DE10017856A1

DE10017856A1 - Elektronische Datenübertragungseinrichtung

Info

Publication number: DE10017856A1
Application number: DE2000117856
Authority: DE
Inventors: Klaus Wolfrum
Original assignee: Individual
Current assignee: WOLFRUM, KLAUS, PROF. DR., 76275 ETTLINGEN, DE
Priority date: 2000-04-11
Filing date: 2000-04-11
Publication date: 2001-10-25

Abstract

Drahtlose Datenübertragungseinrichtungen, wie z. B. Fernbedienungssender oder drahtlose Tastaturen, werden in der Regel aus Primärbatterien gespeist. Diese müssen in regelmäßigen Abständen ausgetauscht werden, was einerseits Kosten verursacht und andererseits durch die notwendige Entsorgung die Umwelt belastet. Ein Ersatz der Primärbatterien durch Akkumulatoren ist wegen der relativ hohen Selbstentladung problematisch, regelmäßiges Nachladen ist in jedem Fall erforderlich. Durch die Kombination von solarer Energieversorgung und Zwischenspeicherung der elektrischen Energie in einem Kondensator werden die geschilderten Nachteile vermieden. DOLLAR A Die Energiespeicherung erfolgt in einem Kondensator hoher Kapazität (Doppelschichtkondensator), der durch Beschaltung mit einem nichtlinearen Schaltelement gegenüber Überspannung geschützt wird. Dieser Kondensator kann wahlweise durch eine in die Datenübertragungseinrichtung integrierte Solarzelle oder eine externe - wahlweise solargespeiste - Ladevorrichtung aufgeladen werden. Zur besseren Ausnutzung der im Kondensator gespeicherten Energie kann zwischen Kondensator und der zu versorgenden Übertragungseinrichtung ein Gleichspannungswandler geschaltet werden. DOLLAR A Die beschriebene Einrichtung eignet sich zum Ersatz von herkömmlichen, batterie- oder akkugespeisten, drahtlosen Dateneingabegeräten bzw. Datenübertragungseinrichtungen.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronische Datenübertragungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Elektronische Datenübertragungseinrichtungen der eingangs genannten Art sind z. B. als Fernbedienungen für Fernsehgeräte und andere Geräte der Unterhaltungselektronik bekannt. Dabei ist das Eingabegerät in der Regel batteriegespeist und die Empfangseinrichtung im üblicherweise aus dem Stromnetz versorgten Fernsehgerät integriert. Ebenso finden die beschriebenen Datenübertragungseinrichtungen Verwendung zur Steuerung von Rolläden, Garagentoren usw. Auch drahtlose Eingabegeräte für Computer wie z. B. drahtlose Tastaturen und Mäuse sind darunter zu verstehen.

Derzeit bekannte und verwendete Fernbedienungen werden zur Stromversorgung üblicherweise aus Primärbatterien gespeist. Dem Anwender bleibt es überlassen, ob er die Primärbatterien durch Akkumulatoren austauscht, die dann in periodischen Abständen in einem externen Ladegerät nachgeladen werden müssen. Bei nur gelegentlich benutzten Fernbedienungen ist die Selbstentladung der verwendeten Batterien bzw. Akkumulatoren entscheidend für die erzielbare Betriebsdauer eines Batterie- bzw. Akkusatzes. In jedem Fall ist der Ersatz und die Entsorgung von Batterien mit Kosten und Umweltbelastungen verbunden. Auch der Einsatz von Akkumulatoren ist durch deren Gehalt an Schwermetallen problematisch.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektronische Datenübertragungseinrichtung derart weiterzubilden, daß auf das Nachladen von Akkumulatoren bzw. den Ersatz von Batterien verzichtet werden kann. Dadurch werden dem Anwender Kosten und Mühen erspart. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Datenübertragungseinrichtung gemäß Anspruch 1.

Durch das Bereitstellen einer Solarzelle ist ein ständiges Nachladen der Datenübertragungsvorrichtung durch Tageslicht oder künstliche Beleuchtung gewährleistet. Datenübertragungseinrichtungen der genannte Art werden üblicherweise nur intermittierend verwendet, der mittlere Leistungsbedarf ist daher gering. Der Spitzenleistungsbedarf bei Datenübertragung wird durch die im Kondensator gespeicherte Energie gedeckt. In den Zeiten, in denen Licht auf die Solarzelle fällt, wird der Kondensator kontinuierlich nachgeladen. Dadurch kann die Datenübertragungsvorrichtung mit Energie versorgt werden, ohne daß ein externes Nachladen oder Austauschen des Akkumulators erforderlich ist. Die Verwendung eines Kondensators ist vorteilhaft, da wesentlich mehr Lade-/Entladezyklen erzielbar sind als bei einem Akkumulator. Der vor allem bei NiCd-Akkumulatoren auftretende Memory-Effekt bei nicht vollständigen Auf- und Entladezyklen tritt ebenfalls nicht auf. Die Überladeschutzschaltung kann durch einen einfachen Überspannungsschutz realisiert werden. Gegenüber Akkumulatoren können Kondensatoren auch innerhalb kürzerer Zeit aufgeladen werden.

