电路的第二电路输入端可以通过比较器的第二电压输入端形成，在给定情况下，也可以具有用于电池电压V_BAT的插入的分压器。此外，保护电路Mx可以适于基于比较器的信号输出端上的信号电平来激活其第一运行模式或其第二运行模式；这特别地使得在用信号发送超过最大值
Figure BDA0003687954030000141
达电池电压的信号输出端上的信号电平的改变后立即激活保护电路的第二运行模式。
在本发明的附加实施例中，提供了在保护电路Mx的第一运行模式中，在利用大于4V的电压水平将电压施加到第一电路输入端的情况下，支持利用大于100mA的电流水平从第一电路输入端到其电路输出端的电流流动，或者支持从保护电路Mx到电源电路M2的总计大于1000Ws/h的能量流动，和/或提供在保护电路的第二运行模式中，支持从第一电路输入端到电路输出端的具有仅至多100μA(微安)的电流水平的电流流动，和/或支持从保护电路到电源电路的仅至多20Ws/h(瓦秒每小时)的能量流动；这尤其还针对以下情况：其中，具有大于4V和/或小于60V的电压水平的电压存在于第一电路输入端上，和/或保护电路Mx的第一电路输入端被电连接到外部能源(ES)的电路输出端，该外部能源(ES)递送具有位于4V和60V之间的电压水平的电源电压。
在本发明的附加实施例中，电源电路M2还适于自动地激活第一运行模式，例如，甚至在连接能量储存器HLC之后，或者甚至在致动上述开关DIL之后；这尤其是当能量储存器HLC的电池电压具有不低于预定最小值(例如，对应于大于能量储存器HLC的放电端电压的105％)的电压水平时，和/或在电路输入端上不再存在输入电压或者被施加到电路输入端的输入电压具有低于预定最小值的电压水平的情况下。替代地或补充地，电源电路M2可以另外适于在被施加到电路输入端的输入电压具有不低于预定最小值(例如，高于4V的最小值)的电压水平的情况下自动激活第二运行模式，例如自动地启动或自动地从第一运行模式改变到第二运行模式，和/或电源电路可以适于在电路输入端上没有输入电压，或者被施加到电路输入端的输入电压具有低于预定最小值的电压水平的情况下自动地停用第二运行模式。输入电压或其正确的电压水平和/或电池电压的上述(最小)电压水平的检测又可以通过一个或多个比较器发生，例如，在每种情况下，一个或多个比较器通过一个或多个差分放大器形成并相应地设置在电源电路中。
在本发明的另一个实施例中，此外，提供电源电路M2除了包括两个前面指出的运行模式M2I和M2II之外，还包括附加的第三运行模式M2III，使得电源电路M2在第三运行模式M2III中适于将由能量储存器HLC提供的电池电压V_BAT转换成被施加到电源电路M2的第一电路输出端的第三输出电压V_SEK3；特别地，这也使得输出电压V_SEK3的电压水平高于能量储存器HLC的电池电压V_BAT的电压水平，或者低于电池电压V_BAT的标称值。替代地或补充地，由电源电路在第三运行模式中提供的输出电压V_SEK3的电压水平也可以不同于在第一运行模式和/或第二运行模式中的每种情况下提供的输出电压V_SEK1(相应地V_SEK2)的特定电压水平，特别地使得在电源电路在第二运行模式中运行的情况下，输出电压V_SEK3的电压水平小于输出电压V_SEK2的电压水平。此外，一旦由能量储存器HLC提供的电池电压V_BAT具有低于预定最小值的电压水平，电源电路可以进一步适于自动地激活第三运行模式。最小值可以例如小于3.3V和/或大于标称值的80％。
为了将由能量储存器HLC提供的电池电压V_BAT转换成从其导出的直流电压，该直流电压同样稳定和/或具有恒定电压水平，例如也用作输出电压V_SEK3，在附加实施例中，电源电路包括(第一)直流电压转换器BOOST，使得诸如图2中示意性地所示，直流电压转换器BOOST的输入端与至少一个能量储存器HLC连接，并且电源电路M2的第一电路输出端借助于直流电压转换器BOOST的输出端形成，然而特别地，电源电路M2的第二电路输出端不借助于直流电压转换器BOOST的输出端形成。直流电压转换器BOOST可以有利地体现为例如升压转换器或反相降压-升压转换器。
