DE10121760A1

DE10121760A1 - Batteriebetriebenes Gerät, insbesondere Mobilfunkgerät

Info

Publication number: DE10121760A1
Application number: DE2001121760
Authority: DE
Inventors: Jan Bollenbeck
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2001-05-04
Filing date: 2001-05-04
Publication date: 2002-11-07

Abstract

Die Erfindung betrifft ein batteriebetriebenes Gerät, insbesondere ein Mobilfunkgerät. Es weist eine erste Stromversorgungseinheit zur Stromversorgung leistungsverstärkender Baugruppen und eine davon unabhängige zweite Stromversorgungseinheit zur Stromversorgung sonstiger Baugruppen auf, wobei die erste Stromversorgungseinheit mehrere in Reihe geschaltete Zellen (I, II, III) und eine Steuerschaltung umfasst, mit der die Spannung einer beliebigen einzelnen Zelle oder einer aus mehreren Zellen bestehenden Zellengruppe abgreifbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein batteriebetriebenes Gerät, insbe sondere ein Mobilfunkgerät. Die Stromversorgung solcher Gerä te erfolgt allgemein durch mehrere in Reihe geschaltete Akku- Zellen. Sämtliche elektrischen oder elektronischen Bauteile des Geräts sind dabei an ein und dieselbe Spannung ange schlossen. Eine Anpassung der Spannung an spezielle Betriebs zustände ist daher nicht möglich.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Stromversorgungseinheit für batteriebetriebene Geräte, insbesondere für Mobilfunkge räte vorzuschlagen, die hier Abhilfe schafft.

Diese Aufgabe wird gemäß Anspruch 1 dadurch gelöst, dass das Gerät eine erste Stromversorgungseinheit zur Stromversorgung leistungsverstärkender Baugruppen und eine davon unabhängige zweite Stromversorgungseinheit zur Stromversorgung sonstiger Baugruppen aufweist, wobei die erste Stromversorgungseinheit mehrere in Reihe geschaltete Zellen und eine Steuerschaltung umfasst, mit der die Spannung einer beliebigen einzelnen Zel le oder einer aus mehreren Zellen bestehenden Zellengruppe abgreifbar ist. Bei einer Stromversorgung mit beispielsweise drei 1,5 V Monozellen ist es daher möglich, drei verschiedene Spannungen, nämlich 1,5 V, 3 V und 4,5 V einzustellen. Beson ders vorteilhaft ist dies für den Betrieb linearer Leistungs verstärker (PA) in Mobilfunkgeräten. Die maximale Ausgangs leistung der dafür verwendeten Transistoren wird nicht stän dig benötigt. Während nun bei herkömmlichen Mobilfunkgeräten am Transistor stets die maximale Spannung anliegt, ist es mit der Erfindung möglich, durch Reduzierung der Versorgungsspan nung die sich aus dem Produkt I_c × V_c ergebende DC- Eingangsleistung des Transistors und damit dessen Wirkungs grad bei gleichbleibender HF-Ausgangsleistung zu verbessern. Die Versorgungsspannung und der Basisstrom bzw. die Gatespan nung bei Feldeffekttransistoren können also gerade so hoch eingestellt werden, wie es der lineare Betrieb des Transis tors erfordert.