Die zur Verfügung stehenden Kondensatoren hoher Kapazität (Doppelschichtkondensatoren) reagieren äußerst empfindlich auf ein Überschreiten der Nennspannung. Daher muß der Kondensator in geeigneter Weise gegen zu hohe anliegende Spannungen geschützt werden, die bei längerem Nichtgebrauch der Datenübertragungseinrichtung und starker Sonneneinstrahlung entstehen können.

Gleichzeitig soll der Überspannungsschutz im Nennspannungsbereich keine nennenswerte zusätzliche Entladung des Kondensators herbeiführen. Dies wird durch ein nichtlineares Schaltelement gemäß Anspruch 2 erreicht.

Als geeignete nichtlineare Schaltelemente werden Dioden bzw. Reihenschaltungen von Dioden verwendet (Silizium-, Schottky- oder Leuchtdioden). Durch die Durchlaßspannung der verwendeten Diode bzw. der Reihenschaltung der Dioden kann die gewünschte bzw. zulässige Maximalspannung eingestellt werden. Als Überspannungsschutz wird daher mindestens ein nichtlineares Schaltelement parallel zum Kondensator geschaltet, das bei Überschreiten der zulässigen Spannung vom hochohmigen in einen niederohmigen Zustand übergeht. Dadurch erhöht sich der von der Solarzelle aufzubringende Strom und die Spannung wird aufgrund der zugrunde liegenden Kennlinien der Solarzelle und des nichtlinearen Schaltelements begrenzt.

Bei Reihenschaltung von zwei oder mehreren Kondensatoren ist außerdem darauf zu achten, daß die Spannung an jedem einzelnen Kondensator der Reihenschaltung die zulässige Spannung nicht überschreitet. Wird zur Erzielung einer höheren Speisespannung eine Reihenschaltung mehrerer Kondensatoren notwendig, so wird gemäß Anspruch 3 jeder einzelne Kondensator durch eine parallelgeschaltete Diode bzw. durch eine parallelgeschaltete Reihenschaltung von Dioden geschützt.

Durch diese Schutzbeschaltung wird die Entladung des Kondensators gegenüber der unvermeidlichen Selbstentladung im Nennspannungsbereich nicht merklich erhöht, da aufgrund der exponentiellen Diodenkennlinie nur ein sehr geringer zusätzlicher Strom fließt.

Durch die Verwendung eines Gleichspannungswandlers gemäß Anspruch 4 kann die Spannungsanpassung des Speicherkondensators an die Sendeeinrichtung verbessert werden. Ein Gleichspannungswandler gemäß Anspruch 5 zwischen Solarzelle und Speicherkondensator kann die Spannungs- bzw. Leistungsanpassung der Solarzelle an den Speicherkondensator verbessern. Damit kann einerseits auch bei ungünstigem Umgebungslicht der Kondensator aufgeladen werden. Andererseits kann die im Kondensator gespeicherte Energie über einen größeren Bereich der Kondensatorspannung ausgenutzt und an die von der Sendeeinrichtung benötigte Spannung angepaßt werden.

Für extreme Einsatzbedingungen (schwache Umgebungsbeleuchtung, intensive Nutzung der Dateneingabeeinrichtung), bei denen die im Kondensator gespeicherte Energie nicht ausreicht, ist gemäß Anspruch 11 optional die kurzzeitige Nachladung des Kondensators über eine externe Stromversorgungseinheit vorgesehen. Dadurch wird der Kondensator in kurzer Zeit mit einem hohem Ladestrom aufgeladen, der Überladeschutz ist durch den in die Dateneingabeeinrichtung integrierten Überspannungsschutz in Verbindung mit der Strom-Spannungs-Charakteristik der externen Stromversorgungseinrichtung gegeben. Die externe Stromversorgungseinheit kann gemäß Anspruch 12 als separates, netzunabhängiges (solarbetriebenes) Gerät ausgeführt sein, wobei die Spannungs- bzw. Leistungsanpassung durch Gleichspannungswandler gemäß der Ansprüche 12 bis 14 verbessert werden kann.

Gemäß Anspruch 15 kann die Stromversorgungseinheit auch in die Empfangseinrichtung integriert sein.

