DE102005059571A1

DE102005059571A1 - Elektronische Schaltung für ein Elektrokleingerät

Info

Publication number: DE102005059571A1
Application number: DE102005059571A
Authority: DE
Inventors: Torsten Klemm; Joachim Lepper; Matthias Schiebahn
Original assignee: Braun GmbH
Current assignee: Braun GmbH
Priority date: 2005-12-14
Filing date: 2005-12-14
Publication date: 2007-06-21
Also published as: WO2007068364A2; US20090179614A1; CN101331660B; WO2007068364A3; US8310199B2; JP2009519694A; CN101331660A; EP1961097A2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektronische Schaltung für ein akkubetriebenes Elektrokleingerät, das von einer externen elektrischen Energiequelle induktiv versorgbar ist. Die Schaltung enthält eine Ladeschaltung zum Aufladen eines Akkumulators (A), die eine Ladespule (L2) zum Erzeugen eines Wechselstroms und eine Gleichrichterdiode (D2) aufweist, wobei der Akkumulator (A) mit der Gleichrichterdiode (D2) und der Ladespule (L2) in Reihe geschaltet ist. Ferner enthält die Schaltung eine Leuchtdiode (LED) als Anzeige für den Ladevorgang und/oder Ladezustand des Akkumulators (A) und eine Steuerschaltung (uC) zur Steuerung der Leuchtdiode (LED) und des Ladevorgangs des Akkumulators (A), wobei ein Ende der Ladespule (L2) entweder mit der Anode der Gleichrichterdiode (D2) und der Kathode der Leuchtdiode (LED) verbunden ist oder mit der Kathode der Gleichrichterdiode (D2) und der Anode der Leuchtdiode (LED). Der Akkumulator (A) kann auch dann aufgeladen werden, wenn die Steuerschaltung (uC) nicht arbeitet.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronische Schaltung für ein akkubetriebenes Elektrokleingerät, beispielsweise eine elektrische Zahnbürste oder einen elektrischen Rasierapparat, dessen Akkumulator induktiv von einem Ladegerät aufgeladen werden kann, und das vorzugsweise eine Anzeige für den Ladevorgang und/oder Ladezustand des Akkumulators aufweist.

Aus der EP 0 875 978 ist ein akkubetriebenes Gerät mit einer elektronischen Schaltung und einem Akkumulator bekannt, der durch eine Ladevorrichtung aufgeladen werden kann. Dabei kann der Fall auftreten, daß bei entladenem Akkumulator die von der Ladevorrichtung gelieferte Spannung zusammenbricht, und die elektronische Schaltung nicht mehr arbeitet. Um dies zu verhindern, wird während des Ladevorgangs des Akkumulators die elektronische Schaltung mit einer genügend hohen Spannung aus einem Kondensator versorgt, der über eine Diode von der Ladevorrichtung aufgeladen wird. Das Aufladen des Kondensators erfolgt dadurch, daß ein elektronischer Schalter den Ladevorgang des Akkumulators immer wieder kurzzeitig unterbricht, wodurch die Ladevorrichtung entlastet wird, und deren Spannung soweit ansteigt, sodaß über die Diode der Kondensator geladen wird. Während des Ladevorgangs des Akkumulators versorgt also der Kondensator die elektronische Schaltung. Der Kondensator ist so dimensioniert, daß seine Spannung während seiner Entladung, d.h. während des Aufladens des Akkumulators, nur in einem tolerierbaren Umfang sinkt.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektronische Schaltung für ein akkubetriebenes Elektrokleingerät anzugeben, die mit möglichst wenigen Bauelementen auskommt, und daher einen geringen Platzbedarf hat und preiswert ist.

Die erfindungsgemäße elektronische Schaltung ist für ein akkubetriebenes Elektrokleingerät gedacht, beispielsweise eine elektrische Zahnbürste oder einen elektrischen Rasierapparat, das zwei verschiedene Betriebszustände kennt, nämlich einen ersten Zustand, in dem das Elektrokleingerät von einem Benutzer gehandhabt wird, und einen zweiten Zustand, in dem das Elektrokleingerät mit einer Ladestation induktiv verbunden ist. Eine Anzeige kann während des Aufladens des Akkumulators den Ladevorgang und/oder nach beendigtem Aufladen den Ladezustand des Akkumulators signalisieren.