Die Steuerschaltung umfasst bei einer bevorzugten Ausgestal tung Schalter, die jeweils zwischen zwei unmittelbar mitein ander verbundenen Zellen angeordnet sind, und mit denen die Verbindung zwischen zwei Zellen trennbar und der Minuspol der einen Zelle mit Masse verbindbar ist. Auf diese Weise können einzelne Zellen aus der Reihenschaltung praktisch herausge trennt werden, so dass eine der Einzelzelle entsprechende Versorgungsspannung zur Verfügung steht. Wenn sämtliche Schalter geschlossen sind, wird die maximale Versorgungsspan nung abgegriffen. Weiterhin ist es möglich, mehrere Zellen zu einer Gruppe zusammenzufassen. Zur Auswahl einer Zelle oder einer Zellengruppe ist in vorteilhafter Weise ein Schalter vorhanden, der eine der Zellenanzahl entsprechende Anzahl von jeweils an den Pluspol einer Zelle angeschlossenen Eingängen und einen Spannungsausgang aufweist, wobei die Eingänge wahl weise mit dem Spannungsausgang (12) verbindbar sind. Zur Aus wahl einer Zellengruppe ist ein wenigstens eine Zelle über brückender Schalter vorhanden. Um Spannungssprünge in einem derart kurzen Zeitintervall realisieren zu können, dass den üblichen Funkstandards entsprechende Sendeleistungssprünge durchgeführt werden können, werden vorzugsweise Feldeffekt transistoren als Schalter eingesetzt.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung insbesondere eines Mobil funkgerätes sind die erste und die zweite Stromversorgungs einheit zusammen mit der Steuerschaltung in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht. Dieses Gehäuse bildet einen an das Ge rät andockbaren oder darin einschiebbaren "Akku-Pack" mit Standardabmessungen. Ein Gerät kann optional damit ausgerüs tet werden. Es sind zwar mehr Zellen erforderlich als bei ei nem herkömmlichen Akku-Pack. Für die zweite Stromversorgungs einheit können aber wegen der separaten Versorgung der PA kleinere Zellen verwendet werden, so dass insgesamt kein grö ßerer Raumbedarf erforderlich ist. Bei einer weiteren bevor zugten Ausgestaltung ist die Steuerschaltung so ausgelegt, dass die einzelnen Zellen in Abhängigkeit der am Spannungs ausgang gemmessenen Spannung über die Schalter zyklisch wech selbar sind, so dass sämtliche Zellen gleichmäßig entladen werden. Um ein schnelles Hochschalten der Spanung zu ermögli chen ist schließlich noch vorgesehen, dass die Spannung am Spannungsausgang über einen Kondensator gepuffert ist, dessen Zuleitung über eine Parallelschaltung einer Diode und eines Widerstandes erfolgt.

Die Erfindung wird nun anhand eines in den beigefügten Zeich nungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild einer Stromversorgungseinheit mit insge samt drei Zellen, und

Fig. 2 eine Tabelle, aus der die möglichen Zellenkombinationen und die jeweils zugehörigen Schalterstellungen hevorge hen.

Fig. 1 zeigt das Schaltbild einer Stromversorgungseinheit mit insgesamt drei Zellen I-III. Die Zelle I ist mit der Zelle II und die Zelle II mit der Zelle III über je eine Verbindungs leitung 1, 1a und je einen Schalter A, B in Reihe geschalten. Die Schalter A, B weisen zu diesem Zweck zwei Anschlüsse 3, 4 auf. Weiterhin ist an den Schaltern A, B ein Masseanschluss 5 vorhanden. Die Schalter A, B sowie die weiteren im Folgenden noch erwähnten Schalter sind insbesondere im Falle eines Mo bilfunkgerätes durch Feldeffekttransistoren realisiert. Bei anderen Anwendungen sind aber auch mechanische Schalter denk bar. In der Verbindungsleitung 1a ist zwischen dem Schalter B und der Zelle III ein weiterer Schalter C angeordnet, der ebenfalls drei Anschlüsse aufweist, wobei die Anschlüsse 3, 4 zur Verbindung des Schalters C mit dem Schalter B einerseits und der Zelle III andererseits dienen. An den dritten An schluss 6 ist eine Bypassleitung 7 geführt, die an einer zwi schen der Zelle I und dem Schalter A liegenden Stelle von der Verbindungsleitung 1 abzweigt. Die Schalter A, B und C sind über eine Signalleitung 8 angesteuert. Das an den Pluspolen der Zellen I-III anliegende Potential wird über Leitun gen 9, 10, 11 abgegriffen, welche an Eingänge 9a, 10a, 11a ei nes weiteren Schalters D herangeführt sind. Der Schalter weist einen Spannungsausgang 12 auf, der wahlweise mit einer der Leitungen 9, 10, 11 verbindbar ist.

