DE102008021875A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Wandeln eines Potentials - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zum Wandeln eines Potentials Download PDF

Info

Publication number
DE102008021875A1
DE102008021875A1 DE102008021875A DE102008021875A DE102008021875A1 DE 102008021875 A1 DE102008021875 A1 DE 102008021875A1 DE 102008021875 A DE102008021875 A DE 102008021875A DE 102008021875 A DE102008021875 A DE 102008021875A DE 102008021875 A1 DE102008021875 A1 DE 102008021875A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
potential
storage capacitor
energy
converter
time period
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
DE102008021875A
Other languages
English (en)
Inventor
Frank FÖRSTER
Peter Spies
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority to DE102008021875A priority Critical patent/DE102008021875A1/de
Priority to JP2011500110A priority patent/JP5467099B2/ja
Priority to US12/933,055 priority patent/US8643346B2/en
Priority to PCT/EP2009/001962 priority patent/WO2009115298A1/de
Priority to EP09723364.7A priority patent/EP2266184B1/de
Publication of DE102008021875A1 publication Critical patent/DE102008021875A1/de
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • H02J7/345Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering using capacitors as storage or buffering devices
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/1563Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators without using an external clock
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0016Control circuits providing compensation of output voltage deviations using feedforward of disturbance parameters
    • H02M1/0022Control circuits providing compensation of output voltage deviations using feedforward of disturbance parameters the disturbance parameters being input voltage fluctuations

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

Potentialwandlervorrichtung (100) mit einem ersten Speicherkondensator (S1), der ausgebildet ist, um aus einer Energiequelle (5) mit Energie versorgt zu werden, um einen ersten Potentialverlauf an dem ersten Speicherkondensator (S1) zu erhalten und einem zweiten Speicherkondensator (S2), der ausgebildet ist, um aus dem ersten Speicherkondensator (S1) mit Energie versorgt zu werden, um einen zweiten Potentialverlauf an dem zweiten Speicherkondensator (S2) zu erhalten. Die Potentialwandlervorrichtung weist ferner eine Wandlereinrichtung (10) auf, die elektrisch zwischen dem ersten und zweiten Speicherkondensator geschaltet ist und die ausgebildet ist, um eine Energieübertragung von dem ersten Speicherkondensator (S1) auf den zweiten Speicherkondensator (S2) vorzunehmen, falls der erste Potentialverlauf einen ersten Potentialschwellwert (P1) erreicht und bis der erste Potentialverlauf einen zweiten Potentialschwellwert (P2) erreicht, und wobei der erste Potentialschwellwert (P1) betragsmäßig größer ist, als der zweite Potentialschwellwert (P2).