Als Anzeige für den Ladevorgang und/oder Ladezustand des Akkumulators ist eine Leuchtdiode vorgesehen, wobei die elektronische Schaltung den wichtigen Vorteil hat, daß auch eine Leuchtdiode verwendet werden kann, deren Flußspannung größer ist als die Akku spannung. Somit kann beispielsweise der Ladevorgang und/oder Ladezustand durch eine blaue Leuchtdiode dargestellt werden, obwohl das Elektrokleingerät mit einem Akkumulator betrieben wird, der nur eine Zelle aufweist. Ferner ist die Schaltung so aufgebaut, daß die Leuchtdiode nie einer Spannung in Sperrichtung ausgesetzt wird.

Die erfindungsgemäße elektronische Schaltung enthält eine an sich bekannte Reihenschaltung, die den Akkumulator, eine Gleichrichterdiode und eine Ladespule enthält. Wenn die Ladespule mit einem Ladegerät gekoppelt ist, liefert die Ladespule einen Wechselstrom, der durch die Gleichrichterdiode gleichgerichtet wird, und den Akkumulator auflädt. Je nach Polung des Akkumulators bzw. Typs der verwendeten elektronischen Bauelemente (beispielsweise npn-Transistoren statt pnp-Transistoren) ist das eine Ende der Ladespule entweder mit der Anode der Gleichrichterdiode und der Kathode der Leuchtdiode verbunden oder mit der Kathode der Gleichrichterdiode und der Anode der Leuchtdiode. Die elektronische Schaltung enthält ferner eine Steuerschaltung zur Steuerung der Leuchtdiode und des Ladevorgangs des Akkumulators sowie eines Verbrauchers, der im Falle einer elektrischen Zahnbürste oder eines elektrischen Rasierapparats beispielsweise aus einem Elektromotor besteht. Die Steuerschaltung wird vom Akkumulator mit Strom versorgt. Ein wesentlicher Vorteil der elektronischen Schaltung besteht darin, daß das Aufladen des Akkumulators auch bei tiefentladenem Akkumulator möglich ist, d.h. auch dann, wenn die Steuerschaltung nicht arbeitet. Wenn die Akkuspannung genügend groß ist, arbeitet die Steuerschaltung und beendet erforderlichenfalls das Aufladen des Akkumulators, indem sie einen steuerbaren Schalter ansteuert, der den von der Ladespule gelieferten Wechselstrom gewissermaßen kurzschließt, d.h. der Ladestrom kann dann nicht mehr in den Akkumulator fließen sondern nur noch durch den steuerbaren Schalter, die Gleichrichterdiode und gegebenenfalls die Leuchtdiode. Die Leuchtdiode kann von der Steuerschaltung über einen weiteren steuerbaren Schalter ein- und ausgeschaltet werden. Das Abschalten des Ladevorgangs erfolgt anhand an sich bekannter Kriterien, wie beispielsweise Akkuspannung, Lade- und/oder Entladezeit, Lade- und/oder Entladestrom, und/oder Akkutemperatur etc..

