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Die
Erfindung betrifft eine Anordnung mit zumindest einer elektrischen
Spannungsquelle und einer ersten Spannungswandlerschaltung die vorzugsweise
zur Aufwärtswandlung
von niedrigen elektrischen Spannungen verwendbar ist.
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Spannungsquellen,
denen zum Beispiel der Seebeck-Effekt zugrunde liegt, erzeugen elektrische Spannungen
die in Abhängigkeit
einer Temperatur gebildet sind. Die damit erzeugten Spannungen sind sehr
klein und als Spannungsquelle für
den Betrieb weiterer elektrischer Schaltungen aufgrund der sehr geringen
Spannungswerte nur sehr eingeschränkt verwendbar. Es beschreibt
der Seebeck-Effekt, dass, wenn in einem geschlossenen elektrischen
Leiter zwei Lötstellen
zwischen verschiedenen Materialien mit verschiedenen Temperaturen
ausgebildet sind, ein elektrischer Strom, der sogenannte Thermostrom,
fließt.
Dieser Thermostrom lässt
sich bereits für
Temperaturdifferenzen von 1 Kelvin und darunter messen. Die daraus
resultierende Thermospannung ist abhängig von den verwendeten Metallen,
beziehungsweise Metallpaarungen. Grundsätzlich ist die Thermospannung
eines einzelnen Thermoelementes jedoch sehr gering. Um die erzeugte
Spannung zu erhöhen,
ist es eine bekannte Vorgehensweise Thermoelemente in Serienschaltung
zu betreiben und somit höhere
Ausgangsspannungen zu erzielen. Da jedes einzelne der Thermoelemente
einen eigenen Innenwiderstand aufweist, erhöht sich durch die Serienschaltung
der Thermoelemente auch der Gesamtinnenwiderstand in unvorteilhafter
Weise. Damit ist eine höhere
Ausgangsspannung mit dem Nachteil eines geringeren Wirkungsgrades
erkauft. Dieser Nachteil lässt
sich nicht nur auf Thermoelemente übertragen, sondern gilt auch
für andere
Spannungsquellen die geringe oder geringste Spannungen liefern.
Da jede Spannungsquelle einen gewissen Innenwiderstand aufweist,
bedingt eine Serienschaltung von Spannungsquellen auch eine Addition
der Innenwiderstände.
Durch einen Parallelbetrieb von Thermoelementen, beziehungsweise
durch die flächenmäßig größere Ausbildung
der Thermoelemente, wird im Gegenzug keine höhere Spannung, jedoch ein höherer Strom,
dem zufolge ein höherer Thermostrom,
erzeugt. Durch die Parallelschaltung verbessert sich der Innenwiderstand
in vorteilhafterweise da sich der Innenwiderstand der Gesamtschaltung
dann vorteilhaft verringert.
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Nachteilig
ist, dass mit den geringen Spannungen, die dann erhaltbar sind,
bekannte Halbleiterschaltanordnungen nicht betreibbar sind. Halbleiterschaltungen
benötigen
eine elektrische Spannung, die einen Schwellwert von zumindest 0,3
V überschreitet.
Ab diesem Wert sind auch Spannungswandlerschaltungen auf Halbleiterbasis
einsetzbar.
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Es
ist die Aufgabe der Erfindung, elektrische Spannungen, die kleiner
als die Grenzspannung bekannter Halbleiterspannungswandler sind,
für Halbleiterschaltungen
nutzbar zu machen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
Anordnung nach Patentanspruch 1 gelöst und durch die in den untergeordneten
Ansprüchen
vorgeschlagenen Maßnahmen
vorteilhaft erweitert.