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Potentialwandlervorrichtung und ein Verfahren zur Potentialwandlung, wie es beispielsweise bei Schaltreglern oder Spannungsreglern vorkommt. Insbesondere kann die Potentialwandlervorrichtung und das Verfahren zum Potentialwandeln bei Powermanagementanwendungen für Quellen mit geringer kontinuierlicher Leistungsabgabe, wie z. B. bei Thermogeneratoren oder Piezowandlern, die eine geringe Leistungsabgabe von beispielsweise 0.5 Watt aufweisen können, eingesetzt werden.
  • Das technische Einsatzgebiet der hier beschriebenen Erfindung ist vorzugsweise eine Potentialwandlervorrichtung, deren Leistungsaufnahme unverändert bleibt, wohingegen deren Energieverbrauch gegenüber einer herkömmlichen Potentialwandlervorrichtung sinken kann.
  • Bei einer Energiequelle mit sehr geringer Energieausbeute kann es passieren, dass bei dem Einsatz eines Schaltreglers dieser im Betrieb annähernd die gleiche Leistung aufnimmt, als von der Energiequelle abgegeben wird. Bei üblichen Leistungsmanagement-(Power Management-)Konzepten werden in der Regel einzelne Funktionsblöcke z. B. durch separate Spannungsregler ab- und zugeschaltet. Dabei ist es erforderlich, dass die Energiequelle immer ausreichend Strom liefert, um mindestens die für die Steuerung und Überwachung notwendige Kontrolleinheit sowie die Spannungsregler mit Energie zu versorgen. Dadurch wird im regulären Betrieb immer ein Teil der Quellenergie für das Powermanagement aufgewendet.
  • Konventionelle Potentialwandlervorrichtungen bzw. Schaltregler verbrauchen selbst einen Teil der Energie, die sie umwandeln sollen. Liefert eine Energiequelle in etwa die gleiche Energie, wie der Schaltregler verbraucht, so steht am Ausgang für den eigentlichen Verbraucher nicht mehr ausreichend Energie zur Verfügung.
  • Potentialwandlervorrichtungen können beispielsweise in batteriegespeisten Geräten eingesetzt werden, in denen die Elektronik einer Applikation gegenüber einer Batteriespannung eine höhere Spannung benötigt, so wie es z. B. bei Notebooks, Mobiltelefonen oder Photoblitzlichtgeräten der Fall ist. Weitere Beispiele für den Einsatz solcher Potentialwandlereinrichtungen sind die Übertragung von Messwerten von Sensoren, wie z. B. Temperatursensoren in einem Bratofen zur Übertragung von Temperaturwerten und/oder Druckwerten.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, um ein leistungseffizientere Versorgung eines elektrischen Verbrauchers zu ermöglichen.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch die Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und dem Verfahren gemäß Anspruch 11.
  • Die vorliegende Erfindung schafft eine Potentialwandlervorrichtung mit einem ersten Speicherkondensator S1, der ausgebildet ist, um aus einer Energiequelle mit Energie versorgt zu werden, um einen ersten Potentialverlauf an dem ersten Speicherkondensator S1 zu erhalten und einen zweiten Speicherkondensator S2, der ausgebildet ist, um aus dem ersten Speicherkondensator S1 mit Energie versorgt zu werden, um einen zweiten Potentialverlauf an dem zweiten Speicherkondensator S2 zu erhalten. Ferner weist die Potentialwandlervorrichtung eine Wandlereinrichtung auf, die elektrisch zwischen dem ersten und zweiten Speicherkondensator geschaltet ist und die ausgebildet ist, um eine Energieübertragung von dem ersten Speicherkondensator S1 auf den zweiten Speicherkondensator S2 vorzunehmen, falls der erste Potentialverlauf einen ersten Potentialschwellwert P1 erreicht, und bis der erste Potentialverlauf einen zweiten Potentialschwellwert P2 erreicht, und wobei der erste Po tentialschwellwert P1 betragsmäßig größer ist, als der zweite Potentialschwellwert P2.
  • Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Verfahren zu einer Potentialwandlung. Das Verfahren weist ein Versorgen eines ersten Speicherkondensators S1 aus einer Energiequelle mit Energie auf, um einen ersten Potentialverlauf an dem ersten Speicherkondensator S1 zu erhalten. Ferner weist das Verfahren ein Versorgen eines zweiten Speicherkondensators S2, mit Energie aus dem ersten Speicherkondensator S1 auf, um einen zweiten Potentialverlauf an dem zweiten Speicherkondensator S2 zu erhalten. Das Verfahren zur Potentialwandlung weist ferner ein Übertragen einer Energie mit einer Wandlereinrichtung, die elektrisch zwischen dem ersten und dem zweiten Speicherkondensator geschaltet ist von dem ersten Speicherkondensator S1 auf den zweiten Speicherkondensator S2 auf, falls der erste Potentialverlauf einen ersten Potentialschwellwert P1 erreicht, und um die Energieübertragung zu beenden, falls der erste Potentialverlauf einen zweiten Potentialschwellwert P2 erreicht und wobei der erste Potentialschwellwert P1 betragsmäßig größer ist, als der zweite Potentialschwellwert P2.
  • Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung bieten den Vorteil, dass die Leistungsaufnahme einer Potentialwandlervorrichtung unverändert bleibt, jedoch deren Energieverbrauch deutlich sinkt, da die Potentialwandlervorrichtung während einer kürzeren Zeitperiode die Energie vom Speicherkondensator S1 auf den Speicherkondensator S2 überträgt, als während einer längeren anderen Zeitperiode, in der der Speicherkondensator S1 aus einer Energiequelle mit Energie versorgt wird. In Ausführungsbeispielen zu dem Verfahren zur Potentialwandlung bzw. der Potentialwandlervorrichtung kann ein deutlich höherer Wirkungsgrad durch eine höhere Leistung während der kurzzeitigen Übertragung der Energie von dem ersten Speicherkondensator S1 auf den zweiten Speicherkondensator S2 erzielt werden, gegenüber einer kontinuierlichen Energieübertragung, der um ein Vielfaches niedrigeren Leistung der Energiequelle auf dem Speicherkondensator S1.
  • In Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung wird ein erstes Energiespeicherelement der Potentialwandlervorrichtung mit Energie aus einer Energiequelle versorgt. Mit Hilfe einer Wandlereinrichtung wird die Energie bei Erreichen eines ersten Schwellenergiewertes auf ein zweites Energiespeicherelement der Potentialwandlervorrichtung übertragen, wobei die Energie in dem ersten Energiespeicherelement abnimmt. Bei Erreichen eines zweiten Schwellenergiewertes an dem ersten Energiespeicherelement wird die Wandlereinrichtung deaktiviert, so dass keine weitere Energie übertragen wird, bis der erste Schwellenergiewert durch die Versorgung mit Energie aus der Energiequelle auf dem ersten Energiespeicherelement wieder überschritten bzw. erreicht wird.
  • Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Blockdarstellung einer Potentialwandlervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 2 ein schematisches Zeitdiagramm zur Veranschaulichung der Funktionsweise der Potentialwandlervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 3 ein weiteres prinzipielles Blockschaltbild einer Potentialwandlervorrichtung mit einer Steuereinrichtung und einer Rückkopplungseinheit gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 4 eine Schaltung einer Wandlereinrichtung der Potentialwandlervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 5a eine Komparator-Hystereseschaltung für eine Steuereinrichtung der Potentialwandlervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 5b ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Steuereinrichtung der Potentialwandlervorrichtung; und
  • 6 ein Flussdiagramm zum Verfahren zur Potentialwandlung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • Bezüglich der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sollte beachtet werden, dass in den unterschiedlichen Figuren für funktional, identische bzw. gleichwirkende oder funktionsgleiche äquivalente Elemente oder Schritte zur Vereinfachung in der gesamten Beschreibung die gleichen Bezugszeichen verwendet werden.
  • 1 zeigt ein prinzipielles Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Potentialwandlervorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Erfindung, welches im Folgenden unter Bezug auf 2 erläutert wird. Die Potentialwandlervorrichtung 100 in 1 weist ein erstes Speicherelement, beispielsweise einen Speicherkondensator S1 auf, der ausgebildet ist, um aus einer Energiequelle 5 mit Energie versorgt zu werden, um einen ersten Potentialverlauf an dem ersten Speicherkondensator S1 zu erhalten. Die Potentialwandlervorrichtung 100 weist in 1 ferner ein zweites Speicherelement, beispielsweise einen zweiten Speicherkondensator S2 auf, der ausgebildet ist, um aus dem Speicherkondensator S1 mit Energie versorgt zu werden, um einen zweiten Potentialverlauf an dem zweiten Speicherkondensator S2 zu erhalten. Die Potentialwandlervorrichtung 100 weist in 1 weiterhin eine Wandlereinrichtung 10 auf, bei der es sich beispielsweise um einen DC/DC-Wandler handelt, der elektrisch zwischen dem ersten S1 und zweiten S2 Speicher kondensator geschaltet ist und der ausgebildet ist, um eine Energieübertragung von dem ersten Speicherkondensator S1 auf den zweiten Speicherkondensator S2 vorzunehmen, falls der erste Potentialverlauf einen ersten Potentialschwellwert 21 erreicht und solange bis der erste Potentialverlauf einen zweiten Potentialschwellwert P2 erreicht, wobei der erste Potentialschwellwert P1 betragsmäßig größer ist, als der zweite Potentialschwellwert P2. Eine kontinuierliche Versorgung eines Verbrauchers 8 ist möglich, wenn der zweite Speicherkondensator S2 ausreichend dimensioniert ist.
  • Die Wandlereinrichtung 10 oder der Schaltregler ist so konzipiert, dass dieser ab einer definierten oberen Spannungsschwelle – der ersten Potentialschwelle P1 bezogen auf ein Bezugspotential – am Eingang beginnt, die Energie aus dem ersten Speicherkondensator S1 in den zweiten Speicherkondensator S2 am Ausgang der Wandlereinrichtung zu transferieren. Beispielsweise kann dann nach dem Prinzip eines Step-Up-Konverters bzw. eines Aufwärtswandlers, der zweite Speicherkondensator S2 auf ein höheres Potential bzw. bezogen auf ein Bezugspotential auf eine höhere Spannung aufgeladen werden. Diese höhere Spannung kann von einem Verbraucher 8 abgegriffen werden bzw. an einem Verbraucher 8 angelegt werden kann.
  • Bei Erreichen eines zweiten Potentialschwellwertes P2 bzw. einer zweiten unteren Schwellspannung kann der Schaltregler 10 seinen Betrieb einstellen. Das heißt, es wird aktiv keine Energie mehr von dem Speicherkondensator S1 auf den Speicherkondensator S2 übertragen. Durch die Energieübertragung bzw. den Energietransfer von dem ersten Speicherkondensator S1 auf den zweiten Speicherkondensator S2 mit Hilfe der Wandlereinrichtung sinkt der Potentialverlauf bzw. im Bezug auf ein Bezugspotential die abgreifbare Spannung am ersten Speicherkondensator S1. Während der Zeitdauer in der keine Energieübertragung von dem Speicherkondensator S1 auf den Speicherkondensator S2 durch die Wandlereinrichtung 10 durchgeführt wird, nimmt die Wandlereinrich tung bzw. der Schaltregler keine Leistung auf. In dieser Zeitdauer kann die gesamte Energie, die von der Quelle 5 bereitgestellt wird in den ersten Speicherkondensator S1 fließen. Bei Erreichen der oberen Schwelle, – der ersten Potentialschwellwertes P1 – kann die Energieübertragung durch die Wandlereinrichtung 10 vom ersten in den zweiten Speicherkondensator von neuem beginnen. Durch die Implementierung eines ersten Potentialschwellwertes und eines zweiten Potentialschwellwertes bzw. einer oberen und unteren Schwellspannung ergibt sich bei der Wandlereinrichtung 10 ein Hystereseverhalten.
  • Gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann die Wandlereinrichtung 10 so ausgebildet sein, um durch die Energieübertragung bzw. dem Energietransfer vom ersten Speicher S1 auf den zweiten Speicher S2 ein betragsmäßig größeres maximales Potential P2 max am zweiten Speicher S2 auszubilden, als ein maximales Potential P1 max am ersten Speicher S1, welches durch die Versorgung mit Energie aus der Energiequelle 5 aufgebaut wird. Dadurch kann eine maximale abgreifbare Ausgangsspannung UA max am Speicher S2 größer sein, als eine maximal am ersten Speicher S1, der Wandlereinrichtung zur Verfügung gestellte abgreifbare Eingangsspannung UE max, bezogen auf ein gemeinsames Bezugspotential. In anderen Worten kann durch eine Aufwärtswandlung einem Verbraucher 8 eine größere Spannung zur Verfügung gestellt werden, als eine Quelle 5 zur Verfügung stellt.
  • Mit Hilfe der Wandlereinrichtung 10 kann also die Potentialwandlervorrichtung 100 eine Quellspannung einer Energiequelle 5 in eine höhere Ausgangsspannung wandeln. Solche Wandlereinrichtungen können auf unterschiedliche Weise realisiert werden. Aufwärtswandler werden in vielen batteriegespeisten Geräten eingesetzt, in denen die Elektronik einer Applikation eine höhere Spannung benötigt, als beispielsweise von einer Batterie, die als Quelle fungiert, geliefert werden kann.
  • Bei der Wandlereinrichtung 10 kann es sich also beispielsweise um einen Gleichspannungswandler, wie z. B. einen Hochsetzteller bzw. Step-up-Konverter handeln. Die Wandlereinrichtung kann dabei so ausgebildet sein, dass in einem getakteten Betrieb Energie portionsweise von einer Eingangsseite, also dem ersten Speicherkondensator S1 auf die Ausgangsseite, also den Speicherkondensator S2 transportiert wird. Die Wandlereinrichtung 10 kann einen Schalter bzw. einen Leistungsschalter aufweisen, einen Energiespeicher und einen Glättungskondensator. Die abgreifbaren Spannungen bzw. der zweite Potentialverlauf an dem Speicherkondensator S2 können sich in ihrem Verlauf und in ihrer Größe unterscheiden und hängen u. a. von dem Verbraucher 8 und der von dem Verbraucher entnommenen Energie ab und den jeweiligen RC-Zeitkonstanten ab. Dies gilt sowohl für die Ausgangsseite, als auch für die Eingangsseite, bei der die RC-Konstante des Speicherkondensators S1 zusammen mit der Quelle 5 für den ersten zeitlichen Potentialverlauf ausschlaggebend ist. Bei der Wandlereinrichtung 10 kann es sich um einen induktiven Wandler handeln, der zu einer Zwischenspeicherung der Energie, die vom Speicherkondensator S1 zu dem Speicherkondensator S2 übertragen wird, eine Induktivität benutzt, wobei die Induktivität als Spule oder beispielsweise auch als Wandlertransformator ausgebildet sein kann. Es ist jedoch auch denkbar, dass die Wandlereinrichtung 10 als kapazitiver Wandler ausgebildet ist, bei der die zwischenzuspeichernde Energie kapazitiv gespeichert wird. Solche kapazitiven Wandler werden auch als Ladungspumpen bezeichnet. Die Wandlereinrichtung 10 kann beispielsweise auch als DC/DC-Wandler ausgebildet sein, der einen Transformator enthält und eine Potentialtrennung zwischen einer Eingangsseite der Wandlereinrichtung 10 und einer Ausgangsseite der Wandlereinrichtung 10 aufweist. Es kann also eine galvanische Trennung zwischen der Ein- und Ausgangsseite und damit zwischen der Eingangsspannung am Speicherkondensator S1 und der Ausgangsspannung, die von einem Verbraucher am Speicherkondensator S2 abgreifbar ist, vorliegen. Denkbar ist auch der Einsatz von Schaltnetzteilen, die als Wandlereinrichtung 10 dienen.
  • Die Potentialwandlervorrichtung 100 kann in einen anderen Ausführungsbeispiel eine Wandlereinrichtung 10 aufweisen, die ferner ausgebildet ist, um eine Energieübertragung vom ersten Speicherkondensator S1 auf den zweiten Speicherkondensator S2 zu beenden, falls der zweite Potentialverlauf an dem zweiten Speicherkondensator S2 einen dritten Potentialschwellwert P3 erreicht. In anderen Worten kann die Wandlereinrichtung 10 so ausgebildet sein, dass sie eine weitere Energieübertragung vom Speicherkondensator S1 auf den Speicherkondensator S2 beendet, falls eine vorbestimmte Ausgangsspannung am Speicherkondensator S2 abgreifbar ist. Dadurch kann also in einem Leerlaufbetrieb, während dessen von einem Verbraucher aus dem Speicherkondensator S2 keine Energie entnommen wird und daher die Ausgangspannung UA ungeregelt ansteigen könnte, verhindert werden, dass die Potentialwandlervorrichtung zerstört werden würde.
  • In Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann dazu die Wandlereinrichtung 10 der Potentialwandlervorrichtung 100 eine Rückkoppelschleife bzw. Rückkoppeleinrichtung aufweisen, die so mit der Wandlereinrichtung gekoppelt ist, dass die Energieübertragung vom ersten Speicherkondensator S1 zu dem zweiten Speicherkondensator S2 beendet wird, wenn bezogen auf ein Bezugspotential eine vorbestimmte Ausgangsspannung UA am zweiten Speicherkondensator S2 abgreifbar ist.
  • In 2 ist in einem schematischen Zeitdiagramm die Funktionsweise der Potentialwandlervorrichtung bzw. das Verfahren zum Wandeln eines Potentials schematisch dargestellt. In 2 ist zum einen in dem Diagramm A der erste Potentialverlauf 20a des ersten Speicherkondensators S1 schematisch dargestellt und in dem zweiten Diagramm B der zweite Potentialverlauf 20b des zweiten Speicherkondensators S2. Auf der X-Achse beider Diagramme ist der zeitliche Verlauf des ersten und zweiten Potentialverlaufes 20a und 20b in willkürlichen Einheiten dargestellt. Auf den Y-Achsen der beiden Diagramme A und B sind die jeweiligen Potentiale – bzw. bezogen auf ein Bezugspotential wie z. B. der Masse – die Spannungswerte an dem ersten Speicherkondensator S1 und dem zweiten Speicherkondensator S2 dargestellt. Die Potentialwandlervorrichtung kann zyklisch bzw. periodisch arbeiten und sich in Auflade- bzw. Entladezeitabschnitte aufteilen. Beispielsweise wird ausgehend von der Situation, in der durch eine Energiequelle der erste Speicherkondensator S1 auf einen maximalen Potentialwert P1 max, welcher durch die Energiequelle gegeben ist und der höher oder identisch sein kann zu dem ersten Potentialschwellwert P1, der zweite Speicherkondensator S2 (Diagramm B) bis zu einem maximalen Potentialwert P2 max aufgeladen. Dies kann beispielsweise mit einer Wandlereinrichtung, die als Aufwärtswandler ausgebildet ist durchgeführt werden, so dass der maximale Potentialwert P2 max größer ist, als der maximale Potentialwert P1 max. Durch die Übertragung der Wandlereinrichtung sinkt das Potential bzw. die Spannung am ersten Speicherkondensator S1 (Diagramm A) bis die erste Potentialverlaufskurve 20a zum Zeitpunkt t11 den zweiten Potentialschwellwert P2 erreicht. Bei Erreichen dieses unteren Potentialschwellwertes P2 stellt die Wandlereinrichtung 10 ihren Betrieb ein und überträgt damit keine weitere Energie von dem Speicherkondensator S1 auf den Speicherkondensator S2. Ab dem Zeitpunkt t11 fließt also die gesamte Energie (also die Ladung der Quelle 5 (siehe 1)) wieder in den ersten Speicher S1. Der erste Speicherkondensator S1 lädt sich dann u. a. abhängig von dessen RC-Konstante auf. Sobald der erste Potentialverlauf 20a zum Zeitpunkt t12 den ersten Potentialschwellwert P1 erreicht, wird eine Energieübertragung durch die Wandlereinrichtung von dem Speicherkondensator S1 auf den zweiten Speicherkondensator S2 vorgenommen. Der erste Speicherkondensator S1 wird also in einer ersten Zeitperiode T1, deren Anfangszeitpunkt t11 durch das Erreichen des zweiten Potentialschwellwertes P2 und dessen Endzeitpunkt t12 durch das Erreichen des ersten Potentialschwellwertes P1 im ersten Potentialverlauf 20a gegeben ist, durch die Energiequelle aufgeladen. Während dieser Zeit kann aus dem zweiten Speicherkondensator S2, wie der zweiten Potentialverlaufskurve 20b (Diagramm B) zu entnehmen ist, abhängig von einem angeschlossenen Verbraucher 8 Energie entnommen werden. In dem Beispiel in 2 weist ein Verbraucher einen linearen Leistungsverbrauch auf. Wie der zweiten Potentialverlaufskurve 20b zu entnehmen ist, findet zum Zeitpunkt t21, der dem Zeitpunkt t12 entsprechen kann, eine Energieübertragung von dem ersten Speicherkondensator S1 auf den zweiten Speicherkondensator S2 statt. Dadurch kann die zweite Potentialverlaufskurve 20b abhängig von der genauen Funktionsweise der Wandlereinrichtung rascher ansteigen, als die erste Potentialverlaufskurve 20a in der ersten Zeitperiode T1. Durch den Energietransfer sinkt, die erste Potentialverlaufskurve 20a während dieser zweiten Zeitperiode T2 am ersten Speicherkondensator S1 wieder. Der Endzeitpunkt t22 der zweiten Zeitperiode T2 ist dann wieder durch das Erreichen des zweiten Potentialschwellwertes in der ersten Potentialsverlaufskurve 20a bestimmt. Das heißt, die jeweiligen ersten Zeitperioden T1 und die jeweiligen zweiten Zeitperioden T2 können untereinander auch unterschiedlich lang sein.
  • Mit der Potentialverlaufskurve 20c ist beispielsweise die Situation veranschaulicht, in der kein Verbraucher Energie aus dem zweiten Speicherkondensator S2 entnimmt und die Wandlereinrichtung weiter Energie von dem ersten Speicherkondensator S1 auf den zweiten Speicherkondensator S2 überträgt. Die Potentialwandlervorrichtung kann nun beispielsweise eine Steuereinrichtung oder eine Rückkoppeleinrichtung aufweisen, die so ausgebildet ist um die Übertragung der Energie von dem ersten Speicherkondensator S1 auf den zweiten Speicherkondensator S2 zu beenden falls ein dritter Potentialschwellwert P3 erreicht wird. Der Unterschied ΔP zwischen dem maximalen Potentialwert P2 max und P3 kann null sein, d. h. beide sind identisch, oder aber auch von null verschieden.
  • Allgemein liegt dem Verfahren zur Potentialwandlung bzw. der Potentialwandlervorrichtung in diesem Ausführungsbeispiel zugrunde, dass in einem bestimmten Zeitraum, beispielsweise der ersten Zeitperiode T1 Energie in dem Speicherkondensator S1 gesammelt wird, die dann mit Hilfe der Wandlervorrichtung um ein Vielfaches schneller bzw. mit einer höheren elektrischen Leistung auf die Ausgangsseite der Wandlereinrichtung also auf den zweiten Speicherkondensator S2 übertragen wird. Während der Energieübertragung findet gleichzeitig die Aufwärtswandlung einer Spannung statt. Während auf der Eingangsseite also am ersten Speicherkondensator S1 ein maximales Potential P1 max erreicht werden kann, welches durch die Energiequelle 5 bestimmt ist und mit P1 übereinstimmen kann, so kann auf der Ausgangsseite abhängig von der Wandlereinrichtung ein größeres Potential P2 max und damit eine höhere Ausgangsspannung UA max, ausgebildet werden, die einem Verbraucher zur Verfügung gestellt werden kann. In der Zeit, also beispielsweise in der ersten Zeitperiode T1, in der keine Energieübertragung durch die Wandlereinrichtung vom ersten Speicherkondensator S1 auf den zweiten Speicherkondensator S2 stattfindet, kann eine kontinuierliche Versorgung eines Verbrauchers mit Energie möglich sein, wenn der zweite Speicherkondensator S2 geeignet dimensioniert ist. Wie der zweiten Potentialverlaufskurve 20b zu entnehmen ist, sinkt das Potential des zweiten Speicherkondensators S2 je nach Verbrauch.
