DE102008011279A1

DE102008011279A1 - Elektrisches Gerät

Info

Publication number: DE102008011279A1
Application number: DE102008011279A
Authority: DE
Inventors: Edmund PÖTSCH; Hellmut Böttner
Original assignee: Fujitsu Technology Solutions GmbH
Current assignee: Fujitsu Technology Solutions GmbH
Priority date: 2007-12-03
Filing date: 2008-02-27
Publication date: 2009-06-10

Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Gerät mit einer abschaltbaren Stromversorgungseinrichtung. Es ist dadurch gekennzeichnet, dass die Stromversorgungseinrichtung, veranlasst durch eine Bedienungshandlung oder durch einen geräteinternen Steuervorgang, aus einem Hard-Off-Modus in einen On-Modus und von dem On-Modus in den Hard-Off-Modus versetzbar ist, wobei das elektrische Gerät dazu eingerichtet ist, eine dazu vorgesehene Steuereinrichtung im Hard-Off-Modus unabhängig von einem Stromversorgungsnetz zu betreiben.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Gerät mit einer abschaltbaren Stromversorgungseinrichtung. Elektrische Geräte, wie z. B. Computer, werden beim Abschalten in der Regel nicht vom Netz getrennt, wodurch diese auch im sogenannten Off-Modus noch beträchtliche Verlustleistung aufnehmen.
Es ist wünschenswert, den Energieverbrauch im Off-Modus weiter zu reduzieren. Insbesondere in Haushalten und Büros gibt es eine Vielzahl von netzbetriebenen Haushalts- und Büro-Geräten, so dass eine diesbezügliche Verbesserung in Summe eine große Energieeinsparung mit sich bringen würde.
Nach einer von der Europäischen Union beauftragten Studie, welche im Internet auf http://www.ecostandby.org veröffentlicht wurde, ist langfristig eine Begrenzung der Off-Mode-Verluste auf 0,5 Watt anzustreben. Ein Off-Modus, in dem ein Gerät weniger als 0,5 Watt verbraucht, wird im Folgenden als Hard-Off-Modus bezeichnet. Nach derzeitigem Stand wird zur Einhaltung dieser Grenze ein als Hard-Off-Switch bezeichneter Netzschalter benötigt, der bei vielen Geräten aus Kosten- und Designgründen nicht mehr vorhanden ist.
Nach Aussage der Studie ist ein primärseitiger Netzschalter (Hard-Off Switch) die beste Maßnahme zur Minimierung der Off-Mode-Verluste. Drei Hindernisse sind jedoch zu bedenken: das Nutzerverhalten, die Designmöglichkeiten und die Kosten. Hinzu kommt, dass auch mit einem Hard-Off-Switch der Verbrauch nicht immer gleich Null ist. Insbesondere bei Computern kommt hinzu, dass der Netzanschluss in der Regel hinten am Gehäuse angebracht ist und ein Schalter von vorne zugänglich sein sollte. Ein Netzschalter, der an der Frontseite des Computers angebracht ist, muss aus Gründen der Berührungssicherheit entsprechend aufwändig konstruiert sein. Design-seitige Differenzierung wird dadurch erschwert. Wenn der Netzschalter Bestandteil der Stromversorgung ist, ergeben sich zusätzliche konstruktive und design-seitige Abhängigkeiten. Die Zuleitungen zum frontseitigen Netzschalter müssen in der Regel aufwändig elektrisch und gegebenenfalls magnetisch geschirmt werden, um Rückwirkungen vom und zum Netzausgang aus Gründen der Funkentstörung zu vermeiden.
Alternativ werden Netzschalter hinten in unmittelbarer Nähe des Netzeingangs angebracht und über eine mechanische Verbindung an die Frontseite zu einem entsprechenden Bedienelement geführt. Die mechanische Verbindung muss für jeden Gehäusetyp eigens angepasst werden, was eine Standardisierung der Abschaltvorrichtung erschwert.