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen für erfindungsgemäße elektronische Schaltungen erläutert, die in den Zeichnungen dargestellt sind, wobei gleiche Bauteile mit denselben Bezugszeichen versehen sind. Weitere Ausgestaltungen sind in der Beschreibung beschrieben. Es zeigt
1 eine erste elektronische Schaltung;
2 eine zweite elektronische Schaltung;
3 eine dritte elektronische Schaltung.
Die in 1 dargestellte erste elektronische Schaltung enthält einen Zweiweggleichrichter, der eine erste Diode D1, eine zweite Diode D2 und eine Ladespule mit Mittenabgriff aufweist, die somit eine erste Teilwicklung L1 und eine zweite Teilwicklung L2 enthält. Der Mittenabgriff der Ladespule ist mit der Anode einer weiteren Diode D3 verbunden, deren Kathode mit dem positiven Pol eines Akkumulators A verbunden ist. Der negative Pol des Akkumulators A ist mit den Anoden der ersten D1 und zweiten Diode D2 verbunden, und über einen ersten Transistor T1 mit dem Mittenabgriff der Ladespule. Die Kathode der ersten Diode D1 ist mit der ersten Teilwicklung L1 verbunden, und die Kathode der zweiten Diode D2 ist mit der zweiten Teilwicklung L2 und der Anode einer Leuchtdiode LED verbunden. Die Kathode der Leuchtdiode LED ist über einen Widerstand R und einen steuerbaren Schalter S, beispielsweise einen Transistor, mit dem negativen Pol des Akkumulators A verbunden. Eine Reihenschaltung aus einem Elektromotor M und einem zweiten Transistor T2 ist an den Akkumulator A angeschlossen. Es kann natürlich auch ein anderer Verbraucher über einen elektronischen Schalter mit dem Akkumulator A verbunden sein. Der steuerbare Schalter S und der erste T1 und zweite Transistor T2 werden von einer Steuerschaltung uC gesteuert, die vom Akkumulator A mit Strom versorgt wird. Die Steuerschaltung uC ist ferner mit dem Mittenabgriff der Ladespule verbunden, um das Nicht-/Vorhandensein einer Ladespannung zu detektieren.
Die Arbeitsweise dieser elektronischen Schaltung wird nachstehend erläutert. Wenn die Ladespule mit einem Ladegerät induktiv gekoppelt ist, das in der Figur nicht dargestellt ist, liefert der Zweiweggleichrichter an seinem Mittenabgriff eine pulsierende Gleichspannung, und es fließt ein entsprechender pulsierender Gleichstrom über die weitere Diode D3 in den Akkumulator A, der dadurch aufgeladen wird. Wenn der Akkumulator A zu Beginn des Aufladens tiefentladen war, ist die Spannung am Akkumulator so gering, daß die Steuerschaltung uC nicht arbeitet. Steigt die Akkuspannung nach kurzzeitigem Aufladen so weit an, daß die Steuerschaltung uC "aufwacht", detektiert die Steuerschaltung uC das Vorhandensein der pulsierenden Gleichspannung, und schaltet über den steuerbaren Schalter S die Leuchtdiode LED ein, die das Aufladen des Akkumulators A optisch anzeigt. Außerdem vergleicht die Steuerschaltung uC die Höhe der Akkuspannung fortlaufend mit einem Referenzwert, der der Spannung eines voll aufgeladenen Akkumulators entspricht. Erkennt die Steuerschaltung uC, daß der Akkumulator A voll aufgeladen ist, schließt sie mittels des ersten Transis tors T1 den Ladestrom gewissermaßen kurz, d.h. verbindet den Mittenabgriff der Ladespule mit den Anoden der ersten D1 und zweiten Dioden D2. Die weitere Diode D3 verhindert, daß auch der Akkumulator A kurzgeschlossen ist, wenn der erste Transistor T1 durchgeschaltet ist.
Wenn die Ladespule weiterhin mit dem Ladegerät induktiv verbunden ist, kann weiterhin die eine Halbwelle des pulsierenden Gleichstroms durch die erste Diode D1, die erste Teilwicklung L1, die zweite Teilwicklung T2 und die Leuchtdiode LED fließen, solange der steuerbare Schalter S eingeschaltet ist. Vorzugsweise wird die Steuerschaltung uC den steuerbaren Schalter S jetzt so ansteuern, daß die Leuchtdiode LED blinkt, und somit den voll aufgeladenen Zustand des Akkumulators A anzeigt. Die andere Halbwelle des pulsierenden Gleichstroms fließt jetzt nur noch durch die zweite Diode D2, die zweite Teilwicklung L2 und den ersten Transistor T1. Wird die Ladespule vom Ladegerät getrennt, fließt kein pulsierender Gleichstrom mehr, und die Leuchtdiode LED erlischt.
Hat die Steuerschaltung uC den ersten Transistor T1 durchgeschaltet, ist der Akkumulator A wegen der weiteren Diode D3 vom Zweiweggleichrichter entkoppelt, und versorgt weiterhin die Steuerschaltung uC und den Elektromotor M, der von der Steuerschaltung uC mittels des zweiten Transistors T2 ein- oder ausgeschaltet werden kann.