  • Wie der 2 weiterhin zu entnehmen ist, können sich die Zeitperioden T1 und T2 zyklisch bzw. periodisch wiederholen, wobei eine Wandlereinrichtung während der Zeitperiode T2 Energie von dem Speicher S1 auf den Speicher S2 überträgt und während der ersten Zeitperiode T1 nicht. Das heißt, nach der Übertragung der Energie also beim Endzeitpunkt t22 der Energieübertragung kann eine zeitliche Pause entstehen, in der die Wandlereinrichtung inaktiv ist und selbst keine Leistung aufnimmt bzw. verbraucht. Dadurch verringert sich der Verbrauchsanteil der Wandlereinrichtung an dem Gesamtenergieverbrauch der Potentialwandlervorrichtung. Das heißt, die Leistungsaufnahme der Wandlereinrichtung bleibt unverändert, jedoch sinkt deren Energieverbrauch deutlich, da sie nur kurze Zeit, während des Energietransfers aktiv ist. Daher kann die hier vorgestellte Potentialwandlervorrichtung weniger Energie verbrauchen als herkömmliche Potentialwandlervorrichtungen.
  • Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen eine Potentialwandlervorrichtungen, bei der ein erster Speicherkondensator S1 in einer ersten Zeitperiode T1, deren Anfangszeitpunkt t11 durch das Erreichen des zweiten Potentialschwellwertes P2 und dessen Endzeitpunkt t12 durch das Erreichen des ersten Potentialschwellwertes P1 im ersten Potentialverlauf gegeben ist, aufgeladen wird, und bei dem die Wandlereinrichtung ausgebildet ist, um die Energieübertragung nur in einer zweiten Zeitperiode T2, deren Anfangszeitpunkt t21 durch das Erreichen des ersten Potentialschwellwertes P1 und dessen Endzeitpunkt t22 durch das Erreichen des zweiten Potentialschwellwertes P2 im ersten Potentialverlauf gegeben ist durchzuführen. Die zweite Zeitperiode T2 kann kürzer sein, als die erste Zeitperiode T1 und damit kann die Wandlereinrichtung nur während der kürzeren Zeitperiode T2 aktiv elektrische Leistung aufnehmen und während der längeren ersten Zeitperiode T1 nicht. Dadurch kann ein Wirkungsgrad η = PAbgabe/PAufnahme gegenüber einer konventionellen Potentialwandlervorrichtung verbessert werden. Der Wirkungsgrad η der Potentialwandlervorrichtung kann in Ausführungsbeispielen beispielsweise 70% bis 80% oder größer als 80% sein.
  • In Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann das Verhältnis der ersten Zeitperiode T1 zu der zweiten Zeitperiode T2 beispielsweise zwischen 10 und 500, zwischen 100 und 400, oder größer als 5 bzw. größer als 10 sein. Die erste Zeitperiode T1 kann in einem Ausführungsbeispiel beispielsweise 100 ms betragen und die zweite Zeitperiode T2 2 ms.
  • In 3 ist schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel zur vorliegenden Erfindung für eine Potentialwandlervorrichtung dargestellt. Die Potentialwandlervorrichtung 100 kann wie im Zusammenhang mit 1 beschrieben ist einen ersten Speicherkondensator S1 und einen zweiten Speicherkondensator S2 aufweisen, die mit einer Quelle 5 bzw. einem Verbraucher 8 elektrisch verbunden werden können, sowie eine Wandlereinrichtung 10, die zwischen S1 und S2 gekoppelt ist. Die Wandlereinrichtung 10 kann ferner eine Rückkoppeleinrichtung bzw. eine Rückkoppelschleife 10a aufweisen, die so mit der Wandlereinrichtung gekoppelt ist, dass die Energieübertragung vom Speicherkondensator S1 zu dem Speicherkondensator S2 beendet wird, wenn bezogen auf ein Bezugspotential eine vorbestimmte Ausgangsspannung UA am zweiten Speicherkondensator S2 durch einen Verbraucher 8 abgreifbar ist. Die Potentialwandlervorrichtung 100 kann ferner eine Steuereinrichtung 10b aufweisen, wobei die Steuereinrichtung beispielsweise eine Komparator-Hystereseschaltung bzw. eine Schmitt-Triggerschaltung sein kann, die ausgebildet ist, um die Energieübertragung von dem ersten Speicherkondensator S1 auf den zweiten Speicherkondensator S2 zu veranlassen, in dem sie die Wandlereinrichtung 10 einschaltet, falls ein Spannungswert, der durch einen aktuellen Potentialwert des ersten Potentialverlaufs gegenüber einem Bezugspotential gegeben ist, größer ist, als ein erster Schwellspannungswert U1, der durch den ersten Potentialschwellwert P1 gegenüber dem Bezugspotential gegeben ist. Die Steuereinrichtung 10b kann ferner so ausgebildet sein, die Wandlereinrichtung 10 auszuschalten, um die Energieübertragung von dem ersten Speicher S1 auf den zweiten Speicherkondensator S2 zu beenden, falls ein Spannungswert, der durch einen aktuellen Potentialwert der ersten Potentialverlaufskurve gegenüber einem Bezugspotential gegeben ist, kleiner ist, als ein zweiter Schwellspannungswert U2, der durch den zweiten Potentialschwellwert P2 gegenüber dem Bezugspotential gegeben ist. Die Steuereinrichtung 10b kann den DC/DC-Wandler 10 bei Erreichen der jewei ligen Schwellspannungswerte mit der Spannung Uenable ein- und ausschalten. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die erste Schwellwertspannung U1 beispielsweise 1.0 V sein, die zweite Schwellwertspannung U2 kann 0.3 V sein und die Ausgangsspannung UA kann 3 V sein.
  • Es sollte darauf hingewiesen werden, dass es sich bei den Potentialwerten sowohl um positive Potentialwerte als auch um negative Potentialwerte bzw. um positive oder negative Spannungsversorgungen handeln kann und daher immer von einer betragsmäßigen Betrachtungsweise der Potentialwerte bzw. der Potentialschwellwerte ausgegangen werden sollte.
  • Gemäß dem Ausführungsbeispiel in 4 kann die Potentialwandlervorrichtung 100 als Wandlereinrichtung 10 eine Aufwärtswandlerschaltung aufweisen. Eine Spannungsquelle 5 kann eine Leerlaufspannung U0 aufweisen und einen hohen Innenwiderstand besitzen, so dass im unbelasteten Zustand die Ausgangsspannung der Spannungsquelle gleich der Leerlaufspannung U0 entspricht und der angeschlossene Speicherkondensator S1 entsprechend aufgeladen wird. Der Speicherkondensator S1 kann weiterhin an eine Induktivität, beispielsweise eine Spule L angeschlossen sein. Die Induktivität L kann in Reihe mit einer Diode D geschaltet sein, hinter der ein zweiter Speicherkondensator S2 eine Ausgangsspannung UA aufsummiert, die von einem Verbraucher bzw. einer Last dem zweiten Speicherkondensator S2 entnommen werden kann. Die Induktivität L kann über einen Schalter S, der als Transistor ausgebildet sein kann, gegen Masse geschaltet sein. Die Steuerung des Schalters S bzw. des Transistors kann über eine Steuervorrichtung 10b (nicht gezeigt in 4) und/oder über eine Rückkopplungseinrichtung 10a getätigt werden.
  • Bei geöffnetem Schalter bzw. wenn der Transistor sperrt, fließt ein Strom von dem ersten Speicherkondensator S1 durch die Spule L, durch die in Flussrichtung gepolte Diode und lädt den zweiten Speicherkondensator S2 auf. Der zweite Speicherkondensator S2 wird also auf den Wert der Eingangsspannung UE, der von dem ersten Speicherkondensator S1 abgreifbar ist, aufgeladen. Durch die Energieübertragung von dem ersten Speicherkondensator S1 auf den zweiten Speicherkondensator S2 sinkt die Spannung am ersten Speicherkondensator S1. Wird der Schalter S geschlossen bzw. der Transistor durchgeschaltet, fließt ein Strom vom ersten Speicherkondensator S1 über den Schalter S nach Masse. Der resultierende Stromfluss wird durch die Induktivität L und die ohmschen Widerstände der Spule und des Transistors bestimmt. Die Diode D sperrt in diesem Zustand und somit wird der zweite Speicherkondensator S2 nicht entladen. Das heißt, die Ausgangsspannung UA wird am zweiten Speicherkondensator gehalten. Falls nun der Schalter geöffnet wird bzw. der Transistor wieder sperrt, kann sich der Spulenstrom in der Induktivität nicht instantan ändern, sondern seine Größe und Flussrichtung bleiben zuerst gleich. Da der Schalter gesperrt ist, fließt ein Strom durch die Diode und lädt damit den zweiten Speicherkondensator S2 weiter auf. Da der zweite Speicherkondensator S2 bereits auf dem Potentialwert des ersten Speicherkondensators S1 liegt, wird durch die weitere Ladung, die auf dem zweiten Speicherkondensator S2 aufgebracht wird, dessen Potentialwert über dem Potentialwert des ersten Speicherkondensators ausgebildet. Das heißt, am zweiten Speicherkondensator S2 kann eine höhere Ausgangsspannung zur Verfügung gestellt werden, als von dem ersten Speicherkondensator S1 abgreifbar ist. Das getaktete Ein- und Ausschalten des Schalters S während der zweiten Zeitperiode T2 zur Energieübertragung der Wandlereinrichtung kann beispielsweise mit einem Impulsbreitenmodulator durchgeführt werden. Die am zweiten Speicherkondensator abgreifbare Ausgangsspannung UA kann von dem Tastverhältnis, also dem Verhältnis zwischen der Zeit in der der Transistor während der zweiten Zeitperiode T2 eingeschaltet ist und der Zeit in der Transistor während der zweiten Zeitperiode T2 ausgeschaltet ist abhängen. Das getaktete Ein- und Ausschalten des Transistors bzw. des Schalters S während der zweiten Zeitperiode T2 kann beispielsweise mit einer Frequenz von 1 kHz bis 5 MHz erfolgen, also beispielsweise mit 100 kHz. Während der ersten Zeitperiode T1 kann der Schalter S gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung deaktiviert sein.
  • Während des getakteten Betriebes wird Energie portionsweise von dem ersten Speicherkondensator S1 auf den zweiten Speicherkondensator S2 übertragen. Das heißt, der getaktete Betrieb zur Aufwärtswandlung der Spannung und zum Energieübertrag kann in Ausführungsbeispielen nur während der zweiten Zeitperiode T2 (siehe 2) durchgeführt werden. Nur in der zweiten Zeitperiode T2 verbraucht die Wandlereinrichtung 10, also beispielsweise der Aufwärtswandler wie er in 4 beschrieben ist, aktiv Energie. In diesem Zeitraum (zweite Zeitperiode T2) kann dann nur eine Verlustleistung auftreten, die die Gesamtenergiebilanz der Potentialwandlereinrichtung bzw. den Wirkungsgrad der Potentialwandeleinrichtung reduziert. Im Gegensatz zu kontinuierlich arbeitenden Wandlereinrichtungen ist also eine Verlustleistung durch den Betrieb der Wandlereinrichtung reduziert. Die Schaltung zum hochfrequenten Takten des Schalters zur Aufwärtswandlung kann Teil der Rückkopplungseinrichtung 10a (3) sein. In der Rückkopplungseinrichtung 10a kann also das hochfrequente Taktsignal für die Wandlereinrichtung 10 während der Zeitperiode T2 erzeugt werden. Die Steuereinrichtung 10b kann hingegen das Ein- und Ausschalten der Wandlereinrichtung 10 bei Erreichen der entsprechenden Potential- bzw. Spannungsschwellwerte durchführen.