Die Variante als netzunabhängige, solargespeiste Stromversorgungseinrichtung ermöglicht eine großzügigere Auslegung von Speicher und Solarzelle. Durch beleuchtungsgünstige Aufstellung der solarbetriebenen Stromversorgungseinrichtung ist ein hoher Energieeintrag möglich. Die im Kondensator der Stromversorgungseinrichtung gespeicherte Energie kann bei Bedarf an die Datenübertragungseinrichtung abgegeben werden kann.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. In dieser zeigen:

Fig. 1 ein vereinfachtes Blockschaltbild der elektronischen Datenübertragungseinrichtung DTU mit Dateneingabeeinrichtung DIU, drahtlosen Signalweg DT und Empfangseinrichtung RX.

Fig. 2 ein Blockschaltbild der Dateneingabeeinrichtung mit Solarzelle SC, Rückentladeschutz D, Energiespeicher S bestehend aus Kondensator C und Überspannungsschutz OVP (Variante I).

Fig. 3 ein Blockschaltbild der Dateneingabeeinrichtung mit Gleichspannungswandler DCC zwischen Speicher S und Sendeeinrichtung TX (Variante II)

Fig. 4 ein Blockschaltbild der Dateneingabeeinrichtung mit Gleichspannungswandler DCC zwischen Solarzelle SC und Speicher S (Variante III)

Fig. 5 ein Blockschaltbild der Dateneingabeeinrichtung mit Gleichspannungswandler DCC zwischen Solarzelle SC und Speicher S sowie mit Gleichspannungswandler DCC zwischen Speicher S und Sendeeinrichtung TX (Variante IV)

Fig. 6 Detailansicht des Speichers 5, wenn eine Reihenschaltung von mindestens zwei Kondensatoren verwendet wird.

Fig. 7 Blockschaltbild der externen, in die Empfangseinheit RX integrierten Stromversorgungseinheit

Fig. 8 Blockschaltbild der externen, aus einer Solarzelle gespeisten Stromversorgungseinheit mit Speicherkondensator.

Eine insgesamt mit dem Bezugszeichen DTU versehene elektronische Datenübertragungseinrichtung umfaßt eine Empfangseinheit RX, die mit einer Dateneingabeeinrichtung DIU über einen drahtlosen Signalweg DT in Verbindung steht.

Fig. 1 zeigt das vereinfachte Blockschaltbild der DTU mit DIU, DT und RX. Der drahtlose Signalweg wird durch eine Infrarot-Übertragung zwischen DIU und RX realisiert.

Fig. 2 zeigt die Ausgestaltung der DIU gemäß Variante I. Der Speicher S wird mit mindestens einer Solarzelle SC über die Entladeschutzdiode D gespeist. Als Energiespeicher dient der Kondensator C (Doppelschichtkondensator). Parallel zum Kondensator C ist der Überspannungsschutz OVP geschaltet, bestehend aus einer Reihenschaltung von Halbleiterdioden in Durchlaßrichtung. Die Schwellenspannung der Dioden bzw. der Reihenschaltung der Dioden wird so gewählt, daß die Spannung am Kondensator dessen zulässige Maximalspannung unter allen denkbaren Betriebsbedingungen nicht überschreitet. Ebenfalls parallel zum Kondensator ist als Verbraucher die Sendeeinrichtung TX geschaltet.

Fig. 3 zeigt die Ausgestaltung gemäß Variante II. Zur besseren Ausnutzung der im Kondensator gespeicherten Energie wird zur Anpassung der Kondensatorspannung an die von der Sendeeinrichtung TX benötigte Spannung ein Gleichspannungswandler DCC zwischen Speicher S und Sendeeinrichtung TX geschaltet. Dadurch kann der Kondensator entweder über die Nennspannung der Sendeeinrichtung hinaus aufgeladen werden (DCC arbeitet als Tiefsetzsteller) oder bis unter die Nennspannung der Sendeeinrichtung entladen werden (DCC arbeitet als Hochsetzsteller). Eine Kombination beider Varianten ist ebenfalls möglich, so daß der Kondensator über einen weiten Spannungsbereich innerhalb der zulässigen Grenzen betrieben werden kann.

Fig. 4 zeigt die Ausgestaltung gemäß Variante III. Zur besseren Ausnutzung der von der Solarzelle SC lieferbaren elektrischen Energie wird ein Gleichspannungswandler zwischen Solarzelle SC und Speicher S geschaltet. Dadurch kann auch bei schwacher Beleuchtung durch Hochsetzen der von der Solarzelle gelieferten Spannung der Kondensator aufgeladen werden.

Fig. 5 zeigt die Ausgestaltung gemäß Variante IV und stellt eine Kombination der Varianten II und III dar.

Fig. 6 zeigt eine Detailansicht des Energiespeicher S, falls dieser aus einer Reihenschaltung mit mindestens zwei Kondensatoren besteht. Zum Überspannungsschutz der Kondensatoren ist parallel zu jedem einzelnen Kondensator der beschriebene Überspannungsschutz OVP geschaltet. Bei einer Reihenschaltung von mehr als zwei Kondensatoren wird die Reihenschaltung sinngemäß erweitert.