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Dabei
ist eine Anordnung mit zumindest einer elektrischen Spannungsquelle,
die zum Beispiel durch ein Thermoelement gebildet sein kann, und
einer ersten Spannungswandlerschaltung mit einem Ausgang und einem
Eingang vorgeschlagen. Die Spannungsquelle ist erfindungsgemäß mit dem
Eingang der ersten Spannungswandlerschaltung verbunden, und der
Ausgang der ersten Spannungswandlerschaltung ist mit einem elektrischen
Verbraucher verbindbar. Die erste Spannungswandlerschaltung enthält einen
Eingangsschaltkreis und einen Ausgangsschaltkreis wobei der Eingangsschaltkreis mit
einem elektromechanischen Schaltglied und einer Induktivität gebildet
ist. In Abhängigkeit
von einer physikalischen Größe, zum
Beispiel Temperatur, Strom, Spannung oder ähnlichem, schließt und öffnet das
elektromechanische Schaltglied selbsttätig. Durch das Öffnen und
Schließen
des elektromechanischen Schaltgliedes wird an der Induktivität des Eingangsschaltkreises
eine Spannung induziert. Abhängig
von der Auslegung der Induktivität
ist die induzierte Spannung ausreichend, um Ladungsträger vom
Eingangsschaltkreis der Spannungswandlerschaltung in den Ausgangsschaltkreis
der Spannungswandlerschaltung zu transportieren. Der Ausgangsschaltkreis
der Spannungswandlerschaltung verfügt über ein kapazitives Element
das die elektrischen Ladungen speichert.
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Vorteilhaft
ist, dass ein elektromechanisches Schaltglied, entgegen einem halbleiterbasierten Schaltglied,
so dimensionierbar und ausführbar
ist, dass es auch bei geringsten Erregersignalen reagiert.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung ist der Eingangsschaltkreis so extrem niederohmig
ausgelegt, dass auch bei sehr geringen Spannungen, zum Beispiel
Spannungen kleiner 0,3 V Ströme
fließen,
die ausreichend groß sind
um in der Spule des Eingangsschaltkreises, durch die plötzliche Änderung
des Stromflusses bedingt durch das elektromechanische Schaltelement,
eben solch ausreichende Spannungen induzierbar sind.
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Der
Auslöseparameter
für das
elektromechanische Schaltglied kann vielseitig sein. Es bieten sich
an, zum Beispiel ein Auslösen
bei bestimmter Temperatur, Druck, Spannung, Stromstärke oder ähnliches.
Wobei im Falle von elektrischem Strom oder Spannung die Quelle für diesen
elektrischen Strom oder Spannung die eingangsseitig an der Spannungswandlerschaltung
angeschlossene Spannungsquelle sein kann. Ist das elektromechanische Schaltglied
mit der Induktivität
in Serie geschaltet, führt
ein zeitlich rasches Unterbrechen des Stromkreises im Schalter zu
einer höheren
induzierten Spannung in der Spule des Eingangsschaltkreises.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das elektromechanische
Schaltglied durch ein elektromagnetisches Relais gebildet. Idealerweise
ist die Induktivität
in dieser Ausführungsform
durch die Erregerspule des Relais gebildet. Ein Schaltelement, das
als Öffnerkontakt
ausgeführt
ist, bildet dann gemeinsam mit der Erregerspule des Relais das elektromechanische
Schaltglied. Ist weiter das Schaltelement in den Erregerstromkreis
des Relais eingebunden, so führt
dies zu einem Effekt, der als selbstabfallend bezeichnet werden
kann. Das heißt, bei
einem Stromfluss durch die Erregerspule zieht das Relais an, wodurch
der Öffnerkontakt
geöffnet wird.
Dieses Öffnen
des Kontaktes führt
zu einem sofortigen Stromabfall in der Erregerspule, induziert dort
elektrische Spannung, die Ladungsträger in den Ausgangsschaltkreis
transportiert und das Relais fällt ab.
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Dadurch
schließt
der Kontakt wieder und das Relais zieht wieder an und der Vorgang
beginnt von vorne. Somit ist mit einem elektromechanischen Schaltelement
eine pulsierende Gleichspannung gebildet, die es ermöglicht Ladungsträger zu dem
kapazitiven Element des Ausgangsstromkreises zu pumpen. Eine solche
Schaltanordnung könnte
also als elektromechanische Ladungspumpe bezeichnet werden.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform
ist das Relais durch ein Reedrelais gebildet. Reedrelais benötigen sehr
geringe Kräfte
zur Betätigung
der Kontakte und eigenen sich aus diesem Grunde in besonderem Masse.