  • In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die Wandlereinrichtung als Aufwärtswandler ausgebildet, wobei eine Induktivität L an eine Eingangsspannung UE, welche durch den aktuellen Potentialwert des ersten Potentialverlaufs vom ersten Speicherkondensator S1 gegenüber einem Bezugspotential gegeben ist, über einen ersten Anschlusspunkt verbunden ist. Der zweite Anschlusspunkt der Induktivität L ist zum einen parallel mit einem Schalter S, der mit dem Bezugspotential verbunden ist und zum anderen mit einer Diode D, die in Durchlassrichtung geschaltet ist und die an dem zweiten Speicherkondensator S2 angeschlossen ist, verbunden.
  • In Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann die Wandlereinrichtung einen Schalter S aufweisen, der als Transistor ausgebildet ist, der durch eine Komparatorschaltung mit Hysterese bzw. einer Schmitt-Trigger-Schaltung bei Erreichen einer ersten Schwellspannung U1 eingeschaltet wird und bei Erreichen einer zweiten Schwellspannung U2 von der Schmitt-Trigger-Schaltung bzw. der Komparatorschaltung mit Hysterese ausgeschaltet wird.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiels der Potentialwandlervorrichtung kann die Wandlereinrichtung 10 so ausgebildet sein, dass bei der Energieübertragung vom ersten Speicherkondensator S1 auf den zweiten Speicherkondensator S2, der zweite Potentialverlauf am zweiten Speicherkondensator S2 einen maximalen Potentialwert P2 max erreicht, der betragsmäßig größer ist, als ein maximaler Potentialwert P1 max des ersten Potentialverlaufes am ersten Speicherkondensator S1, der auf der Versorgung mit Energie aus der Energiequelle basiert.
  • In Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann die Wandlereinrichtung beispielsweise als Ladungspumpe, als lineare Spannungsregler, als Schaltregler, als Schaltnetzteil oder als DC/DC-Wandler ausgebildet sein.
  • In 5a ist als weiteres Ausführungsbeispiel eine Schmitt-Trigger-Schaltung bzw. eine Komparator-Hystereseschaltung dargestellt, wie sie in einer Steuereinrichtung für die Wandlereinrichtung der Potentialwandlervorrichtung eingesetzt werden kann. Eine Steuereinrichtung 10b kann intern in der Potentialwandlervorrichtung oder auch in der Wandlereinrichtung integriert sein oder aber ihre Steuersignale von außerhalb der Potentialwandlervorrichtung zu führen. Die Schmitt-Trigger-Schaltung in 5a kann so ausgebildet sein, dass sie eine Wandlereinrichtung der Potentialwandlervorrichtung einschaltet, um die Energieübertragung von dem ersten Speicherkondensator S1 auf den zweiten Speicherkondensator S2 vorzunehmen, falls ein Spannungswert, der durch einen aktuellen Potentialwert des ersten Potentialverlaufes gegenüber einem Bezugspotential gegeben ist, betragsmäßig größer ist, als ein erster Schwellspannungswert U1, der durch den ersten Potentialschwellwert P1 gegenüber dem Bezugspotential gegeben ist. Die Schmitt-Trigger-Schaltung in 5 kann außerdem so ausgebildet sein, die Wandlereinrichtung auszuschalten, um die Energieübertragung von dem ersten Speicherkondensator S1 auf den zweiten Speicherkondensator S2 zu beenden, falls ein Spannungswert, der durch einen aktuellen Potentialwert des ersten Potentialverlaufes gegenüber dem Bezugspotential gegeben ist, betragsmäßig kleiner ist, als ein zweiter Schwellspannungswert U2, der durch den zweiten Potentialschwellwert 22 gegenüber dem Bezugspotential gegeben ist. Die Schmitt-Trigger-Schaltung der 5a weist einen Operationsverstärker 52 auf, wobei der Ausgang des Operationsverstärkers 52a über einen Widerstand R2, welcher mit dem nicht-invertierenden Eingang des Operationsverstärkers verbunden ist rück- bzw. mitgekoppelt ist. Dem nichtinvertierenden Eingang 52b ist ein weiterer Widerstand 56 vorgeschaltet. Der invertierende Eingang 52c ist auf das Referenzpotential Uref gelegt. In Abhängigkeit der Widerstände R2 und R1 ergeben sich bei Mitkopplung unterschiedliche Schaltschwellen für ein steigendes bzw. ein fallendes Eingangssignal. Die Schmitt-Trigger-Schaltung ist als Schalter zu verstehen, der im Gegensatz zu einem einfachen Transistor nicht nur eine Schaltschwelle aufweist, sondern zwei definierte Schaltschwellen, je eine für die fallende und eine für die steigende Flanke. Für die jeweiligen Spannungsschwellen sind die Widerstände R2 und R1 verantwortlich. Dabei gilt für die Komparatorschaltung mit Hysterese in 5a, dass das Verhältnis von Eingangsspannung UE zu Ausgangsspannung Uenable dem Verhältnis des Widerstands R2 zu dem Widerstand R1 entspricht. Die Hysterese bzw. der Kopplungsgrad und der Abstand zwischen dem oberen Schwellspannungswert U1 und dem unteren Schwellspannungswert U2 kann also von den Widerstandswerten R1 und R2 bzw. deren Verhältnissen und den Spannungen UE und Uenable abhängen.
  • Die Komparator-Hystereseschaltung kann also eine Ausgangsspannung Uenable zur Verfügung stellen, mit der eine Wandlereinrichtung 10 (3) zu Beginn der Zeitperiode T2 eingeschaltet und bei Beendigung der Zeitperiode T2 ausgeschaltet wird.
  • Die Schmitt-Trigger-Schaltung bzw. Komparator-Hystereseschaltung kann ferner ein Kapazitätselement 59 mit einem Kapazitätswert C''2 aufweisen, welches zwischen dem Komparatorausgang 52a und dem entsprechenden Bezugspotential der Schaltung angeordnet ist. Das Kapazitätselement 59 kann als Verzögerungsglied, also zur zeitlichen Verzögerung des Schaltvorgangs an der Wandlereinrichtung 10 dienen, welche von der Komparator-Hystereseschaltung gesteuert wird. Bei einem Unterschreiten der unteren Schwellwertspannung wird also beispielsweise die Wandlereinrichtung 10, welche durch die Komparator-Hystereseschaltung ein- und ausgeschaltet wird, nicht unmittelbar abgeschaltet, sondern bleibt durch die Pufferwirkung des Kondensators C''2 noch einige Zeit aktiv und eingeschaltet.
  • Die Referenzspannung Uref weist vorzugsweise einen Spannungswert auf, der zwischen einem oberen Schwellspannungswert U1 der Eingangsspannung UE und einem unteren Schwellspannungswert U2 der Eingangsspannung UE liegt. Bei einem oberen Schwellspannungswert U1 von beispielsweise 1.5 V und einem unteren Schwellspannungswert U2 von beispielsweise 0.5 V, kann die Referenzspannung Uref beispielsweise 1.0 V betragen. Für die Ausgangsspannung Uenable kann sich beispielsweise bei Unterschreiten des unteren Schwellspannungswertes U2 ein Spannungswert von 0 V und bei überschrei ten des oberen Schwellspannungswertes U1 ein spannungswertes von 2 V ergeben.
  • In Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann also die Steuereinrichtung eine Komparatorschaltung mit Hysterese (Komparator-Hystereschaltung) aufweisen, die beispielsweise einen Operationsverstärker mit einem Mitkopplungswiderstand R2 und einen zweiten Widerstand R1 aufweist. Die Komparatorschaltung mit Hysterese kann so ausgebildet sein, dass sie als Spannungsschwellwertschalter die Wandlereinrichtung 10 (beispielsweise 3) bei Erreichen der ersten Schwellwertspannung U1 einschaltet und bei Erreichen der zweiten Schwellwertspannung U2 ausschaltet.
  • 5b zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Steuereinrichtung 10b zum Schalten einer Wandlereinrichtung. Die Steuereinrichtung 10b kann eine Wandlereinrichtung, die über einen entsprechenden Steuereingang verfügt, beispielsweise so schalten, dass die Wandlereinrichtung in der in 2 angegebenen Zeitperiode T1 inaktiv ist und in der Zeitperiode T2 aktiv ist. Das heißt, bei Erreichen eines ersten Potentialschwellwertes P1 bzw., bezogen auf ein Bezugspotential, eines Spannungsschwellwertes U1 wird die Wandlereinrichtung durch die Steuereinrichtung 10b aus 5b aktiviert. Beispielsweise kann dann die Wandlereinrichtung, die ein DC/DC Wandler sein kann, durch ein getaktetes Ein- und Ausschalten eines Schalters S des Wandlers (siehe 4) in der Zeitperiode T2 eine Energieübertragung von dem ersten Speicherkondensator S1 auf den zweiten Speicherkondensator S2 vornehmen. Das getaktete Ein- und Ausschalten kann beispielsweise mit einer Frequenz von 100 kHz erfolgen.
  • Bei Erreichen eines zweiten Potentialschwellwertes P2 bzw. eines zweiten Spannungsschwellwertes U2 kann dann die Steuereinrichtung in 5b die Wandlereinrichtung deaktivieren, so dass in dieser Zeitperiode T1 kein aktiver Energieübertrag von S1 nach S2 und kein getaktetes Ein- und Aus schalten des Schalters S des DC/DC-Wandlers stattfindet. Während dieser Zeitperiode T1 kann der erste Speicherkondensator S1 mit Energie von einer Energiequelle 5 versorgt werden und der Potentialverlauf an S1 wieder den Potentialschwellwert P1 erreichen.
  • Im Folgenden wird die Steuereinrichtungsschaltung und deren Funktion beschrieben. Die Steuereinrichtung 10b (5b) ist an eine Eingangsspannung UE gekoppelt, die der am Speicherkondensator S1 abgreifbaren Spannung UE(t) (siehe 1) entsprechen kann. Eine Diode, z. B. eine Schottkydiode 53 ist mit einem Transistor 54 so verbunden, dass der Anodenanschluss 53a der Schottkydiode 53 mit einem ersten Anschluss 54a eines Transistors 54 gekoppelt ist. Der Kathodenanschluss 53b der Schottkydiode ist zum einen mit dem Steueranschluss 54b des Transistors 54 gekoppelt und zum anderen mit einem RC-Glied 56, welches einen parallel verschaltetes Widerstandselement 56a mit einem Widerstand R'1 und ein Kapazitätselement 56b mit einem Kapazitätswert C'1 aufweist. Zwischen dem Anodenanschluss 53a der Schottkydiode 53 und dem RC-Glied 56 liegt die Eingangsspannung UE an. Der zweite Anschluss 54c des leitfähigen Pfades des Transistors 54 ist mit einem weiteren RC-Glied 57 gekoppelt. Das RC-Glied 57 weist ebenfalls, ein mit einem Kapazitätselement 57b, welches einen Kapazitätswert C'2 hat, parallel verschalteten Widerstandselement 57a auf. Das Widerstandselement 57a hat einen Widerstandswert von R'2. Die zwischen den beiden Anschlüssen des RC-Gliedes 57 anliegende Spannung Uenable kann dann dazu verwendet werden einen entsprechend angeschlossenen Wandler, z. B. einen DC/DC-Wandler, wie oben beschrieben in einer Zeitperiode T2 einzuschalten und während einer Zeitperiode T2 auszuschalten. Der Wandler kann dazu über einen entsprechenden Steuereingang verfügen an dem die Spannung Uenable anliegt.