Netzschalter, die hinten am Gehäuse angebracht sind werden in der Regel zusätzlich zu einem Schalter an der Frontseite verwendet, um im Bedarf die Netztrennung vollziehen zu können. Der Schalter an der Frontseite bewirkt, dass der Computer in den Off-Modus gesteuert wird, bei dem aber aus Gründen der Wiedereinschaltbarkeit dem Netz Leistung zur Erzeugung der Standby-Stromversorgung entnommen wird.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein elektrisches Gerät, insbesondere einen Computer anzugeben, bei dem der Energieverbrauch im Off-Modus reduziert ist. Dabei soll die Bedienung und technische Realisierung einfach sein.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst.
Demnach ist die Stromversorgungseinrichtung des elektrischen Geräts, veranlasst durch eine Bedienungshandlung oder durch einen geräteinternen Steuervorgang aus einem Hard-Off-Modus in einen On-Modus und von dem On-Modus in den Hard-Off-Modus versetzbar. Das elektrische Gerät ist dazu eingerichtet, eine dabei eingesetzte Steuereinrichtung im Hard-Off-Modus unabhängig von einem Stromversorgungsnetz zu betreiben. Dadurch ist es möglich, die für die vergleichsweise hohe Leistungsaufnahme im Off-Modus verantwortlichen Komponenten abzuschalten und dennoch die Möglichkeit zu besitzen, das Gerät aus dem Hard-Off-Modus in den On-Modus zu schalten.
Insbesondere beim Übergang von dem On-Modus in den Hard-Off-Modus kann ein Standby-Modus, auch Resume-Modus genannt, durchlaufen werden, wobei das elektrische Gerät vor dem Erreichen des Off-Modus den Standby-Modus einnimmt. In einer möglichen Ausgestaltung des Standby-Modus ist dieser für ein kurzfristiges Abschalten des Geräts vorgesehen, so dass zunächst nur zu dem Standby-Modus gewechselt wird und eine Rückkehr in den On-Modus ohne Erreichen des Hard-Off-Modus möglich ist. In einer anderen Ausgestaltung ist der Standby-Modus nur ein Übergangszustand, in dem Vorbereitungen getroffen werden, um anschließend in den Hard-Off-Modus überzugehen. So kann es wichtig sein, dass die Versorgungsspannung für verschiedene Komponenten des elektrischen Gerätes in einer bestimmten Reihenfolge abgeschaltet wird. Diese Vorgänge können im Standby-Modus abgewickelt werden.
Vorteilhafterweise ist die Abschaltung bzw. Einschaltung von der Gerätevorderseite aus bedienbar oder kann durch einen geräteinternen Steuervorgang ausgelöst werden. Im Hard-Off-Modus entnimmt das Gerät entweder gar keine Energie aus dem Netz oder es wird nur die im Netzfilter umgesetzte Energie aufgenommen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektrischen Geräts,
2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektrischen Geräts,
3 ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektrischen Geräts,
4 ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektrischen Geräts,
5 ein fünftes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektrischen Geräts und
6 ein sechstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektrischen Geräts.
1 zeigt ein elektrisches oder elektronisches Gerät, z. B. einen Computer, mit seinen elektrischen und mechanischen Komponenten, in einem Gehäuse 5 angeordnet sind. Sämtliche elektrischen Verbraucherkomponenten (nicht einzeln eingezeichnet) werden in der Folge als Last 3 zusammengefasst. Die Last 3 ist an eine Versorgungsspannungsspannungsquelle 2 angeschlossen, aus der die Last 3 mit Energie versorgt wird.
Zum Trennen der Last 3 von der Versorgungsspannungsquelle 2 ist erfindungsgemäß ein elektrisch steuerbarer bistabiler Leistungsschalter 1 vorgesehen. Eine im Gerät verfügbare Hilfsspannungsquelle 4 wird benutzt, um den Steuerimpuls zum Umschalten des bistabilen Leistungsschalters 1 zu erzeugen.