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Zur
Optimierung der Schaltanordnung ist in einer vorteilhaften Ausführungsform
die Induktivität als
Transformator mit einer niederohmigen Primärwicklung und einer hochohmigen
Sekundärwicklung gebildet.
Dabei ist in besonders vorteilhafter Weise die niederohmige Primärwicklung
eine Erregerwicklung des Relais. Damit ist es möglich, Das Relais unabhängig von
der Induktionsspule, der Induktivität, zu dimensionieren und daher
für jedes
Element eigene optimierte Dimensionierungen zu finden. So kommt eine
niederohmige Primärspule
mit einer geringen Spannung zur Betätigung des Relais beziehungsweise
der Relaiskontakte aus, die in dieser Spule induzierbare Spannung
ist allerdings auch gering. Deshalb ist es vorteilhaft eine hochohmige
Spule, auch mit mehr Windungen als Sekundärspule zu verwenden, um eine
möglichst
hohe induzierte Spannung zu erreichen.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Primärwicklung
und die Sekundärwicklung
durch eine Wicklung mit Mittenabgriff gebildet. Dies stellt einen
sogenannten Spartransformator dar. Bei den damit möglichen
geringeren Raumbedarf und den geringeren Herstellungskosten, ist
eine getrennte Optimierung der beiden Spulen damit dennoch möglich.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Eingangsschaltkreis
und der Ausgangsschaltkreis über
eine Diode miteinander verbunden, die einen Rückfluss von Ladungsträgern aus
dem Ausgangsschaltkreis beziehungsweise aus der Kapazität des Ausgangsschaltkreises
zurück
in den Eingangsschaltkreis verhindert. Dabei ist die Diode so angeordnet,
dass ein Fließen
von Ladungsträgern von
dem Eingangsschaltkreis zu dem Ausgangsschaltkreis möglich ist.
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Am
Ausgang der ersten Spannungswandlerschaltung ist ein Verbraucher,
insbesondere ein halbleiterbasierter Verbraucher, betreibbar. Dies,
da das elektromechanische Element der ersten Spannungswandlerschaltung
so dimensionierbar ist, dass es auch bei Spannungen unter 0,3 V
zu arbeiten beginnt. Ansonsten ist bei den vorhandenen 0,3 V Spannung
oder geringer ein Verbraucher, insbesondere ein halbleiterbasierter
Verbraucher, nicht betreibbar.
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Damit
ist eine zweite Spannungswandlerschaltung wahlweise auch als Halbleiterspannungswandlerschaltung
an den Ausgang der ersten Spannungswandlerschaltung betreibbar.
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Bei
geeigneter Dimensionierung sind die Halbleiterspannungswandlerschaltungen
nach dem einmaligem Überschreiten
einer elektrischen Schwellspannung auch unter dieser Schwellspannung
am Eingang der halbleiterbasierten Spannungswandlerschaltung betreibbar.
Somit könnte
die erste Spannungswandlerschaltung als Initialisierungsschaltung
für eine
zweite Spannungswandlerschaltung gelten, indem diese kurzzeitig
eine höhere Schwellspannung
liefert. Deshalb ist in einer vorteilhaften Ausführungsform die Anordnung zwischen den
beiden Spannungswandlerschaltungen so gewählt, dass abhängig von
Betriebsparametern der zweiten Spannungswandlerschaltung oder abhängig von
der Betriebsfähigkeit
der zweiten Spannungswandlerschaltung die erste Spannungswandlerschaltung überbrückt werden
kann. Dies ist beispielhaft durch entsprechend ausgebildete Wechselschaltelemente
möglich,
die aufgrund eines Parameters ausgehend von der zweiten Spannungswandlerschaltung
bedient werden.
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Man
erhält
also in der Folge keine beliebige Kette von aneinandergereihten
Spannungswandlerschaltungen, sondern man erhält vielmehr eine Spannungsquelle,
dessen geringes Ausgangssignal als Eingangssignal für eine Initialisierungsschaltung ist.