  • Die Eingangsspannung UE schaltet die Schottkydiode 53 bei Überschreiten der Schwellspannung der Schottkydiode in Vorwärtsrichtung durch, so dass sich zum einen der Kondensator 56b auflädt und zum anderen der Transistor T 54 leitfähig wird, falls die Differenz der Eingangspannung UE und der um die Schwellspannung reduzierten Eingangspannung UE am Steueranschluss 54b des Transistors 54 größer ist, als eine Schwellspannung des Transistors. öffnet dann der Transistor ab einer Schwellspannung, die beispielsweise der ersten Schwellwertspannung U1 entsprechen kann, so lädt sich der Kondensator C2 57b auf und am Ausgang 58 der Steuereinrichtung 10b liegt eine entsprechende Spannung Uenable an. Ein Absinken der Spannung UE durch das Übertragen der Energie auf den zweiten Speicherkondensator nach dem Einschalten der Wandlereinrichtung durch die Steuereinrichtung 10b führt dann ab Erreichen einer zweiten Schwellspannung, die der zweiten Schwellwertspannung U2 entsprechen kann, wieder zum Abschalten des Transistors und dadurch zum Absinken der Spannung Uenable bis zum Abschalten der angeschlossenen Wandlereinrichtung. Die RC-Glieder 56 und 57 können als Verzögerungsglieder, also zur zeitlichen Verzögerung des Schaltvorgangs an dem DC/DC-Wandler dienen. Das heißt, beispielsweise bei Unterschreiten einer unteren Schwellspannung der Schaltung 10b wird die Wandlereinrichtung (DC/DC-Wandler) nicht unmittelbar abgeschaltet, sondern bleibt durch die Pufferwirkung der RC-Glieder 56, 57 noch einige Zeit aktiv.
  • In 6 ist in einem Flussdiagramm ein Ausführungsbeispiel zum Verfahren zur Potentialwandlung gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das Verfahren weist ein Versorgen 60 eines ersten Speicherkondensators S1, aus einer Energiequelle mit Energie auf, um einen ersten Potentialverlauf an dem ersten Speicherkondensator S1 zu erhalten. Ferner weist das Verfahren ein Versorgen 62 eines zweiten Speicherkondensators S2 mit Energie aus dem ersten Speicherkondensator S1 auf, um einen zweiten Potentialverlauf an dem zweiten Speicherkondensator S2 zu erhalten. Außerdem weist das Verfahren ein Übertragen 64 einer Energie, mit einer Wandlereinrichtung, die elektrisch zwischen dem ersten und zweiten Speicherkondensator geschaltet ist, von dem ersten Speicherkondensator S1 auf den zweiten Speicherkon densator S2 auf, falls der erste Potentialverlauf einen ersten Potentialschwellwert P1 erreicht, und bis der erste Potentialverlauf einen zweiten Potentialschwellwert P2 erreicht, und wobei der erste Potentialschwellwert P1 betragsmäßig größer ist, als der zweite Potentialschwellwert P2.
  • Das Übertragen 64 einer Energie mit der Wandlereinrichtung kann in einem Ausführungsbeispiel zu dem Verfahren zur Potentialwandlung ein Ausbilden eines betragsmäßig größeren maximalen Potentials P2 max am Speicherkondensator S2 aufweisen, als ein maximales Potential P1 max am Speicherkondensator S1, welches durch die Versorgung 60 mit Energie aus der Energiequelle aufgebaut wird. Dadurch kann eine maximal abgreifbare Ausgangsspannung UA max am zweiten zweiten Speicherkondensator S2 größer sein, als eine maximale am ersten Speicherkondensator S1 abgreifbare Eingangsspannung UE max, bezogen auf ein gemeinsames Bezugspotential.
  • Das Übertragen 64 einer Energie mit der Wandlereinrichtung kann gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel beendet werden, falls der zweite Potentialverlauf am zweiten Speicherkondensator S2 einen dritten Potentialschwellwert P3 erreicht.
  • Das Übertragen einer Energie vom ersten Speicherkondensator S1 auf den zweiten Speicherkondensator S2 mit einer Wandlereinrichtung kann ein Steuern der Wandlereinrichtung mit einer Steuereinrichtung aufweisen.
  • In Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann das Verfahren zur Potentialwandlung so durchgeführt werden, dass das Versorgen 60 eines ersten Speicherkondensators S1 aus einer Energiequelle mit Energie ein Aufladen des ersten Speicherkondensators S1 in einer ersten Zeitperiode T1 ist, deren Anfangszeitpunkt t11 durch das Erreichen des zweiten Potentialschwellwerts P2 und dessen Endzeitpunkt t12 durch das Erreichen des ersten Potentialschwellwertes P1 im ers ten Potentialverlauf gegeben ist. Das Übertragen 64 einer Energie mit der Wandlereinrichtung kann ein Übertragen der Energie nur in einer zweiten Zeitperiode T2 sein, deren Anfangszeitpunkt t21 durch das Erreichen des ersten Potentialschwellwertes P1 und dessen Endzeitpunkt t22 durch das Erreichen des zweiten Potentialschwellwertes P2 im ersten Potentialverlauf gegeben ist. Die zweite Zeitperiode T2 kann dabei kürzer sein, als die erste Zeitperiode T1, weshalb die Wandlereinrichtung nur während der kürzeren Zeitperiode T2 aktiv elektrische Leistung aufnimmt und während der längeren ersten Zeitperiode T1 nicht.
  • In Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung liegt dem Verfahren zugrunde, dass in einem bestimmten Zeitraum Energie in einem Speicher S1 gesammelt wird, die dann um ein Vielfaches schneller bzw. mit einer höheren elektrischen Leistung auf die Ausgangsseite eines Schaltreglers bzw. einer Potentialwandlervorrichtung auf einen Speicher S2 übertragen wird. Gleichzeitig kann eine Aufwärtswandlung der Spannung stattfinden. Durch den Energietransfer kann die Spannung am ersten Speicher S1 sinken.
  • Bei Erreichen einer unteren Potentialschwelle am ersten Speicherkondensator S1 kann die Wandlereinrichtung ihren Betrieb zum Übertragen einer Energie einstellen. Während dieser Zeit kann die Wandlereinrichtung keine Leistung aufnehmen. Die gesamte Energie der Energiequelle kann zum Versorgen des ersten Speicherkondensators S1 verwendet werden. Bei Erreichen einer oberen Schwelle bzw. einen ersten Potentialschwellwertes P1 kann erneut die Energieübertragung 64 vom ersten in den zweiten Speicherkondensator beginnen. Nach der Übertragung der Energie kann eine Pause entstehen, in der die Wandlereinrichtung bzw. der Schaltregler inaktiv ist und keine Leistung aufnimmt. Dadurch kann sich sein Verbrauchsanteil an der Gesamtenergie die für die Potentialwandlung nötig ist, verringern.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass abhängig von den Gegebenheiten das Verfahren zu Potentialwandlung auch als Software implementiert sein kann. Die Implementation kann auf einem digitalen Speichermedium, insbesondere einer Diskette, einer CD oder DVD mit elektronisch auslesbaren Steuersignalen erfolgen, die mit einem programmierbaren Computersystem zusammenwirken können, dass das entsprechende Verfahren ausgeführt wird. Allgemein besteht die Erfindung somit auch in einem Computerprogrammprodukt mit auf einem Maschinenauslesbaren Träger gespeicherten Programmcode zur Durchführung des Verfahrens, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Rechner abläuft. In anderen Worten ausgedrückt, kann die Erfindung somit als Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung des Verfahrens realisiert werden, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer abläuft.
  • In Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ist das Leistungs- bzw. Powermanagement für Energiequellen mit geringer kontinuierlicher Leistungsabgabe dargestellt. Bei sehr geringer Energieausbeute einer Energiequelle kann es passieren, dass bei dem Einsatz eines Schaltreglers dieser im Betrieb annähernd die gleiche Leistung aufnimmt wie die Energiequelle abgibt. Das erfindungsgemäße Verfahren kann es ermöglichen trotz dieser Umstände einen elektrischen Verbraucher über einen Spannungsregler zu versorgen. In Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung wird die Energie, beispielsweise die Ladung einer Energiequelle zunächst in einem ersten Speicher S1, beispielsweise einem Speicherkondensator S1 zwischengespeichert. Zu diesem Zweck kann der Speicherkondensator aufgeladen werden. Ein Schaltregler bzw. eine Wandlereinrichtung kann so konzipiert sein, dass dieser ab einer definierten oberen Spannungsschwelle am Eingang beginnt die Energie aus dem ersten Speicher am Eingang S1 in einen zweiten Speicher S2 am Ausgang zu transferieren. Gemäß dem Prinzip eines Step-Up-Konverters kann der zweite Speicher S2 auf eine höhere Spannung aufgeladen werden, die beispielsweise am Konverter mittels einer Rückkoppelschleife oder -einrichtung eingestellt werden kann. Durch den Energietransfer kann die Spannung am ersten Speicher S1 sinken. Bei Erreichen einer unteren Schwelle am Eingang kann der Schaltregler seinen Betrieb einstellen. In dieser Zeit kann der Regler keine Leistung aufnehmen. Die gesamte Energie der Quelle kann in den ersten Speicher fließen. Bei Erreichen der oberen Schweller beginnt erneut die Energieübertragung vom ersten in den zweiten Speicher. Durch die Implementierung einer oberen und einer unteren Schwellspannung ergibt sich beim Schaltregler ein Hystereseverhalten. Ausführungsbeispiele zum Verfahren zur Potentialwandlung liegt die Idee zugrunde, dass in einem bestimmten Zeitraum T1 Energie in einem Speicher S1 gesammelt wird, die dann um ein Vielfaches schneller in einer kürzeren zweiten Zeitperiode bzw. mit einer höheren Leistung auf eine Ausgangsseite des Schaltreglers in einem Speicher S2 übertragen wird. Gleichzeitig kann die Aufwärtswandlung der Spannung stattfinden. Nach der Übertragung kann eine Pause entstehen, in der der Schalterregler inaktiv ist und keine oder nur geringe Leistung aufnimmt. Dadurch verringert sich sein Verbrauchsanteil an der Gesamtenergie. In dieser inaktiven Zeit kann der Speicher S1 wieder Energie von der Quelle sammeln.
  • In Ausführungsbeispielen kann durch das Hystereseverhalten der Ablauf zur Potentialwandlung in zwei Phasen aufgeteilt werden. Das Sammeln der Energie aus der Quelle in den ersten Speicher S1, wobei der Schaltregler in dieser Zeit inaktiv ist und diese Zeitperiode T1 einen längeren Zeitraum umfasst, als eine zweite Zeitperiode T2, in der das Übertragen der Energie in den zweiten Speicher S2 durchgeführt wird. In dieser zweiten Zeitperiode T2 ist der Schaltregler bzw. die Wandlereinrichtung aktiv und erzeugt auf der Ausgangsseite, also am Speicherkondensator S2 eine höhere abgreifbare Spannung, als auf der Eingangsseite, also am Speicherkondensator S1. Der Schaltregler bzw. die Wandlereinrichtung kann also beispielsweise ein Aufwärtswandler sein. Die Übertragung der Energie findet dabei in einer zeitlich kurzen Phase statt, verglichen mit der zeitlich langen Phase, in der die Energie von der Energiequelle in den ersten Speicher S1 übertragen bzw. dort gesammelt wird. Das hier vorgestellte Verfahren kann weniger Energie benötigen, also einen höheren Wirkungsgrad aufweisen, als übliche Verfahren zur Potentialwandlung. Die Leistungsaufnahme des betroffenen Schaltreglers – der Potentialwandlervorrichtung – kann unverändert bleiben, jedoch kann dessen Energieverbrauch deutlich sinken, da er nur kurze Zeit, während des Energietransfers, also der zweiten Zeitperiode T2, aktiv ist. Eine kontinuierliche Versorgung eines Verbrauchers ist möglich, wenn der zweite Speicher S2 geeignet dimensioniert ist und so in der Zeit ausreichend Energie liefert, in der keine Energieübertragung stattfindet.
  • Bei dem in Ausführungsbeispielen vorgestellten Verfahren zur Potentialwandlung kann der Schaltregler bzw. die Wandlereinrichtung durch die höhere Leistung während der kurzzeitigen Übertragung einen deutlich höheren Wirkungsgrad erzielen, als wenn die um ein Vielfaches niedrigere Leistung der Quelle kontinuierlich übertragen wird. Ein Verbraucher wird in erster Linie von einem zweiter Speicher S2 versorgt. Dabei kann natürlich nur so viel Energie entnommen werden, wie im zweiten Speicher S2 vorhanden ist.