特别是对于上述情况，其中，电源电路M2在其第二运行模式下的电路输入端端上的电压V_EXT是直流电压，此外，电源电路M2也如图3中示意性地所示，可以具有第二直流电压转换器BUCK，该第二直流电压转换器BUCK例如形成为降压转换器并且用于将输入电压V_EXT转换为在电源电路M2的第一电路输出端上输出的输出电压V_SEK2，使得借助于直流电压转换器BUCK的输入端形成电源电路M2的电路输入端，并且借助于直流电压转换器BUCK的输出端形成电源电路M2的第一电路输出端。对于上述情况，其中，电源电路M2还包括直流电压转换器BOOST，其输出端和直流电压转换器BUCK的输出端的输出可以彼此电连接，也如图2和图3所示。
在本发明的另外的实施例中，能量储存器HLC具有大于400As(安培秒)，特别是大于500As的标称容量，并且能量储存器HLC提供完全充电的电池电压V_BAT，因此在100％的充电状态(SoC充电状态)的情况下，电池电压V_BAT具有标称值大于2.4V(伏特)的电压水平。特别是对于上述情况，其中，电子设备连接到外部能源(ES)，在给定情况下，至少一个可再充电能量储存器HLC的标称容量也可以总计小于1000As。可替代地或补充地，能量储存器HLC的电池电压V_BAT的标称值可以总计例如也小于4V。为了增加由电池提供给电源电路M2的电能，因此在第一运行模式M2I中，或由此在电子设备内可用的电功率，电源电路M2可以例如如图4中示意性所示，另外具有至少一个不可再充电电能储存器LTC，例如，与可再充电电能储存器HLC并联电连接的不可再充电电能储存器LTC，例如锂亚硫酰氯电池。此外，在本发明的另一个实施例中，提供能量储存器LTC具有大于10Ah(安培小时)的标称容量和/或具有大于2.4V和/或小于3.9V的标称值的电压水平的电池电压。能量储存器LTC可以例如被实施为D电池(IEC R20)和/或甚至在需要时适于对可再充电能量储存器LTC充电。

Claims (23)

1.一种电子设备，特别是用于测量设备的电子设备，所述电子设备包括：
-具有电路输入端(M1.1)的负载电路(M1)，特别是具有至少一个微处理器(μC)和/或至少一个线性电压调节器(LDO)的负载电路；
-电源电路(M2)，特别是借助于一个或多个直流电压转换器形成的电源电路，具有，
--电路输入端(M2.1)，
--第一电路输出端(M2.2)，
--第二电路输出端(M2.3)以及
--至少一个可再充电电能储存器(HLC)，特别是超级电容器，
┄所述电源电路(M2)的能量储存器(HLC)具有标称容量，特别是大于500As(安培秒)的标称容量，并且完全充电(充电状态SoC＝100％)提供标称值等于、特别是大于3V(伏特)的电压水平的电池电压(V_BAT)，以及
┄所述能量储存器(HLC)与所述电源电路(M2)的第二电路输出端电连接，使得所述能量储存器(HLC)的电池电压(V_BAT)或与其成比例的电压位于所述第二电路输出端上；以及
-保护电路(Mx)，所述保护电路(Mx)具有：
--第一电路输入端(Mx.1)，
--第二电路输入端(Mx.2)，以及
--电路输出端(Mx.3)；
-其中，所述负载电路(M1)的电路输入端(M1.1)至少有时，特别是持久地与所述电源电路(M2)的所述第一电路输出端(M2.2)电连接，使得在所述电源电路的所述第一电路输出端上的输出电压(V_SEK1；V_SEK2)的情况下，特别是利用大于100mA(毫安)的电流水平支持从所述第一电路输出端到所述电路输入端的电流流动，和/或支持从所述电源电路(M2)到所述负载电路(M1)的能量流动，特别是总计大于2000Ws/h(瓦秒每小时)的能量流动；