Diese ist gebildet durch die erste Spannungswandlerschaltung mit
elektromechanischem Element. An deren Ausgang ist wiederum eine
zweite Spannungswandlerschaltung, insbesondere eine Halbleiterspannungswandlerschaltung
angeschlossen. Ist die Spannung an der Spannungsquelle hoch genug,
um nach dem Erreichen einer Schwellspannung auch bei niedrigeren
Spannungen als die Schwellspannung die Halbleiterspannung zu betreiben,
so werden initiiert durch die zweite Halbleiterspannungswandlerschaltung,
die Schaltelemente zur Überbrückung der
ersten Spannungswandlerschaltung betätigt. Damit ist in vorteilhafterweise
auch für kleinste
Spannungen eine Spannungswandlerschaltung gebildet, die diese in
höhere
Spannungen zu wandeln in der Lage ist, ohne dabei ein Mehr an Energie
zu verbrauchen, da die erste Spannungswandlerschaltung abgeschaltet,
beziehungsweise abschaltbar ist.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist in den Ausgangsschaltkreis
der ersten und/oder wahlweise auch der zweiten Spannungswandlerschaltung
ein Strombegrenzungselement implementiert. Aufgabe und Zweck dieses
Strombegrenzungselementes ist es, den maximalen Ausgangsstrom, den
ein Verbraucher der ersten beziehungsweise der zweiten Spannungswandlerschaltung
entnehmen kann, auf einen maximalen Wert zu begrenzen, so dass nicht
durch eine zu hohe Stromentnahme die Stabilität der ersten oder zweiten Spannungswandlerschaltung
leidet.
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Im
folgenden ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Zuhilfenahme
von 4 Figuren näher
erläutert.
Es zeigt:
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1 eine
Anordnung mit Spannungsquelle, einer ersten Spannungswandlerschaltung
und einen Verbraucher
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2 ein
Detail der ersten Spannungswandlerschaltung
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3 ein
Detail in anderer Ausführungsform der
ersten Spannungswandlerschaltung
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4 eine
Anordnung aus Spannungsquelle, erster und zweiter Spannungswandlerschaltung, und
einem Verbraucher,
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5 ein
Reedrelais, in einer schematischen Darstellung,
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6 ein
Reedrelais, mit Transformator in einer schematischen Darstellung,
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7 ein
Reedrelais mit Spartransformator
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1 zeigt
schematisch eine aus einem oder mehreren Thermoelementen gebildete
Spannungsquelle 1. Als Spannungsquelle sind verschiedene
Energiewandler verwendbar. Die folgende Aufzählung benennt einige der geeigneten
Energiewandler:
- – Thermoelement
- – elektrochemischer
Energiewandler
- – elektromechanischer
Energiewandler
- – Brennstoffzelle
- – Wandler
der elektromagnetische Strahlung in elektrische Energie wandelt
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Weiter
zeigt die 1 eine erste Spannungswandlerschaltung 2,
die einen Ausgang 3 und einen Eingang 4 aufweist.
Am Eingang 4 der ersten Spannungswandlerschaltung 2 ist
die Spannungsquelle 1 angeschlossen. Wenn die Spannungsquelle 1 beispielsweise
ein Thermoelement ist, so ist die aus ihr gewonnene elektrische
Spannung sehr gering, das heißt
kleiner 0,3 V. Am Ausgang 3 der ersten Spannungswandlerschaltung 2 ist
ein Verbraucher 5 angeschlossen. Ist der Verbraucher 5 zum Beispiel
eine Halbleiterschaltung, so ist er mit Spannungen die von der Spannungsquelle 1 geliefert
werden nicht direkt betreibbar. Der Eingangsschaltkreis 6 der
Spannungswandlerschaltung 2 enthält eine Induktivität 8 und
ein Schaltelement 7. Das Schaltelement 7 wird
durch externe Parameter, das heißt Wärme, Licht, Strom, Spannung
oder ähnliches
geöffnet und
wieder geschlossen, so dass eine Unterbrechung des Eingangsstromkreises 6 zu
einer Induktion in der Spule 8 führt. Durch diese Induktion
gelangen Ladungsträger
auf das kapazitive Element 9 des Ausgangsschaltkreises 10.
