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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung, insbesondere eine On-Board-Unit
für ein Fahrzeug, zum Beispiel eine Maut-On-Board-Unit
oder einen Tachographen oder einen Teil einer solchen On-Board-Unit,
die mindestens einen Energiespeicher zum Bereitstellen einer Betriebsspannung
der Vorrichtung sowie mindestens einen Anschluss für eine
externe Energiequelle zum Bereitstellen der Betriebsspannung aufweist.
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In
der
DE 10 2005
026 998 A1 ist eine Anordnung mit einem Registriergerät
offenbart. Verschiedene Module des Registriergeräts verbrauchen
Energie und sind abschaltbar sowie einschaltbar ausgebildet. Im
Falle einer Änderung einer Betriebsspannung einer Energieversorgung
werden einige der Module abgeschaltet oder eingeschaltet. Dazu verbindet
oder unterbricht ein Stromversorgungsmodul Verbindungen der Module
zu einer Stromquelle infolge einer Ansteuerung eines Mikrocontrollers.
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Die
Aufgabe der Erfindung ist, eine Vorrichtung zu schaffen, die einen
Energiespeicher zum Bereitstellen einer Betriebsspannung der Vorrichtung sowie
einen Anschluss für eine externe Energiequelle zum Bereitstellen
der Betriebsspannung umfasst und die bei nicht verfügbarer
Betriebsspannung der externen Energiequelle und bei zumindest teilweise geladenem
Energiespeicher eine lange Lagerdauer der Vorrichtung ermöglicht,
ohne dass der Energiespeicher während der Lagerung vollständig
entladen wird, und die bei Anschließen der externen Energiequelle
eine automatische Aufnahme ihres Betriebs ermöglicht.
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Die
Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen
Patentansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung
sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Die
Erfindung zeichnet sich aus durch eine Vorrichtung, die mindestens
eine Schaltungsanordnung, mindestens einen Energiespeicher, mindestens
einen Anschluss, mindestens eine Betriebsspannungsleitung und eine
Schalteinrichtung umfasst. Die mindestens eine Schaltungsanordnung weist
mindestens einen Betriebsspannungseingang und mindestens einen Schaltausgang
auf. Der mindestens eine Energiespeicher ist vorgesehen zum Bereitstellen
mindestens einer Betriebsspannung für die Schaltungsanordnung.
Der mindestens eine Anschluss ist mit einer jeweiligen externen
Energiequelle koppelbar zum Bereitstellen der mindestens einen Betriebsspannung.
Die mindestens eine Betriebsspannungsleitung ist durch die mindestens
eine externe Energiequelle und den mindestens einen Energiespeicher
mit der mindestens einen Betriebsspannung beaufschlagbar. Der mindestens
eine Schalter ist eingangsseitig elektrisch mit der mindestens einen Betriebsspannungsleitung
und ausgangsseitig elektrisch mit dem mindestens einen Betriebsspannungseingang
gekoppelt, Der mindestens eine Schalter weist einen Schalteingang
auf und ist ausgebildet, abhängig von einem Schaltsignal
an dem Schalteingang die mindestens eine Betriebsspannungsleitung elektrisch
mit dem mindestens einen Betriebsspannungseingang zu koppeln oder
diese elektrisch voneinander trennen. Die Schalteinrichtung ist
eingangsseitig elektrisch mit dem mindestens einen Anschluss gekoppelt
zum Erkennen einer Verfügbarkeit der mindestens einen von
der mindestens einen externen Energiequelle bereitstellbaren Betriebsspannung
und ist ferner eingangsseitig elektrisch mit dem mindestens einen
Schaltausgang gekoppelt. Die Schalteinrichtung ist ausgangsseitig
elektrisch mit dem Schalteingang des mindestens einen Schalters gekoppelt
zum Zuführen des Schaltsignals und ist ausgebildet, das
Schaltsignal zu erzeugen abhängig von der Verfügbarkeit
der von der mindestens einen externen Energiequelle bereitstellbaren
mindestens einen Betriebsspannung und abhängig von einem von
der Schaltungsanordnung an dem mindestens einen Schaltausgang bereitstellbaren
Ausschaltsignal.