-其中，所述保护电路的所述电路输出端(Mx.3)与所述电源电路(M2)的所述电路输入端(M2.1)电连接；
-其中，所述保护电路(Mx)的所述第一电路输入端(Mx.1)适于与外部能源(电压源M3)的电路输出端电连接，所述外部能源(电压源M3)特别是以标称值在4V和60V之间的电压水平为所述电子设备提供电源电压(V_EXT)，并且其中，所述保护电路(Mx)的所述第二电路输入端(Mx.2)与所述电源电路(M2)的所述第二电路输出端(M2.3)电连接，使得被施加到所述第二电路输入端(Mx.2)的输入电压对应于由所述能量储存器(HLC)提供的电池电压(V_BAT)；
-其中，所述电源电路(M2)以及所述保护电路(Mx)两者在每种情况下都具有至少两种运行模式(M2I，M2II；MxI，MxII)，
-其中，在所述电源电路的第一运行模式(M2I)中，其能量储存器被切换到所述第一电路输出端，使得由所述能量储存器提供的电池电压或与其成比例的电压被施加到所述第一电路输出端作为第一输出电压(V_SEK1)(V_BAT＝V_SEK1)；
-其中，在所述电源电路的第二运行模式(M2II)中，其电路输入端被切换到其第一电路输出端，特别是使得被施加到所述电路输入端的输入电压(V_EXT)被转换为具有恒定和/或可预定电压水平的被施加到第一电路输出端的第二输出电压(V_SEK2)，和/或在被施加到所述电路输入端的输入电压(V_EXT)的情况下，支持从所述电路输入端到所述第一电路输出端的电流流动；
-其中，在所述保护电路(Mx)的第一运行模式(MxI)中，其第一电路输入端被切换到其电路输出端，特别是使得在电压被施加到所述第一电路输入端的情况下，支持从所述第一电路输入端到其电路输出端的电流流动，并且支持从所述保护电路到所述电源电路的能量流动；
-其中，在所述保护电路(Mx)的第二运行模式(MxII)中，其第一电路输入端和其电路输出端彼此电隔离，特别是使得即使在以大于4V且小于60V的电压水平被施加到第一电路输入端的电压的情况下，仅支持从所述第一电路输入端到所述电路输出端的具有至多100μA(微安)的电流水平的电流流动，和/或仅支持从所述保护电路到所述电源电路的至多20Ws/h(瓦秒每小时)的能量流动；以及
-其中，所述保护电路被适配成在所述第一运行模式中监测被施加到所述第二电路输入端的电池电压，以确定其电压水平是否已经超过预定最大值
Figure FDA0003687954020000031
所述预定最大值特别是比其标称值高小于0.2V，并且在给定情况下，自动地停用其第一运行模式，特别地同时激活其第二运行模式，或者自动地从其第一运行模式切换到其第二运行模式。
2.根据前述权利要求中的一项所述的电子设备，
-其中，在所述电源电路的第二运行模式(M2I)中，其能量储存器不被切换到所述第一电路输出端，使得其能量储存器和其第一电路输出端彼此电隔离，并且由所述能量储存器提供的电池电压不被施加到所述第一电路输出端；和/或
-其中，在所述保护电路的第一运行模式中，其第一电路输入端被切换到其电路输出端，使得在特别是具有大于4V的电压水平的电压被施加到所述第一电路输入端的情况下，支持从所述第一电路输入端到其电路输出端的特别是具有大于100mA的电流水平的电流流动，和/或支持从所述保护电路到所述电源电路的能量流动，特别是总计大于1000Ws/h的能量流动；和/或
-其中，在所述保护电路的第二运行模式中，其第一电路输入端和其电路输出端彼此电隔离，使得即使在具有大于4V和/或小于60V的电压水平的电压施加到所述第一电路输入端和/或所述第一电路输入端被电连接到输送具有在4V和60V之间的电压水平的供应电压的外部能源的电路输出端的情况下，仅支持从所述第一电路输入端到所述电路输出端的具有至多100μA(微安)的电流水平的电流流动和/或仅支持从所述保护电路到所述电源电路至多20Ws/h(瓦秒每小时)的能量流动。