Fig. 7 zeigt eine externe, in die Empfangseinheit integrierte Stromversorgungseinheit, die zum Nachladen des Speichers unabhängig von der Solarzelle dient. Dazu werden die in der Dateneingabeeinrichtung DIU vorhandenen Anschlüsse A und B (Klemmen des Kondensators bzw. der Anfangs- und Endpunkte der Reihenschaltung von mindestens zwei Kondensatoren) mit den Klemmen A und B an der Empfangseinheit in geeigneter Weise verbunden. Die in die Empfangseinheit integrierte Stromversorgungseinheit lädt über den Rückentladeschutz D den Speicher auf. Nicht eingezeichnet ist die Schaltung zur Spannungsanpassung und Strombegrenzung (Stand der Technik).

Fig. 8 zeigt eine externe Stromversorgungseinheit zum netzunabhängigen Nachladen der Dateneingabeeinrichtung. Der Aufbau besteht wiederum aus mindestens einer Solarzelle SC mit Rückentladeschutz D, Speicherkondensator C0 und Überspannungsschutz OVP. Zur besseren Energieausnutzung sind auch hier Gleichspannungswandler vorgesehen (vgl. Beschreibung zu Fig. 3-5), die für die grundsätzliche Funktion aber nicht zwingend erforderlich sind. Die in C0 gespeicherte Energie wird bei Bedarf durch Verbinden der Klemmen A und B der Stromversorgungseinrichtung mit den gleichlautenden Klemmen der Dateneingabeeinrichtung in diese eingespeist.

Claims

1. Elektronische Datenübertragungseinrichtung mit einer Empfangseinheit sowie einer Dateneingabeeinrichtung, die mit der Empfangseinheit über eine Sendeeinrichtung drahtlos in Signalverbindung steht und eine Stromversorgungseinrichtung mit mindestens einem Kondensator zur Energiespeicherung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator der Stromversorgungseinrichtung von mindestens einer Solarzelle gespeist wird;

2. Elektronische Datenübertragungseinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mindestens ein nichtlineares Schaltelement in Parallelschaltung zu dem mindestens einen Kondensator.

3. Elektronische Datenübertragungseinrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch mindestens zwei in Reihe geschaltete Kondensatoren mit jeweils einem nichtlinearen Schaltelement in Parallelschaltung;

4. Elektronische Datenübertragungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen zwischen Kondensator und der Sendeeinrichtung geschalteten Gleichspannungswandler;

5. Elektronische Datenübertragungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen zwischen der mindestens einen Solarzelle und dem mindestens einen Kondensator geschalteten Gleichspannungswandler.

6. Elektronische Datenübertragungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenübertragung zwischen der Sendeeinrichtung und der Empfangseinheit derart ausgeführt ist, daß sie mit Hilfe elektromagnetischer Wellen (Hochfrequenz, sichtbares Licht oder Infrarotlicht) oder akustischer Wellen erfolgt;

7. Elektronische Datenübertragungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dateneingabe eine netz- und batterieunabhängige Eingabeeinheit aufweist;

8. Elektronische Datenübertragungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingabeeinheit Tasten zur Auslösung des Sendesignals aufweist;

9. Elektronische Datenübertragungseinrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingabeeinheit einen Bewegungssensor zur Auslösung des Sendesignals aufweist;

10. Elektronische Datenübertragungseinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingabeeinheit ein Sprachsteuerungsmodul zur Auslösung des Sendesignals aufweist;

11. Elektronische Datenübertragungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator mit einer zusätzlichen Stromversorgungseinrichtung verbindbar ist;

12. Elektronische Datenübertragungseinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Stromversorgungseinrichtung mindestens eine Solarzelle und mindestens einen Kondensator aufweist;

13. Elektronische Datenübertragungseinrichtung nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Stromversorgungseinheit zur besseren Spannungsanpassung an die Datenübertragungseinrichtung mit einen Gleichspannungswandler ausgerüstet sein kann;

14. Elektronische Datenübertragungseinrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Stromversorgungseinheit zur besseren Ausnutzung der von der oder den Solarzellen gelieferten Energie einen Gleichspannungswandler zwischen Solarzelle und Kondensator aufweist;

15. Elektronische Datenübertragungseinrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, gekennzeichnet durch eine elektrische Kopplung zwischen der Stromversorgungseinrichtung der Empfangseinrichtung und der zusätzlichen Stromversorgungseinrichtung;

16. Elektronische Datenübertragungseinrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Stromversorgungseinrichtung über eine steckbare Kupplung elektrisch mit der Sendeeinrichtung verbindbar ist.