Claims (16)

  1. Potentialwandlervorrichtung (100), mit: einem ersten Speicherkondensator (S1), der ausgebildet ist, um aus einer Energiequelle (5) mit Energie versorgt zu werden, um einen ersten Potentialverlauf an dem ersten Speicherkondensator (S1) zu erhalten; einem zweiten Speicherkondensator (S2), der ausgebildet ist, um aus dem ersten Speicherkondensator S1 mit Energie versorgt zu werden, um einen zweiten Potentialverlauf an dem zweiten Speicherkondensator (S2) zu erhalten; und einer Wandlereinrichtung (10), die elektrisch zwischen den ersten und zweiten Speicherkondensator geschaltet ist und die ausgebildet ist, um eine Energieübertragung von dem ersten Speicherkondensator (S1) auf den zweiten Speicherkondensator (S2) vorzunehmen, falls der erste Potentialverlauf einen ersten Potentialschwellwert (P1) erreicht, solange bis der erste Potentialverlauf einen zweiten Potentialschwellwert P2 erreicht, und wobei der erste Potentialschwellwert (21) betragsmäßig größer ist, als der zweite Potentialschwellwert (P2).
  2. Potentialwandlervorrichtung (100) gemäß Anspruch 1, bei der die Wandlereinrichtung (10) so ausgebildet ist, dass bei der Energieübertragung vom ersten Speicherkondensator (S1) auf den zweiten Speicherkondensator (S2) der zweite Potentialverlauf am zweiten Speicherkondensator (S2) einen maximalen Potentialwert (P2 max) erreicht, der betragsmäßig größer ist, als ein maximaler Potentialwert (P1 max) des ersten Potentialverlaufes am ersten Speicherkondensator (S1), der auf der Versorgung mit Energie aus der Energiequelle basiert.
  3. Potentialwandlervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 2, bei dem die Wandlereinrichtung (10) ausgebildet ist, um eine Energieübertragung von dem ersten Speicherkondensator (S1) auf den zweiten Speicherkondensator (S2) durchzuführen bis der zweite Potentialverlauf einen dritten Potentialschwellwert (P3) erreicht.
  4. Potentialwandlervorrichtung gemäß Anspruch 3, wobei der dritte Potentialschwellwert (P3), bezogen auf ein Bezugspotential einer Ausgangsspannung (UA) entspricht, die am zweiten Speicherkondensator (S2) einen Verbraucher zur Verfügung steht.
  5. Potentialwandlervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, die ferner eine Steuereinrichtung (10b) aufweist, die ausgebildet ist, um die Energieübertragung der Wandlereinrichtung (10) von dem ersten Speicherkondensator (S1) auf den zweiten Speicherkondensator (S2) durch Aktivieren und Deaktivieren der Wandlereinrichtung (10) so zu steuern, dass der erste Speicherkondensator (S1) in einer ersten Zeitperiode (T1), deren Anfangszeitpunkt (t11) durch das Erreichen des zweiten Potentialschwellwertes (P2) und dessen Endzeitpunkt (t12) durch das Erreichen des ersten Potentialschwellwertes (P1) im ersten Potentialverlauf gegeben ist, aufgeladen wird, und bei dem die Wandlereinrichtung ausgebildet ist, um die Energieübertragung nur in einer zweiten Zeitperiode (T2), deren Anfangszeitpunkt (t21) durch das Erreichen des ersten Potentialschwellwertes (P1) und dessen Endzeitpunkt (t22) durch das Erreichen des zweiten Potentialschwellwertes (P2) im ersten Potentialverlauf gegeben ist, durchzuführen, und wobei die zweite Zeitperiode (T2) kürzer ist, als die erste Zeitperiode (T1).
  6. Potentialwandlervorrichtung gemäß Anspruch 5, bei der das Verhältnis der ersten Zeitperiode (T1) zu der zweiten Zeitperiode (T2) zwischen 10 und 500, zwischen 100 und 400, größer als 5 oder größer als 10 ist.
  7. Potentialwandlervorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die Wandlereinrichtung (10) als Aufwärtswandler ausgebildet ist, wobei eine Induktivität (L) über einen ersten Anschlusspunkt mit dem ersten Speicherkondensator (S1) verbunden ist und wobei der zweite Anschlusspunkt der Induktivität (L) parallel, zum einen, an einem Schalter (S) der mit dem Bezugspotential verbunden ist und zum anderen mit einer Diode (D), die in Durchlassrichtung geschaltet ist und die an den zweiten Speicherkondensator (S2) angeschlossen ist, verbunden ist.
  8. Potentialwandlervorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, die ferner eine Steuereinrichtung (10b) aufweist, die ausgebildet ist, um bei der Energieübertragung vom ersten Speicherkondensator (S1) auf den zweiten Speicherkondensator (S2) einen zweiten Potentialverlauf am zweiten Speicherkondensator (S2) mit einem maximalen Potentialwert (P2 max) auszubilden, der betragsmäßig größer ist, als ein maximaler Potentialwert (P1 max) des ersten Potentialverlaufes am ersten Speicherkondensator (S1), der auf der Versorgung mit Energie aus der Energiequelle basiert.
  9. Potentialwandlervorrichtung (100) gemäß Anspruch 8, wobei die Wandlereinrichtung (10) einen Schalter (S) aufweist, der durch die Steuereinrichtung (10b) bei Erreichen des ersten Potentialschwellwertes (P1) eingeschaltet wird und bei Erreichen des zweiten Potentialschwellwertes (22) von der Steuereinrichtung ausgeschaltet wird.
  10. Potentialwandlervorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der die Wandlereinrichtung als Ladungspumpe, als linearer Spannungsregler, als Schaltregler, als Schaltnetzteil oder als DC/DC-Wandler ausgebildet ist.
  11. Verfahren zur Potentialwandlung, mit: Versorgen (60) eines ersten Speicherkondensators (S1), aus einer Energiequelle mit Energie, um einen ersten Potentialverlauf an dem ersten Speicherkondensator (S1) zu erhalten; Versorgen (62) eines zweiten Speicherkondensators (S2), mit Energie aus dem ersten Speicherkondensator (S1), um einen zweiten Potentialverlauf an dem zweiten Speicherkondensator (S2) zu erhalten; und Übertragen (64) der Energie mit einer Wandlereinrichtung, die elektrisch zwischen dem ersten und zweiten Speicherkondensator geschaltet ist, von dem ersten Speicherkondensator (S1) auf den zweiten Speicherkondensator (S2), falls der erste Potentialverlauf einen ersten Potentialschwellwert (P1) erreicht und solange bis der erste Potentialverlauf einen zweiten Potentialschwellwert (P2) erreicht, und wobei der erste Potentialschwellwert (P1) betragsmäßig größer ist, als der zweite Potentialschwellwert (P2).
  12. Das Verfahren gemäß Anspruch 11, bei dem das Übertragen (64) der Energie mit der Wandlereinrichtung ein Ausbilden eines betragsmäßig größeren maximalen Potentialwertes (P2 max) am zweiten Speicherkondensator (S2) ist, als ein maximaler Potentialwert (P1 max) am ersten Speicherkondensator (S1), der auf der Versorgung mit Energie aus der Energiequelle basiert.
  13. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 bis 12, bei dem das Übertragen (64) der Energie mit der Wandlereinrichtung ferner durchgeführt, bis der zweite Potentialverlauf einen dritten Potentialschwellwert (P3) erreicht.
  14. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13, bei dem das Versorgen (60) ein Aufladen eines ersten Speicherkondensator (S1) in einer ersten Zeitperiode (T1) ist, deren Anfangszeitpunkt (t11) durch das Erreichen des zweiten Potentialschwellwertes (P2) und deren Endzeitpunkt (t12) durch das Erreichen des ersten Potentialschwellwertes (P1) im ersten Potentialverlauf gegeben ist; und bei dem das Übertragen (64) der Energie mit der Wandlereinrichtung in einer zweiten Zeitperiode (T2), deren Anfangszeitpunkt (t21) durch das Erreichen des ersten Potentialschwellwerts (P1) und dessen Endzeitpunkt (t22) durch das Erreichen des zweiten Potentialschwellwertes (P2) im ersten Potentialverlauf gegeben ist, durchgeführt wird, wobei die zweite Zeitperiode (T2) kürzer ist, als die erste Zeitperiode (T1).
  15. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei das Übertragen (64) der Energie ein Übertragen einer Ladung mit einer Wandlereinrichtung ist, die als Ladungspumpe, als linearer Spannungsregler, als Schaltregler, als Schaltnetzteil oder als DC/DC-Wandler ausgebildet ist.
  16. Computerprogramm mit einem Programmcode gemäß dem Verfahren in einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei das Verfahren ausgeführt wird, wenn der Programmcode auf einem Computer ausgeführt wird.
DE102008021875A 2008-03-17 2008-05-02 Vorrichtung und Verfahren zum Wandeln eines Potentials Ceased DE102008021875A1 (de)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102008021875A DE102008021875A1 (de) 2008-03-17 2008-05-02 Vorrichtung und Verfahren zum Wandeln eines Potentials
JP2011500110A JP5467099B2 (ja) 2008-03-17 2009-03-17 電位を変換するための装置および方法
US12/933,055 US8643346B2 (en) 2008-03-17 2009-03-17 Device and method for converting a potential
PCT/EP2009/001962 WO2009115298A1 (de) 2008-03-17 2009-03-17 Vorrichtung und verfahren zum wandeln eines potentials
EP09723364.7A EP2266184B1 (de) 2008-03-17 2009-03-17 Vorrichtung und verfahren zum wandeln eines potentials