Als Hilfsspannungsquelle 4 kann z. B. eine angeschlossene LAN-Leitung oder WAN-Leitung (z. B. Telefonleitung) 42 gemäß 2 dienen, der die erforderliche Steuerenergie entnommen wird. LAN steht dabei für „Local Area Network" und WAN für „Wide Area Network". Vorteilhaft wird zumindest in diesem Fall die Energie für den Steuerimpuls aus einem Kondensator C41 bereitgestellt, der über einen Widerstand R41 aus der LAN/WAN-Leitung 42 geladen wird. Dadurch steht die Energie mit niedriger Impedanz der Hilfsspannungsquelle 4 zur Verfügung, ohne die LAN/WAN-Leitung 42 wesentlich zu belasten.
Der bistabile Leistungsschalter 1 kann über den Taster 6 durch den Benutzer manuell von der Frontseite des Gehäuses 5 aus angesteuert werden. Alternativ oder zusätzlich besteht in Fällen, in denen dies gewünscht ist, die Möglichkeit, den bistabilen Leistungsschalter 1 über ein Schaltelement 61 zu steuern. Ein Schaltelement 61 wird z. B. vom LAN-Controller (nicht eingezeichnet) aktiviert. Dadurch ist es möglich das Gerät aus dem „Hard-Off"-Modus über die LAN/WAN-Leitung ferngesteuert einzuschalten.
Weitere mögliche Beispiele für die Hilfsspannungsquelle 4 sind eine im Gerät vorhandene Batterie (beim Computer z. B. die auf dem Mainboard vorhandene CMOS-Batterie), oder ein Kondensator mit hoher Kapazität und geringer Eigenentladung. Derartige Kondensatoren werden auch als „Gold-Capacitor" bezeichnet. Günstig ist die Kombination mit einer Lade-Solarzelle, oder einem Taster mit piezoelektrischem Element, das beim mechanischen Betätigen einen elektrischen Spannungsimpuls abgibt.
Zur Steuerung aus einer von der Versorgungsspannungsspannungsquelle 2 unabhängigen Hilfsspannungsquelle 4 verfügt der bistabile Leistungsschalter 1 vorteilhaft über einen vom Lastschaltkreis 31 galvanisch getrennten, unabhängigen Steuerstromkreis 41.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel gemäß 3 wird die Energie für den Steuerimpuls aus der Versorgungsspannungsquelle 2 abgeleitet. Vorteilhaft benutzen in diesem Fall Lastschaltkreis 31 und Steuerschaltkreis 41 einen gemeinsamen Anschluss (z. B. 11) am Leistungsschalter 1. Es kann aber, abhängig von der Konstruktion des bistabilen Leistungsschalters 1, auch ein vom Laststromkreis 31 galvanisch getrennter Steuerstromkreis entsprechend angeschlossen werden.
4 zeigt die Anordnung in der die Versorgungsspannungsquelle 2 über ein Filter 7 angeschlossen ist. Das Filter 7 dämpft die innerhalb des Gehäuses 5 von den Verbraucherkomponenten erzeugten und auf die Anschlussleitungen innerhalb des Gehäuses 5 eingekoppelten Störspannungsanteile so weit, dass auf den außerhalb des Gehäuses 5 liegenden Zuleitungen zur Versorgungsspannungsquelle 2 der Störfrequenzanteil unterhalb der zulässigen Grenzwerte liegen. Elektromagnetische Stör strahlung wird durch das geerdete Gehäuse soweit abgeschirmt, dass auch die zulässigen Störstrahlungswerte nicht überschritten werden.