Bei einer Variante der oben beschriebenen elektronischen Schaltung ist der steuerbare Schalter S durch eine Drahtbrücke ersetzt. In diesem Fall leuchtet die Leuchtdiode LED immer dann, wenn die Ladespule mit dem Ladegerät gekoppelt ist; ein Benutzer kann daher nicht mehr unterscheiden, ob der Akkumulator A noch aufgeladen wird oder schon voll aufgeladen ist.
Bei einer anderen Variante der oben beschriebenen elektronischen Schaltung, die in 2 dargestellt ist, fehlen die erste Diode D1 und die erste Teilwicklung L1, und ist der erste Transistor T1 durch einen n-Kanal MOS-FET ersetzt. Ein derartiger Transistor weist in an sich bekannter Weise eine Schutzdiode auf. Wenn die Steuerschaltung uC den ersten Transistor T1 durchschaltet, um das Aufladen des Akkumulators A zu beenden, kann die Leuchtdiode LED den voll aufgeladenen Zustand des Akkumulators A anzeigen, wobei der dazu nötige Strom, d.h. die eine Halbwelle des pulsierenden Gleichstroms, durch die Ladespule L2, die Schutzdiode, den von der Steuerschaltung uC eingeschalteten steuerbaren Schalter S und den Widerstand R fließt. Die andere Halbwelle des pulsierenden Gleichstroms fließt dann durch die Ladespule L2, die zweite Diode D2 und den ersten Transistor T1.
Die in 3 dargestellte dritte elektronische Schaltung enthält wie die in 1 dargestellte elektronische Schaltung einen Zweiweggleichrichter, der eine erste Diode D1, eine zweite Diode D2 und eine Ladespule mit Mittenabgriff aufweist, die somit eine erste Teilwicklung L1 und eine zweite Teilwicklung L2 enthält. Die Kathode der ersten Diode D1 ist mit der ersten Teilwicklung L1 verbunden, und die Kathode der zweiten Diode D2 ist mit der zweiten Teilwicklung L2 und der Anode einer Leuchtdiode LED verbunden. Die Kathode der Leuchtdiode LED ist über einen Widerstand R und einen steuerbaren Schalter S, beispielsweise einen Transistor, mit dem negativen Pol des Akkumulators A und den Anoden der ersten D1 und zweiten Diode D2 verbunden. Der steuerbare Schalter S wird von einer Steuerschaltung uC gesteuert, die vom Akkumulator A mit Strom versorgt wird. Die Steuerschaltung uC ist ferner mit dem Mittenabgriff der Ladespule verbunden, um das Nicht-/Vorhandensein einer Ladespannung zu detektieren.
Die in 3 dargestellte elektronische Schaltung unterscheidet sich von der in 1 dargestellten elektronischen Schaltung dadurch, daß der Mittenabgriff der Ladespule mit dem Querzweig einer Brückenschaltung verbunden ist, die vier Transistoren T1, T2, T3, T4 aufweist, und in deren Querzweig der Elektromotor M oder ein anderer Verbraucher angeordnet ist. Die vier Transistoren T1, T2, T3, T4 sind MOS-FETs, die von der Steuerschaltung uC gesteuert werden können, und in an sich bekannter Weise je eine Schutzdiode aufweisen. Der erste T1 und zweite Transistor T2 sind n-Kanal-MOS-FETs, deren Source-Anschlüsse mit dem Minuspol des Akkumulators A verbunden sind; der dritte T3 und vierte Transistor T4 sind p-Kanal-MOS-FETs, deren Source-Anschlüsse mit dem Pluspol des Akkumulators A verbunden sind. Die Drain-Anschlüsse des ersten T1 und dritten MOS-FETs T3 sind mit dem Mittenabgriff des Zweiweggleichrichters und dem einen Ende des Motors M verbunden, und die Drain-Anschlüsse des zweiten T2 und vierten MOS-FETs T4 sind mit dem anderen Ende des Motors M verbunden.
Im Vergleich zu der in 1 dargestellten Schaltung übernimmt die Schutzdiode des Transistors T3 die Funktion der weiteren Diode D3, d.h. auch bei dieser Schaltung kann bei Vorhandensein eines pulsierenden Gleichstroms am Mittenabgriff der Ladespule der Akkumulator A geladen werden, ohne daß die Steuerschaltung uC arbeiten muß. Die Funktion des ersten Transistors T1 der in 1 dargestellten Schaltung, d.h. das Abschalten des Aufladens des Akkumulators A, übernimmt bei der in 3 dargestellten Schaltung ebenfalls der erste Transistor T1. Die Steuerschaltung uC sorgt dafür, daß der dritte Transistor T3 gesperrt ist, wenn der erste Transistor T1 durchgeschaltet ist, damit der Akkumulator A nicht kurzgeschlossen wird.
Bei einer Variante der in 3 dargestellten elektronischen Schaltung sind die erste Diode D1 und die erste Teilwicklung L1 nicht vorhanden. Diese elektronische Schaltung funktioniert ähnlich wie die in 2 bzw. 3 dargestellte Schaltung.