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Der
Vorteil ist, dass die Schaltungsanordnung, die einen elektrischen
Verbraucher der Vorrichtung repräsentiert, ihre Betriebsspannung
selbst abschalten kann. Dadurch kann ein Energiebedarf der Vorrichtung
besonders gering sein. Dies ermöglicht eine lange Lagerdauer
mit nur geringer Entladung des Energiespeichers, wenn die durch
die externe Energiequelle bereitstellbare Betriebsspannung nicht verfügbar
ist. Diese Betriebsspannung ist insbesondere dann nicht verfügbar,
wenn sie nicht an dem mindestens einen Anschluss bereitgestellt
wird. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die externe Energiequelle
nicht an den jeweiligen Anschluss angeschlossen ist, zum Beispiel
während der Lagerung der Vorrichtung, zum Beispiel nach
einer Endmontage der Vorrichtung, oder in Service-Fällen
wie bei Wartungs- oder Reparaturarbeiten. Die geringe Entladung
kann eine lange Lebensdauer des mindestens einen Energiespeichers
ermöglichen. Ferner muss der mindestens eine Energiespeicher
vor der Lagerung nicht abgeklemmt und vor Inbetriebnahme nicht wieder
angeklemmt werden. Dadurch kann ein Installations- oder Montageaufwand
besonders gering sein. Ferner ist dadurch, dass die Schaltungsanordnung
ihre Betriebsspannung selbst abschalten kann, auch eine Abschaltung
der Vorrichtung beispielsweise bei Gefahrguttransporten möglich,
ohne dass der mindestens eine Energiespeicher zuvor abgeklemmt und
anschließend wieder angeklemmt werden müsste.
Es muss ferner auch kein mechanischer Schalter vorgesehen sein zum
Aus- und Einschalten der Vorrichtung, der gegebenenfalls schwer zugänglich
sein oder leicht versehentlich betätigt werden könnte.
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Dadurch,
dass das Schaltsignal abhängig von der Verfügbarkeit
der von der mindestens einen externen Energiequelle bereitstellbaren
mindestens einen Betriebsspannung erzeugt wird, besteht einerseits
insbesondere die Möglichkeit, den mindestens einen Schalter
bei Verfügbarkeit dieser Betriebsspannung automatisch wieder
einzuschalten zum Versorgen der Schaltungsanordnung mit elektrischer Energie,
und besteht an dererseits insbesondere die Möglichkeit,
eine Verriegelung derart zu bewirken, dass das Ausschalten des mindestens
einen Schalters durch das Ausschaltsignal nur dann möglich
ist, wenn die von der mindestens einen externen Energiequelle bereitstellbare
mindestens eine Betriebsspannung nicht verfügbar ist.
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Der
mindestens eine Energiespeicher ist insbesondere ein jeweiliger
interner Energiespeicher der Vorrichtung. Der mindestens eine Energiespeicher
ist insbesondere als ein Akkumulator ausgebildet und derart dimensioniert,
dass dieser eine Ladungsmenge von bevorzugt mehr als 1000 Milliamperestunden
und vorzugsweise mehr als 1500 Milliamperestunden speichern kann
und die Vorrichtung und insbesondere die Schaltungsanordnung bei
fehlender Verfügbarkeit der von der mindestens einen externen
Energiequelle bereitstellbaren mindestens einen Betriebsspannung
dadurch mindestens eine Stunde lang betrieben werden kann und bevorzugt mindestens
drei Stunden lang betrieben werden kann.