Das Öffnen
und Schließen
des elektromechanischen Schaltelementes 7 erfolgt so oft,
bis die Anzahl der Ladungsträger
am kapazitiven Element 9 und damit die Spannung im Ausgangsschaltkreis 10 hoch
genug ist um den Verbraucher 5 zu betreiben.
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2 zeigt
eine detailliertere Darstellung des elektromechanischen Schaltelementes,
wobei ein Schaltelement 11 als Öffnerkontakt gebildet ist und
ein elektromotorisches Betätigungselement 12 das
Schaltelement öffnet
und schließt.
Betätigbar
ist dieses elektromotorische Betätigungselement
durch physikalische Parameter wie Änderung der Temperatur, Lichtstärke, Spannung,
Strom oder ähnliches. Die
in 3 dargestellte vorteilhafte Ausführungsform
des gleichen Schaltkreises zeigt die Einbindung der Induktivität 8 als
Erregerspule für
ein Relais, das so geschaltet ist, dass bei Stromfluss durch die
Spule das Relais anzieht und das Schaltelement 11 dadurch öffnet. Damit
unterbricht das Schaltelement 11 den Erregerstromkreis 14 des
Relais 13, wodurch dieses abfällt und der Schalter abermals
geschlossen wird.
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Damit
ist ein sogenanntes selbst abfallendes Relais gebildet, wodurch
ständige
Induktionen in der Spule zu einem pumpen von Ladungen in Richtung des
kapazitiven Elementes 9 führt.
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4 zeigt
nun eine Anordnung, die um eine weitere Spannungswandlerschaltung 16 erweitert
ist. Dabei ist die Spannungswandlerschaltung 16 zwischen
dem Verbraucher 5 und der ersten Spannungswandlerschaltung 2 angeordnet.
Der Verbraucher 5 ist nun an einem Ausgang 17 der
zweiten Spannungswandlerschaltung 16 angeschlossen. Ein Eingang 15 der
zweiten Spannungswandlerschaltung 16 ist mit dem Ausgang 3 der
ersten Spannungswandlerschaltung 2 verbunden. Somit ist
es möglich
die Spannungswandlerschaltung 2 zu verwenden, um die ursprünglich sehr
geringe Spannung der Spannungsquelle 1 so hoch zu wandeln,
dass die als Halbleiterspannungswandlerschaltung ausgeführte zweite
Spannungswandlerschaltung 16 betrieben werden kann. Diese
ist so dimensioniert, dass einmal in Betrieb gesetzt, sie in der
Lage ist aus einer sehr kleinen Eingangspannung eine zu ihrem Betrieb ausreichend
große
Spannung zu generieren und zu halten. So dass sie bei einem Unterschreiten
der Einschaltschwellspannung, von zum Beispiel 0,3V, an der Spannungsquelle 1 dennoch
weiterbetrieben werden kann. Das heißt auch bei einem Unterschreiten
der eigentlichen Schwellspannung zum Betrieb der zweiten Spannungswandlerschaltung 2 arbeitet diese
weiter. Somit ist es möglich
die erste Spannungswandlerschaltung 2 solange von der Spannungsquelle 1 und
der zweiten Spannungswandlerschaltung 16 zu trennen, bis
die Spannung einen Wert unterschreitet, der auch den Betrieb der
zweiten Spannungswandlerschaltung 16 verhindert. Dazu sind
Schaltmittel 18 eingeführt,
die eine Überbrückung der
ersten Spannungswandlerschaltung 2 ermöglichen. Fällt die zweite Spannungswandlerschaltung 16 aufgrund
der zu niedrigen Spannung an der Spannungsquelle 1 aus,
so schalten die Schaltmittel 18 die erste Spannungswandlerschaltung 2 wieder hinzu.
Diese bewirkt dann ein Aufwärtswandeln
der Spannung und damit ein erneutes Überschreiten der Schwellspannung
am Eingang der zweiten Spannungswandlerschaltung 16.