3.根据前述权利要求中的一项所述的电子设备，
‥其中，所述电源电路适于当所述能量储存器的电池电压具有不低于特别地对应于大于所述能量储存器的放电端电压的105％的预定最小值的电压水平时，特别是在没有输入电压被施加到所述电路输入端或者被施加到所述电路输入端的输入电压具有低于预定最小值的电压水平的情况下，自动地激活所述第一运行模式，特别是自动地启动所述第一运行模式；和/或
‥其中，所述电源电路适于在被施加到所述电路输入端的输入电压具有不超过特别是4V以上的预定最小值的电压水平的情况下，自动地激活所述第二运行模式，特别是自动地启动或自动地从所述第一运行模式改变到所述第二运行模式；和/或
‥其中，所述电源电路适于在所述电路输入端上不存在输入电压或者被施加到所述电路输入端的输入电压具有低于预定最小值的电压水平的情况下，自动地停用所述第二运行模式。
4.根据前述权利要求中的一项所述的电子设备，其中，在电源电路在所述第一运行模式下运行的情况下，进一步通过其电路输出端以及至所述负载电路的电路输入端来完成涉及从所述电源电路的所述能量储存器引出的电流路径的电子设备的负载电流电路。
5.根据前述权利要求中的一项所述的电子设备，其中，在所述电源电路在所述第二运行模式下运行并且同时保护电路在所述第一运行模式下运行的情况下，进一步通过其电路输出端以及至所述电源电路的第一电路输入端并且进一步通过其电路输出端以及至所述负载电路的电路输入端，来完成涉及从所述保护电路的所述第一电路输入端引出的电流路径的电子设备的负载电流电路。
6.根据前述权利要求中的一项所述的电子设备，
-其中，用于监测所述电池电压的保护电路包括比较器，特别是借助于至少一个差分放大器形成的比较器，所述比较器具有，
--第一电压输入端，
--第二电压输入端，以及
--信号输出端；并且
-其中，所述保护电路的所述第一电路输入端借助于所述比较器的所述第一电压输入端形成，而所述保护电路的所述第二电路输入端借助于所述比较器的所述第二电压输入端形成。
7.根据前一权利要求所述的电子设备，其中，所述保护电路适于基于所述比较器的所述信号输出端上的信号电平来激活其第一运行模式或其第二运行模式。
8.根据前述权利要求中的一项所述的电子设备，
-其中，所述电源电路包括特别是形成为升压转换器或降压转换器的第一直流电压转换器(BOOST)，以及
-其中，所述第一直流电压转换器(BOOST)的输入端与所述至少一个能量储存器电连接，并且所述电源电路的所述第一电路输出端借助于所述第一直流电压转换器(BOOST)的输出端形成。
9.根据前述权利要求中的一项所述的电子设备，
-其中，所述电源电路包括第二直流电压转换器(BUCK)，特别是形成为降压转换器的第二直流电压转换器，以及
-其中，所述电源电路的电路输入端借助于所述第二直流电压转换器(BUCK)的输入端形成，并且所述电源电路的第一电路输出端借助于所述第二直流电压转换器(BUCK)的输出端形成。
10.根据权利要求8和9所述的电子设备，其中，所述第一直流电压转换器的输出端和所述第二直流电压转换器的输出端彼此电连接。
11.根据前述权利要求中的一项所述的电子设备，其中，所述至少一个可再充电能量储存器具有第一连接电极和第二连接电极。
12.根据前一权利要求所述的电子设备，
-其中，所述电源电路包括用于所述至少一个能量储存器(HLC)的第一接触元件和第二接触元件，以及
-其中，所述能量储存器(HLC)与所述接触元件连接，特别是可释放地连接，使得所述能量储存器(HLC)的第一连接电极导电地接触所述第一接触元件，并且所述能量储存器(HLC)的第二连接电极导电地接触所述第二接触元件。
13.根据前一权利要求所述的电子设备，