In der Anordnung gemäß 4 liegt der bistabile Leistungsschalter 1 aus Sicht der Versorgungsspannungsquelle 2 innerhalb des Gehäuses 5 hinter dem Filter 7. Das hat den Vorteil, dass das Filter 7 Störspannungsanteile, die auf den bistabilen Leistungsschalter 1 und/oder seine Last- und Steuerzuleitungen eingekoppelt werden vom Filter 7 mit ausgefiltert werden. Nachteilig ist bei dieser Anordnung, dass das Filter 7 nicht vom bistabilen Leistungsschalter mit abgeschaltet wird. Das Filter enthält X- und Y-Entstörkondensatoren (nicht eingezeichnet) über die im angeschlossenen Zustand Wechselstrom fließt. Dadurch nimmt das Gerät auch im Hard-Off-Modus noch Leistung auf. Die Forderung nach Minimierung der aufgenommenen Energie im Hard-Off-Modus ist damit noch nicht optimal erfüllt.
Abhilfe bringt die Anordnung gemäß 5 in der der bistabile Leistungsschalter 1 aus Sicht der Versorgungsspannungsquelle 2 vor dem Filter 7 angeordnet ist. Das Filter 7 wird im Hard-Off-Modus vom bistabilen Leistungsschalter 1 mit abgeschaltet. Dadurch sind alle an der Versorgungsspannungsquelle 2 angeschlossenen elektrischen Verbraucher-Komponenten getrennt. Es wird die im Hard-Off-Modus aufgenommene Energie optimal reduziert. Nachteilig ist in dieser Anordnung, dass innerhalb des Gehäuses 5 auf die Steuerleitungen des bistabilen Leistungsschalters 1 eingekoppelte Störspannungen am Filter vorbei über den bistabilen Leistungsschalter 1 auf die Versorgungsspannungsquelle 2 verschleppt werden können. Deshalb wird in dieser Anordnung der bistabile Leistungsschalter eigens mit einer Schirmung 8 versehen um Einkopplungen auf den Leistungsschalter zu verhindern. Außerdem werden die Steuersignalleitungen über ein weiteres Filter 81 geführt, das Störspannungsanteile auf den Steuerleitungen dämpft und vom bistabilen Leistungsschalter 1 sowie von den außerhalb des Gehäuses 5 liegenden Anschlussleitungen zur Versorgungsspannungsquelle 2 fernhält.
Da die erfindungsgemäße Lösung zum Betätigen des bistabilen Leistungsschalters 1 jeweils nur zum Zeitpunkt des Schaltvorgangs kurzzeitig einen Steuerimpuls benötigt, verbraucht die Abschaltanordnung im Gegensatz zu Geräten, die über monostabile elektrisch steuerbare Schalter (mechanische oder elektrische Relais, Triacs, Thyristoren, IGBTs etc.) geschaltet werden auch im On-Modus keine Ansteuerenergie. Dadurch erhöht sich der Wirkungsgrad. Dieser Aspekt ist vor dem Hintergrund der kommenden EuP-Anforderungen nicht zu unterschätzen.
6 zeigt das Prinzipschaltbild eines bistabilen Leistungsschalters 1 in der Ausführung als bistabiles Relais. Bistabile Relais sind gekennzeichnet durch ihre Eigenschaft, dass sie im stromlosen Zustand zwei verschiedene stabile Schaltzustände einnehmen können. Dazu gehören Haftrelais oder Remanenzrelais. Haftrelais nutzen die Remanenz, um nach Abschalten des Erregerstromes weiterhin im angezogenen Zustand zu verbleiben. Zum Umschalten in den anderen Schaltzustand ist entweder an einer zweiten Wicklung mit umgekehrtem Wicklungssinn eine Spannung gleicher Polarität anzulegen (Doppelspulenrelais), oder bei Haftrelais mit nur einer Wicklung eine Spannung an diese mit entgegen gesetzter Polarität.
Stromstoßrelais, in der Elektroinstallationstechnik auch als Stromstoßschalter bezeichnet, schalten bei einem Stromimpuls in den jeweils anderen Schaltzustand um und behalten diesen bis zum nächsten Impuls bei. Das Beibehalten des Zustandes wird durch mechanische Verriegelung gewährleistet.
Es ist auch denkbar, den bistabilen Leistungsschalter 1 als elektronisches Relais mit bistabiler Charakteristik auszuführen.