In der Tabelle nach Fig. 2 sind die verschiedenen Kombinati onsmöglichkeiten der Zellen I-III sowie die zugehörigen Schalterstellungen S₁-S₃ angegeben. Wenn beispielsweise die Stromversorgung durch eine einzelne Zelle bewerkstelligt wer den soll, befinden sich die Schalter A, B und C in der Stel lung S₁. Mit Hilfe des Schalters D kann dann eine der Zellen, in der Schaltstellung S₃ beispielsweise die Zelle III ausge wählt werden. Soll die Stromversorgung mit einer z. B. aus den Zellen I und II bestehenden Zellengruppe erfolgen, sind die Schalter über ihre Signalleitungen 8 so anzusteuern, dass sich der Schalter A in der Schaltstellung S₂ und die restli chen Schalter in der Schaltstellung S₁ befinden. Wenn eine kleinere Spannung als 3 × U abgegriffen wird, erfolgt eine ungleichmäßige Entladung der Zellen. Durch eine entsprechend ausgelegte Schaltlogik kann aber ein zyklischer Wechsel der Zellen erfolgen, so dass eine gleichmäßige Entladung gewähr leistet ist. Dabei ist es zweckmäßig, wenn die Ausgangsspan nung V_cc in den einzelnen Zyklen gemessen und so der relative Ladezustand der jeweils aktiven Zellen festgestellt wird. Durch eine kontrollierte Anpassung der entsprechenden Entla dezeiten können dann eventuell vorhanden Landungsunterschiede ausgeglichen werden. Das Aufladen der Zellen I-III erfolgt zweckmäßigerweise gleichzeitig, wobei sich die Schalter A, B in der Schaltstellung S₂ und die übrigen Schalter in der Schalstellung S₁ befinden.

Um einen eventuellen Spannungseinbruch während der Schaltvor gänge zu minimieren, wird V_cc über einen Kondensator 13 gepuf fert. Ein dazu in Reihe geschalteter Vorwiderstand 14 dient dazu, die Spannungsanstiegszeit bei positiven Spannungssprün gen zu reduzieren. Eine zum Vorwiderstand 14 parallel ge schaltete Schottky-Diode 15 überbrückt den Vorwiderstand für den Fall, dass die Ausgangsspannung V_cc unter die Kondensa torspannung (abzüglich der Diodenspannung) absinkt. Insgesamt wird ein schnelles Hochschalten der Spannung erreicht.

Claims

1. Batteriebetriebenes Gerät, insbesondere Mobilfunkgerät dadurch gekennzeichnet, dass es eine erste Stromversorgungseinheit zur Stromversorgung leistungsver stärkender Baugruppen und eine davon unabhängige zweite Stromversorgungseinheit zur Stromversorgung sonstiger Baugruppen aufweist, wobei die erste Stromversorgungsein heit mehrere in Reihe geschaltete Zellen (I, II, III) und eine Steuerschaltung umfasst, mit der die Spannung einer beliebigen einzelnen Zelle oder einer aus mehreren Zellen bestehenden Zellengruppe abgreifbar ist.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass die Steuerschaltung Schalter (A, B) umfasst, die jeweils zwischen zwei unmittelbar hintereinander ge schalteten Zellen vorhanden sind und mit denen die Ver bindung zwischen zwei Zellen trennbar und der Minuspol der einen Zelle mit Masse verbindbar ist.

3. Gerät nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Schalter (D) mit einer der Zellenanzahl entspre chenden Anzahl von jeweils an den Pluspol der Zellen an geschlossenen Eingängen und einem wahlweise mit diesen Eingängen verbindbaren Spannungsausgang (12).

4. Gerät nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch einen Schalter (C), mit dem wenigstens eine Zel le überbrückbar ist.

5. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalter Feldeffekttran sistoren sind.

6. Gerät nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, dass beide Stromversorgungseinheiten in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind

7. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekenn zeichnet durch eine Steuerschaltung, mit der sämtliche Zellen gleichmäßig entladbar sind, indem die einzelnen Zellen in Abhänigkeit der am Spannungsausgang gemessenen Spannung über die Schalter zyklisch gewechselt werden.

8. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannung am Spannungs ausgang über einen Kondensator (13) gepuffert ist, dessen Zuleitung über eine Parallelschaltung einer Diode (15) und eines Widerstandes (14) erfolgt.