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Die
Vorrichtung ist insbesondere eine On-Board-Unit für ein
Fahrzeug, zum Beispiel eine Maut-On-Board-Unit zum Erfassen von
Straßenbenutzungsgebühren oder ein Tachograph
zum Erfassen einer Fahrzeugnutzung und Überwachen von Nutzungszeiten
oder ein Teil einer solchen oder anderen On-Board-Unit. Die Vorrichtung
kann jedoch beispielsweise auch Notstromversorgung oder unterbrechungsfreie
Stromversorgung oder ein anderes akkumulator- oder batteriebetriebenes
Gerät sein. Die mindestens eine externe Energiequelle umfasst beispielsweise
eine Fahrzeugbatterie und/oder einen elektrischen Generator des
Fahrzeugs. Die von der mindestens einen externen Energiequelle bereitstellbare
mindestens eine Betriebsspannung wird beispielsweise an ”Klemme
30” des Fahrzeugs bereitgestellt. Entsprechend ist der
mindestens eine Anschluss der Vorrichtung insbesondere vorgesehen zum
elektrischen Koppeln mit ”Klemme 30” des Fahrzeugs.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Schaltungsanordnung als
Recheneinrichtung ausgebildet oder umfasst die Schaltungsanordnung
die mindestens eine Recheneinrichtung. Die mindestens eine Recheneinrichtung
ist über die mindestens eine über den mindestens
einen Betriebsspannungseingang bereitstellbare Betriebsspannung
versorgbar und ist ausgebildet zum Erzeugen des Ausschaltsignals.
Der Vorteil ist, dass eine solche Recheneinrichtung, die beispielsweise
auch als Mikrocontrollersystem, als Mikrocontroller oder als Mikroprozessor
bezeichnet werden kann, einfach für Steuerungsaufgaben
nutzbar ist und für solche Zwecke im Allgemeinen sowieso
bereits vorgesehen ist. Eine solche Recheneinrichtung kann dann
sehr einfach auch das Ausschaltsignal ausgeben, wobei auch sehr
einfach ein aktueller Betriebszustand der Vorrichtung berücksichtigt
werden kann. Beispielsweise ist die Recheneinrichtung zur Steuerung
der On-Board-Unit vorgesehen. Ferner kann durch Ausschalten des
mindestens einen Schalters und dadurch Abtrennen der Betriebsspannung
von dem mindestens einen Betriebsspannungseingang und somit auch
von der Recheneinrichtung möglicherweise der Bedarf an
elektrischer Energie besonders stark reduziert werden.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Schalteinrichtung
als eine bistabile Kippstufe ausgebildet. Die Kippstufe ist ausgebildet
zum Erzeugen des Schaltsignals zum Einschalten des mindestens einen
Schalters, wenn die mindestens eine von der mindestens einen externen
Energiequelle bereitstellbare Betriebsspannung an dem mindestens
einen Anschluss verfügbar ist unabhängig von dem
Ausschaltsignal. Die Kippstufe ist ferner ausgebildet zum Ausschalten
des mindestens einen Schalters, wenn die mindestens eine von der
mindestens einen externen Energiequelle bereitstellbare Betriebsspannung
nicht an dem mindestens einen Anschluss verfügbar ist und
das Ausschaltsignal das Ausschalten signalisiert. Die Kippstufe
ist ferner ausgebildet zum Beibehalten eines aktuellen Schaltzustands
des mindestens einen Schalters, wenn die mindestens eine von der
mindestens einen ex ternen Energiequelle bereitstellbare Betriebsspannung
nicht an dem mindestens einen Anschluss verfügbar ist und
das Ausschaltsignal das Ausschalten nicht signalisiert. Eine solche
Kippstufe ist sehr einfach und kostengünstig herstellbar
und kann insbesondere energieeffizient sein, so dass der mindestens
eine Energiespeicher auch bei sehr langer Lagerung, zum Beispiel über
mehrere Monate, nur wenig entladen wird. Das Ausschalten des mindestens
einen Schalters erfolgt nur dann, wenn keine externe Energiequelle
die mindestens eine Betriebsspannung an dem mindestens einen Anschluss
bereitsstellt.
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In
diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn die Schalteinrichtung
eine erste und eine zweite Signalleitung aufweist. Die erste Signalleitung
ist mit dem Schalteingang elektrisch gekoppelt. Die erste Signalleitung
ist über einen ersten Widerstand mit der Betriebsspannungsleitung
und über einen ersten Transistor mit einem Bezugspotenzial
verbunden. Die zweite Signalleitung ist über einen zweiten
Widerstand mit der Betriebsspannungsleitung und über einen
zweiten Transistor mit dem Bezugspotenzial verbunden. Die erste
Signalleitung ist über eine Reihenschaltung eines dritten
Widerstands und eines dritten Transistors mit der Betriebsspannungsleitung verbunden.