-其中，所述电源电路具有至少一个特别是可手动致动的开关(DIL)，特别是DIP开关或DIL开关，其具有第一和第二连接触点并且具有特别是可手动致动的开关操作器，并且
-其中，所述开关利用其第一连接触点与所述第一接触元件电连接，并且适于借助于所述开关操作器选择性地产生或断开所述第一接触元件和所述第二连接触点之间的导电连接。
14.根据前一权利要求所述的电子设备，其中，所述开关(DIL)适于特别是仅在需要时和/或在所述电子设备的启动期间将所述至少一个可再充电能量储存器(HLC)集成到所述电源电路中，特别是使得所述电源电路此后能够至少在所述第一运行模式下运行或者自动地激活所述第一运行模式。
15.根据前述权利要求中的一项所述的电子设备，其中，所述电源电路具有用于储存电能的至少一个不可再充电能量储存器(LTC)，所述至少一个不可再充电能量储存器特别地与所述可再充电能量储存器(HLC)并联电连接，所述不可再充电能量储存器特别地是锂亚硫酰氯电池。
16.根据前一权利要求所述的电子设备，
-其中，所述至少一个不可再充电能量储存器具有大于10Ah(安培小时)的标称容量；和/或
-其中，所述至少一个不可再充电能量储存器(LTC)提供具有标称值大于3V和/或小于4V，特别是3.6V的电压水平的电池电压；和/或
-其中，所述至少一个不可再充电能量储存器(LTC)被实施为D电池(IEC R20)；和/或
-其中，所述至少一个不可再充电能量储存器(LTC)适于对所述可再充电能量储存器充电。
17.根据前述权利要求中的一项所述的电子设备，
-其中，所述至少一个可再充电能量储存器(HLC)的电池电压(V_BAT)的标称值小于4V；和/或
-其中，所述至少一个可再充电能量储存器(HLC)的标称容量大于400As和/或小于1000As；和/或
-其中，所述至少一个可再充电能量储存器(HLC)被实施为AA电池(IEC R6，AA电池)。
18.根据前述权利要求中的一项所述的电子设备，
-其中，所述电源电路(M2)具有第三运行模式(M2III)，以及
-其中，所述电源电路适于在所述第三运行模式下以将由所述可再充电能量储存器(HLC)提供的电池电压(V_BAT)转换为被施加在所述第一电路输出端上的第三输出电压(V_SEK3)，特别地，使得在电源电路在所述第二运行模式下运行的情况下，所述第三输出电压(V_SEK3)的电压水平高于所述电池电压(V_BAT)的电压水平和/或所述输出电压(V_SEK3)的电压水平低于所述电池电压(V_BAT)的标称值和/或所述输出电压(V_SEK3)的电压水平小于所述第二输出电压(V_SEK2)的电压水平。
19.根据前一权利要求所述的电子设备，其中，所述电源电路适于一旦由所述可再充电能量储存器(HLC)提供的电池电压(V_BAT)具有低于预定最小值的电压水平，特别是总计小于3.3V和/或大于所述标称值的80％，就自动地激活所述第三运行模式。
20.一种测量系统，包括：
-根据前述权利要求中的一项所述的电子设备；以及，
-与所述电子设备电耦合的测量换能器(MT)，所述测量换能器(MT)适于记录至少一个被测变量，特别是物理或化学被测变量，并将其转换成表示所述被测变量的至少一个测量信号(s1)。
21.根据权利要求20所述的测量系统，其中，所述电子设备适于接收并评估所述至少一个测量信号，特别是基于所述测量信号，查明量化所述至少一个被测变量的测量值。
22.根据权利要求20或21所述的测量系统，其中，所述电子设备的负载电路包括评估器模块，所述评估器模块适于基于所述至少一个测量信号来查明量化所述被测变量的测量值，尤其是数字测量值。
23.根据前一权利要求所述的测量系统，其中，所述电子设备的负载电路包括与所述评估器模块耦合的无线电模块，所述无线电模块适于借助于无线电信号输出端由所述评估器模块查明的测量值。
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