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Durch
geeignete Dimensionierung der ersten Spannungswandlerschaltung 2 kann
erreicht werden, dass bei einer abfallenden elektrischen Spannung
unter eine Wert, bei dem die zweite Spannungswandlerschaltung 16 nicht
mehr betreibbar ist, auch die erste Spannungswandlerschaltung nicht
betrieben werden kann. Damit ist es möglich, die erste Spannungswandlerschaltung 2 als
eine reine Initialisierungsschaltung für die zweite Spannungswandlerschaltung
zu betreiben. Die erste Spannungswandlerschaltung spricht dann erst
ab eine Spannung an, bei der die zweite Spannungswandlerschaltung
zwar betrieben werden kann, aber nicht „gestartet" werden kann. Vorteilhaft daran ist
die damit erreichbare Erhöhung
der Lebensdauer der ersten Spannungswandlerschaltung, da diese immer
nur kurz zum Generieren eines kurzen Einschaltspannungssignals von ausreichender
Höhe für die zweite
Spannungswandlerschaltung 16 betrieben wird.
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Die 5 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
eines Reedrelais, wie es als Relais 13 einsetzbar ist. Die
Vorteile einer Ausführung
mit einem Reedrelais liegen insbesondere in den geringen Kräften die
zur Betätigung
eines Reedkontaktes erforderlich sind.
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Die 6 und 7 zeigen
eine Beispielhafte Ausführungsform
mit einem Transformator 20. Vorteilhaft sind dabei die
Primärspule 21 von
der Sekundärspule 22 getrennt
dimensionierbar. Die Sekundärspule
versorgt durch Induktion das kapazitive Element 9 des Ausgangsschaltkreis 10 mit
Ladungsträgern.
In 7 ist ein, besonders im Bezug auf den Raumbedarf
und die Herstellungskosten, vorteilhaftes Ausführungsbeispiel als sogenannter
Spartransformator dargestellt. Dabei ist die Induktivität ebenso wie
bei dem Ausführungsbeispiel
der 6 mit einem ferromagnetischen Kern 25 und
einer, beziehungsweise zwei Spulen gebildet. Durch einen Mittenabgriff 25 kann
eine unterschiedliche Windungszahl für die Primärspule 21 und die
Sekundärspule 22 gebildet
werden.
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Ein
Strombegrenzungsglied 19, das beispielhaft in der zweiten
Spannungswandlerschaltung 16 im Ausgangsstromkreis angeordnet
ist, begrenzt den durch den Verbraucher 5 abnehmbaren Strom
auf einen vorbestimmten Wert. Die Spannungsquelle 1, die zum
Beispiel durch einen niederohmigen Thermowandler beziehungsweise
Thermoelement oder auch eine Brennstoffzelle oder eine andere Spannungsquelle
mit kleiner Ausgangsspannung gebildet wird, liefert also am Eingang
der ersten Spannungswandlerschaltung 2 Spannung, wodurch über das
elektromechanische Schaltelement am Ausgang 3 der ersten
Spannungswandlerschaltung eine Initialisierungsspannung gebildet
wird. Das heißt,
die geringe Eingangspannung wird kurzzeitig soweit angehoben, dass
die halbleiterbasierte zweite Spannungswandlerschaltung 16 beginnen
kann zu arbeiten. Diese halbleiterbasierte Spannungswandlerschaltung 16, die
durch einen sogenannten Schaltwandler oder auch durch einen Oszillator
gebildet sein kann, ist so ausgelegt, dass sie auch bei sehr kleinen
Spannungen wie zum Beispiel kleiner 0,3 V arbeiten kann sobald sie
einmal angeschwungen ist.
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Zum
Anschwingen kommt diese zweite Spannungswandlerschaltung durch den
Initialisierungsimpuls der als leicht erhöhte Spannung am Ausgang der
ersten Spannungswandlerschaltung 2 anliegt. Zum Arbeiten,
ist die erste Spannungswandlerschaltung 2 auf, im wesentlichen
hohe, Ströme ausgelegt
und nicht auf hohe Spannungen. Dies wird erreicht durch die niederohmige
Auslegung des Eingangsschaltkreises der durch eine Spule oder einen primärseitig
niederohmigen Transformator erreicht ist. Weiterhin ist ein ebenso
niederohmig ausgeführter
elektromechanischer Schalter in diesen niederohmigen Eingangsschaltkreis
eingebunden. In bezug auf den Schalter bezieht sich die niederohmige
Eigenschaft auf den Übergangswiderstand
an den Schaltkontakten.