Ein Steueranschluss des dritten Transistors ist mit der zweiten
Signalleitung verbunden. Die zweite Signalleitung ist über
eine Reihenschaltung eines vierten Widerstands und eines vierten
Transistors mit der Betriebsspannungsleitung verbunden. Ein Steueranschluss
des vierten Transistors ist mit der ersten Signalleitung verbunden.
Die erste Signalleitung ist über einen ersten Kondensator
mit dem Bezugspotenzial verbunden. Der Vorteil ist, dass dies sehr
einfach ist und einen geringen Energiebedarf ermöglicht.
Bevorzugt ist die Schaltungseinrichtung mit diskreten Bauelementen
aufgebaut. Dann ist es durch geeignete Wahl und Dimensionierung
der Bauelemente besonders einfach möglich, den geringen Energiebedarf
zu ermöglichen.
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In
diesem Zusammenhang ist es weiter vorteilhaft, wenn mindestens eine
Einschalteinrichtung vorgesehen ist, die eingangsseitig elektrisch
jeweils mit einem Anschluss gekoppelt ist und die ausgangsseitig
elektrisch jeweils mit der ersten Signalleitung verbunden ist und
die ausgebildet ist, bei Verfügbarkeit der mindestens einen
von der mindestens einen externen Energiequelle bereitstellbaren
Betriebsspannung einen Pegel der ersten Signalleitung auf einen
Low-Pegel zu ziehen. Ferner ist mindestens eine Ausschalteinrichtung
vorgesehen, die eingangsseitig elektrisch jeweils mit dem mindestens
einen Schaltausgang gekoppelt ist und die ausgangsseitig elektrisch
jeweils mit der zweiten Signalleitung verbunden ist und die ausgebildet
ist, abhängig von dem Ausschaltsignal einen Pegel der zweiten
Signalleitung auf den Low-Pegel zu ziehen. Der Vorteil ist, dass
dies sehr einfach ist und dass das Ein- und Ausschalten des mindestens
einen Schalters so sehr einfach und zuverlässig erfolgen
kann. Insbesondere ist auf diese Weise auch eine zuverlässige
Verriegelung realisiert, die das Ausschalten des mindestens einen Schalters
verhindert, solange die mindestens eine von der mindestens einen
externen Energiequelle bereitstellbare Betriebsspannung verfügbar
ist. Ein versehentliches Ausschalten und infolge dessen ein Ausfall
der Vorrichtung kann so zuverlässig verhindert werden.
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In
diesem Zusammenhang ist es weiter vorteilhaft, wenn die Ausschalteinrichtung
ein Verzögerungsglied umfasst zum Verzögern des
Ziehens des Pegels der zweiten Signalleitung auf den Low-Pegel in
Bezug auf das Ausschaltsignal. Dies ermöglicht ein besonders
zuverlässiges Ausschalten des mindestens einen Schalters.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die zweite Signalleitung über
einen zweiten Kondensator mit dem Bezugspotenzial verbunden und weist
der erste Kondensator eine größere Kapazität auf
als der zweite Kondensator. Dies ermöglicht eine zuverlässige
Inbetriebnahme der Vorrichtung mit einem vorgegebenen Schaltzustand
des mindestens einen Schal ters. In dem vorgegebenen Schaltzustand
ist der mindestens eine Schalter bevorzugt eingeschaltet.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert.
Es zeigen:
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1 ein
Blockdiagramm einer Vorrichtung,
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2 eine
Ausführungsform eines Teils der Vorrichtung,
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3 eine
Ausführungsform einer Messschaltung und
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4 ein
Spannungs-Zeit-Diagramm.
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Elemente
gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend
mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Eine
Vorrichtung umfasst eine Schaltungsanordnung CIRC, die bevorzugt
als eine Recheneinrichtung MC ausgebildet ist oder die mindestens
eine Recheneinrichtung MC aufweist (1). Die
Vorrichtung ist bevorzugt als eine On-Board-Unit eines Fahrzeugs,
beispielsweise als eine Maut-On-Board-Unit oder als ein Tachograph,
ausgebildet oder ist als ein Teil einer solchen On-Board-Unit oder
einer anderen Vorrichtung ausgebildet. Die Vorrichtung kann beispielsweise
auch als eine Notstromversorgung oder unterbrechungsfreie Stromversorgung
ausgebildet sein oder kann als ein Teil einer solchen ausgebildet sein.