Durch die Erfindung werden Standby- und Off-Mode-Verluste minimiert und die Verluste im On-Modus reduziert, bzw. es wird der Wirkungsgrad erhöht.
Die erläuterten Ausführungsformen dienen zur Erläuterung der Erfindung, diese ist jedoch nicht auf die gezeigten Ausführungen begrenzt. Weitere Ausführungsformen sind von der Erfindung umfasst. Dies gilt insbesondere für die Arten der Hilfsspannungsquelle.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

- http://www.ecostandby.org [0003]

Claims

Elektrisches Gerät mit einer abschaltbaren Stromversorgungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromversorgungseinrichtung veranlasst durch eine Bedienungshandlung oder durch einen geräteinternen Steuervorgang aus einem Hard-Off-Modus in einen On-Modus und von dem On-Modus in den Hard-Off-Modus versetzbar ist, wobei das elektrische Gerät dazu eingerichtet ist, eine dazu vorgesehene Steuereinrichtung im Hard-Off-Modus unabhängig von einem Stromversorgungsnetz zu betreiben.
Elektrisches Gerät mit einer abschaltbaren Stromversorgungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromversorgungseinrichtung veranlasst durch eine Bedienungshandlung oder durch einen geräteinternen Steuervorgang aus einem Hard-Off-Modus in einen On-Modus und von dem On-Modus in den Hard-Off-Modus versetzbar ist, wobei ein dazu vorgesehenes Schaltmittel mit einem Steuerimpuls angesteuert wird und die dazu erforderliche Energie aus einer Versorgungsspannungsquelle des elektrischen Gerätes bezogen wird.
Elektrisches Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Übergang von dem On-Modus in den Hard-Off-Modus ein Standby-Modus vorgesehen ist, wobei das elektrische Gerät vor dem Erreichen des Off-Modus den Standby-Modus einnimmt.
Elektrisches Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zum Schalten in den Hard-Off-Modus ein bistabiler Leistungsschalter (1) vorgesehen ist.
Elektrisches Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der bistabile Leistungsschalter (1) ein bistabiles Relais oder ein Stromstoßrelais ist.
Elektrisches Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der bistabile Leistungsschalter (1) ein bistabiler Halbleiterschalter ist.
Elektrisches Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Energieversorgung der Steuereinrichtung insbesondere im Hard-Off-Modus eine Hilfsspannungquelle (4) vorgesehen ist.
Elektrisches Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsspannungsquelle (4) dazu eingerichtet ist, Energie aus einem mit dem elektrischen Gerät verbundenen Datennetzwerk, insbesondere einem Local Area Network oder einem Wide Area Network zu entnehmen.
Elektrisches Gerät nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsspannungsquelle (4) einen Kondensator und einen Widerstand aufweist, wobei der Kondensator über den Widerstand aus dem Datennetzwerk ladbar ist.
Elektrisches Gerät nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung über das Datennetzwerk fernsteuerbar ist.
Elektrisches Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsspannungsquelle (4) eine Solarzelle und eine Batterie oder einen Kondensator auf weist, wobei die Batterie oder der Kondensator über die Solarzelle ladbar sind.
Elektrisches Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Hilfsspannungsquelle (4) ein von einem Taster betätigtes piezoelektrisches Element vorgesehen ist.
Elektrisches Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungsschalter (1) zwischen einem Netzfilter (7) und zu versorgenden Komponenten angeordnet (3) ist.
Elektrisches Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungsschalter (1) eingangsseitig eines Netzfilter (7) vorgesehen ist.
Elektrisches Gerät nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungsschalter (1) mit einer Schirmung (8) versehen ist zur Vermeidung der Auskopplung von hochfrequenten Störungen aus dem elektronischen Gerät in ein Stromversorgungsnetz über den Leistungsschalter (1).
Elektrisches Gerät nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerleitung zu dem Leistungsschalter (1) über ein Filter (81) geführt ist zur Vermeidung der Auskopplung von hochfrequenten Störungen aus dem elektronischen Gerät in ein Stromversorgungsnetz über den Leistungsschalter (1).