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So
bietet sich hier an, Relais in der Ausführung als Reed-Relais, oder auch
andere Schalter, die zum Betrieb keine hohen Spannungen sondern
eher hohe Ströme
benötigen.
Dies sind zum Beispiel Bimetallschalter oder spezielle Halbleiterschalter.
Sobald die Energiequelle beziehungsweise die Spannungsquelle 1 einen
Strom durch die Spule initiiert, baut diese ein magnetisches Feld
auf, in dem Energie gespeichert wird. Wird der Stromkreis jetzt
durch den Schalter unterbrochen, erzeugt das zusammenbrechende magnetische
Feld an der Spule eine Induktionsspannung, die bei geeigneter Dimensionierung
wesentlich höher
als die Eingangsspannung ausfällt.
Diese Spannung lädt
das kapazitive Element 9 des Ausgangsschaltkreises der
ersten Spannungswandlerschaltung 2 auf. Dieser Vorgang
kann wiederholt werden, bis das Spannungsniveau am kapazitiven Element
des Ausgangsschaltkreises der ersten Spannungswandlerschaltung 2 ausreicht,
um die nachfolgende zweite Spannungswandlerschaltung 16 zu
initialisieren. Läuft
diese zweite Spannungswandlerschaltung 16 erst einmal,
liefert sie sich selbst die zu ihrem Betrieb notwendige Spannung. Sie
liefert weiterhin eine Gleichspannung, mit der Halbleiterschaltungen
an ihrem Ausgang 17 betrieben werden können. Beispielhaft ist das
Schaltelement 11 als Öffnerkontakt
ausgebildet der öffnet,
der sobald ein Strom durch die genannte niederohmige Spule einen
bestimmten Wert überschreitet.
Wenn dies geschieht bricht das durch die Spule erzeugte Magnetfeld
zusammen und generiert in derselben oder in einer anderen vom Magnetfeld
zuvor durchfluteten Spule eine im Vergleich zur Eingangsspannung
höhere
Spannung. Diese kann über
die Diode ausgekoppelt werden und lädt einen Speicherkondensator,
das kapazitive Element 9. Nachdem das Magnetfeld zusammengebrochen
ist, schließt
das Relais 13 selbsttätig
wieder und der Vorgang läuft
erneut ab. Dies wiederholt sich solange, bis die Spannung und die
Energiemenge im kapazitiven Element 9 ausreicht um eine
halbleiterbasierte zweite Spannungswandlerschaltung 16 zu "starten". Wenn diese halbleiterbasierte
zweite Spannungswandlerschaltung dann stabil läuft, wird diese über die
Schaltmittel 18 direkt mit der Spannungsquelle 1 und
der Überbrückung der
ersten Spannungswandlerschaltung 2 verbunden.
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- 1
- Spannungsquelle
- 2
- Erste
Spannungswandlerschaltung
- 3
- Ausgang
der ersten Spannungswandlerschaltung
- 4
- Eingang
der ersten Spannungswandlerschaltung
- 5
- Verbraucher
- 6
- Eingangsschaltkreis
- 7
- Elektromechanisches
Schaltglied
- 8
- Induktivität
- 9
- Kapazitives
Element
- 10
- Ausgangsschaltkreis
- 11
- Schaltelement
- 12
- Betätigungselement
- 13
- Relais
- 14
- Erregerstromkreis
- 15
- Diode
- 16
- Zweite
Spannungswandlerschaltung
- 17
- Ausgang
der zweiten Spannungswandlerschaltung
- 18
- Schaltmittel
- 19
- Strombegrenzungseinrichtung
- 20
- Transformator
- 21
- Primärspule/Primärwicklung
- 22
- Sekundärspule/Sekundärwicklung
- 23
- Wicklung
- 24
- Mittenabgriff
- 25
- Ferromagnetischer
Kern