Die mindestens eine Recheneinrichtung MC ist vorzugsweise ausgebildet
zum Steuern der Vorrichtung.
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Die
Vorrichtung umfasst mindestens einen Energiespeicher AC-CU, der
jeweils eine Quelle SUP0, SUP1 bildet und der ausgebildet ist, mindestens
eine Betriebsspannung der Vorrichtung und insbesondere der Schaltungsanordnung
CIRC und somit insbesondere auch der mindestens einen Recheneinrichtung
MC bereitzustellen. Der mindestens eine Energiespeicher ACCU ist
bevorzugt als ein Akkumulator ausgebildet, also als eine wie deraufladbare
Batterie. Die durch den mindestens einen Energiespeicher ACCU bereitstellbare
Spannung ist in 1 als Akkumulatorspannung P_VCCACCU
bezeichnet. Der mindestens eine Energiespeicher ACCU ist insbesondere
ein interner Energiespeicher der Vorrichtung, der der Vorrichtung
exklusiv zur Verfügung steht.
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Die
Vorrichtung umfasst ferner mindestens einen Anschluss A, an dem
jeweils eine externe Energiequelle EXT elektrisch anschließbar
ist zum Bereitstellen der mindestens einen Betriebsspannung. Die
jeweilige externe Energiequelle EXT bildet eine jeweilige Quelle
SUPm, SUPn. Die mindestens eine externe Energiequelle EXT ist vorzugsweise
eine im Fahrzeug für die Versorgung auch anderer Fahrzeugkomponenten
vorgesehene Energiequelle, beispielsweise eine Fahrzeugbatterie,
die auch als Starterbatterie bezeichnet werden kann, oder ein elektrischer
Generator, der auch als Lichtmaschine bezeichnet werden kann. Die
mindestens eine externe Energiequelle EXT kann jedoch auch anders
ausgebildet sein. Vorzugsweise stellt die mindestens eine externe
Energiequelle EXT die mindestens eine Betriebsspannung an mindestens
einer Versorgungsklemme TERMINAL30 bereit, die auch als ”Klemme 30” bezeichnet
werden kann. Der mindestens eine Anschluss A ist daher vorzugsweise
vorgesehen für ein elektrisches Koppeln mit der ”Klemme
30” des Fahrzeugs, also der Versorgungsklemme TERMINAL30.
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Es
ist mindestens eine Betriebsspannungsleitung L vorgesehen, die durch
den mindestens einen Energiespeicher ACCU und die mindestens eine externe
Energiequelle EXT jeweils mit einer der mindestens einen Betriebsspannung
beaufschlagbar ist, die in 1 als Eingangsversorgungsspannung P_VCCBACK_IN
bezeichnet ist. Dazu ist vorzugsweise ein Versorgungspfadumschalter
D3 vorgesehen, der ausgebildet ist, mindestens eine der Quellen SUP0,
SUP1, SUPm, SUPn abhängig von einer jeweiligen Verfügbarkeit
der Quellen SUP0, SUP1, SUPm, SUPn elektrisch mit der mindestens
einen Betriebsspannungsleitung L zu koppeln und die anderen Quellen
SUP0, SUP1, SUPm, SUPn, so weit verfügbar, zu entkoppeln.
Der Versorgungspfadumschalter D3 ist dabei bevorzugt so ausgebildet,
dass bei dem Koppeln und Entkoppeln unterschiedliche Prioritäten
der Quellen SUP0, SUP1, SUPm, SUPn berücksichtigt werden.
So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die mindestens eine
externe Energiequelle EXT eine höhere Priorität
aufweist als der mindestens eine Energiespeicher ACCU und dass bei
Verfügbarkeit der durch die mindestens eine externe Energiequelle
EXT an dem zugehörigen Anschluss A bereitstellbare mindestens
einen Betriebsspannung dieser Anschluss A bevorzugt elektrisch mit
der mindestens einen Betriebsspannungsleitung L gekoppelt wird und
der mindestens eine Energiespeicher ACCU elektrisch entkoppelt wird.