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102008014622 2008-03-17
DE102008014622.6 2008-03-17
DE102008021875A DE102008021875A1 (de) 2008-03-17 2008-05-02 Vorrichtung und Verfahren zum Wandeln eines Potentials

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102008021875A1 true DE102008021875A1 (de) 2009-10-08

Family

ID=41051563

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102008021875A Ceased DE102008021875A1 (de) 2008-03-17 2008-05-02 Vorrichtung und Verfahren zum Wandeln eines Potentials

Country Status (5)

Country Link
US (1) US8643346B2 (de)
EP (1) EP2266184B1 (de)
JP (1) JP5467099B2 (de)
DE (1) DE102008021875A1 (de)
WO (1) WO2009115298A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018091697A1 (de) 2016-11-21 2018-05-24 Rutronik Elektronische Bauelemente Gmbh Hybrides energiespeichersystem

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5312557B2 (ja) * 2011-11-10 2013-10-09 三菱電機株式会社 電源管理装置、電源管理方法、および、電源管理システム
EP3117510A4 (de) * 2014-03-10 2017-11-15 Auckland Uniservices Limited Elektrischer wandler
KR102639212B1 (ko) * 2022-01-17 2024-02-22 한국전력공사 직류전송시스템의 탭 변환 제어 장치 및 mmc를 위한 탭 변환 신호 생성 장치

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0884434A (ja) * 1994-09-08 1996-03-26 Ueda:Kk 電池装置及びこれを用いた間欠動作装置
JPH09322314A (ja) * 1996-05-31 1997-12-12 Isuzu Motors Ltd 電気自動車電源制御装置
DE19754964A1 (de) * 1997-12-11 1999-06-17 Bayerische Motoren Werke Ag Vorrichtung zur Energieversorgung eines Kraftfahrzeuges
JP2001238354A (ja) * 2000-02-28 2001-08-31 Matsushita Electric Ind Co Ltd 系統連係インバ−タ
FR2828962B1 (fr) * 2001-08-27 2003-12-19 Cit Alcatel Dispositif de regulation d'energie electrique pour bus d'alimentation
US7081693B2 (en) * 2002-03-07 2006-07-25 Microstrain, Inc. Energy harvesting for wireless sensor operation and data transmission
ATE350248T1 (de) * 2002-09-30 2007-01-15 Ford Global Tech Llc Verfahren zur stromversorgung in einem stromversorgungsnetz mit einem superkondensator
JP4133924B2 (ja) 2004-05-14 2008-08-13 Necトーキン株式会社 電源装置
US7161331B2 (en) * 2005-04-11 2007-01-09 Yuan Ze University Boost converter utilizing bi-directional magnetic energy transfer of coupling inductor
JP4163221B2 (ja) * 2006-05-22 2008-10-08 日本電信電話株式会社 電源システム及びその放電制御方法
WO2008007540A1 (fr) * 2006-07-10 2008-01-17 Panasonic Corporation Dispositif d'alimentation
JP5029331B2 (ja) * 2007-12-06 2012-09-19 パナソニック株式会社 車両用電源装置

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Datenblatt PSB2121 der Firma Siemens, 1992 *
Datenblatt TDA4916GG der Firma Siemens, 1996 *
Datenblatt UC1548 der Firma Unitrode, 1997 *
Datenblatt UC1548 der Firma Unitrode, 1997 Datenblatt TDA4916GG der Firma Siemens, 1996 Datenblatt PSB2121 der Firma Siemens, 1992

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018091697A1 (de) 2016-11-21 2018-05-24 Rutronik Elektronische Bauelemente Gmbh Hybrides energiespeichersystem
DE102016122383A1 (de) * 2016-11-21 2018-06-14 Rutronik Elektronische Bauelemente Gmbh Hybrides Energiespeichersystem
US10951025B2 (en) 2016-11-21 2021-03-16 Rutronik Elektronische Bauelemente Gmbh Hybrid energy storage system

Also Published As

Publication number Publication date
JP5467099B2 (ja) 2014-04-09
US8643346B2 (en) 2014-02-04
US20110148369A1 (en) 2011-06-23
EP2266184B1 (de) 2019-11-13
EP2266184A1 (de) 2010-12-29
JP2011514800A (ja) 2011-05-06
WO2009115298A1 (de) 2009-09-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102008064402B4 (de) Gleichrichterschaltung
DE112011101163B4 (de) Neue Schaltungstopologie für Energie-Harvesting mit gepulster Leistung
DE69216017T2 (de) Gleichspannungswandler
DE102012200531A1 (de) System und verfahren zum steuern eines schaltznetzteils
DE102016105469B4 (de) Verfahren zum Verwalten einer Mehrzahl von Hysterese-Gleichstrom-Gleichstrom-Abwärtswandlern und entsprechender Gleichstrom-Gleichstrom-Abwärtswandler
DE112009001632T5 (de) Spannungswandler
DE102009041217A1 (de) Spannungswandler und Verfahren zur Spannungswandlung
DE19853626A1 (de) Schaltregler und Verfahren zum Betreiben von Schaltreglern
DE3882931T2 (de) Induktiver Leistungskonverter.
DE202017106058U1 (de) Einrichtung zum Regeln des Versorgens einer elektrischen Last mit Leistung
DE102006002712A1 (de) Schaltungsanordnung zur Spannungsversorgung und Verfahren
EP0170932A1 (de) Schaltungsanordnung zur Speisung von elektrischen Verbrauchern über einen Schaltregler
DE102016110670B4 (de) Ladungsinjektion zur sofortigen Transientenunterstützung
EP2266184B1 (de) Vorrichtung und verfahren zum wandeln eines potentials
DE102009036623B4 (de) Triggerschaltung und Gleichrichter, insbesondere für ein einen piezoelektrischen Mikrogenerator aufweisendes, energieautarkes Mikrosystem
DE102014226716A1 (de) Spannungsverdoppler und Spannungsverdopplungsverfahren zur Verwendung im PMW-Modus
DE60107767T2 (de) Gleichstrom/Gleichstrom Schaltnetzteil
DE10151652B4 (de) Umwandeln von verfügbarer elektrischer Leistung in gewünschte elektrische Leistung
DE102019003644A1 (de) Gleichrichterschaltung, Schaltleistungswandler, der die Gleichrichter-Schaltung verwendet, und zugehörige Verfahren
DE102014218597A1 (de) Leistungswandler
EP2638625B1 (de) Vorrichtung zur impedanzanpassung
EP2671321B1 (de) Weckschaltung, weckschaltungsanordnung und weckverfahren zum aktivieren einer elektrischen oder elektronischen funktionsgruppe
DE102006016330A1 (de) Ein/Aus-Ladungspumpe
DE3300285C2 (de) Elektronisches Schaltnetzteil
EP0825724A2 (de) Elektrisches Gerät mit Energiespeicher

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
R002 Refusal decision in examination/registration proceedings
R003 Refusal decision now final