Claims

Elektronische Schaltung für ein akkubetriebenes Elektrokleingerät, das von einer externen elektrischen Energiequelle induktiv versorgbar ist, enthaltend eine Ladeschaltung zum Aufladen eines Akkumulators (A), die eine Ladespule (L2) und eine Diode (D2) aufweist, wobei der Akkumulator (A) mit der Diode (D2) und der Ladespule (L2) in Reihe geschaltet ist, eine Leuchtdiode (LED) als Anzeige für den Ladevorgang und/oder Ladezustand des Akkumulators (A), wobei ein Ende der Ladespule (L2) entweder mit der Anode der Diode (D2) und der Kathode der Leuchtdiode (LED) verbunden ist oder mit der Kathode der Diode (D2) und der Anode der Leuchtdiode (LED).
Elektronische Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen steuerbaren Schalter (S) aufweist, der von einer Steuerschaltung (uC) ansteuerbar, und durch den die Leuchtdiode (LED) ein- und ausschaltbar ist.
Elektronische Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen elektronischen Schalter (T1) aufweist, der von der Steuerschaltung (uC) ansteuerbar und durch den der Ladevorgang des Akkumulators (A) beendbar ist.
Elektronische Schaltung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (uC) die Leuchtdiode (LED) während des Aufladens des Akkumulators (A) und/oder nach dem Beenden des Ladevorgangs des Akkumulators (A) einschaltet.
Elektronische Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine weitere Ladespule (L1) und eine weitere Diode (D1) aufweist, die zusammen mit der Diode (D2) und der Ladespule (L2) einen Zweiweggleichrichter bilden.
Elektronische Schaltung für ein akkubetriebenes Elektrokleingerät, das eine Ladespule (L2) zum Erzeugen eines Wechselstroms und einen Verbraucher (M) aufweist, der in einer Brückenschaltung mit mehreren elektronischen Schaltern (T1, T2, T3, T4) verbunden ist, wobei zumindest einem elektronischen Schalter (T3) eine Schutzdiode parallelgeschaltet ist, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Akkumulator (A) mit der Schutzdiode und der Ladespule (L2) in Reihe geschaltet ist, sodaß beim Aufladen des Akkumulators (A) der von der Ladespule (L2) gelieferte Ladestrom durch die Schutzdiode fließt.
Elektronische Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronischen Schalter (T1, T2, T3, T4) aus MOS-FETs mit eingebauter Schutzdiode bestehen.
Elektronische Schaltung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische Schalter, durch den der Ladevorgang des Akkumulators (A) beendbar ist, durch einen der elektronischen Schalter (T1) der Brückenschaltung gebildet ist.