Dadurch kann ein Ladezustand des mindestens einen Energiespeichers
ACCU geschont werden für Zeiten, in denen die mindestens
eine Betriebsspannung an dem mindestens einen Anschluss A nicht
bereitgestellt wird. Bevorzugt ist der Versorgungspfadumschalter
D3 ferner ausgebildet, den mindestens einen Energiespeicher ACCU
abhängig von der mindestens einen Betriebsspannung aufzuladen,
die durch die mindestens eine externe Energiequelle EXT an dem zugehörigen
Anschluss A bereitgestellt wird.
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Die
Vorrichtung umfasst ferner mindestens einen Schalter S1, der eingangsseitig
elektrisch mit der mindestens einen Betriebsspannungsleitung L gekoppelt
ist und der ausgangsseitig elektrisch mit mindestens einem Betriebsspannungseingang
VIN der Schaltungsanordnung CIRC und insbesondere der Recheneinrichtung
MC gekoppelt ist. Eine ausgangsseitig des mindestens einen Schalters
S1 vorherrschende Spannung ist in 1 als Versorgungsspannung
P_VCCBACK bezeichnet. Ferner umfasst die Vorrichtung eine Schalteinrichtung
D2. Die Schalteinrichtung D2 ist elektrisch mit der mindestens einen
Betriebsspannungsleitung L gekoppelt, so dass die Schalteinrichtung
D2 über die mindestens eine Betriebsspannungsleitung L
mit elektrischer Energie versorgbar ist. Ausgangsseitig ist die
Schalteinrichtung D2 elektrisch mit einem jeweiligen Schalteingang
SWIN des mindestens einen Schalters S1 gekoppelt zum Zuführen eines
Schaltsignals Z. Der mindestens eine Schalter S1 ist ausgebildet,
den mindestens einen Betriebsspannungseingang VIN der Schaltungsanordnung
CIRC abhängig von dem Schaltsignal Z elektrisch mit der
mindestens einen Betriebsspannungsleitung L zu koppeln oder zu entkoppeln.
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Die
Schalteinrichtung D2 ist eingangsseitig mit mindestens einem Schaltausgang
OFF_OUT der Schaltungsanordnung CIRC und insbesondere der mindestens
einen Recheneinrichtung MC gekoppelt. Bevorzugt ist die Schalteinrichtung
D2 über eine Ausschalteinrichtung SW_OFF mit dem mindestens
einen Schaltausgang OFF_OUT gekoppelt. Die Schaltungsanordnung CIRC
und insbesondere die mindestens eine Recheneinrichtung MC sind ausgebildet,
an dem mindestens einen Schaltausgang ein Ausschaltsignal ACCU_OFF
bereitzustellen. Die Ausschalteinrichtung SW_OFF ist vorzugsweise
ausgebildet zum Filtern des Ausschaltsignals ACCU_OFF, insbesondere
um etwaige Störungen des Ausschaltsignals ACCU_OFF zu unterdrücken. Die
Ausschalteinrichtung umfasst vorzugsweise ein Verzögerungsglied
D4 zum Verzögern des Ausschaltsignals ACCU_OFF. Eingangsseitig
ist das Verzögerungsglied D4 elektrisch mit dem Schaltausgang
OFF_OUT gekoppelt. Ausgangsseitig stellt das Verzögerungsglied
D4 abhängig von dem Ausschaltsignal ACCU_OFF ein verzögertes
Ausschaltsignal X bereit, das der Schalteinrichtung D2 zuführbar
ist.
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Die
Schalteinrichtung D2 ist eingangsseitig ferner mit dem jeweiligen
Anschluss A elektrisch gekoppelt zum Erfassen der Verfügbarkeit
der mindestens einen durch die mindestens eine externe Energiequelle
EXT bereitstellbaren Betriebsspannung an dem jeweiligen Anschluss
A. Bevorzugt ist die Schalteinrichtung D2 über eine Oder-Funktionseinheit
D1 mit dem jeweiligen Anschluss A elektrisch gekoppelt. Ferner ist
die Oder-Funktionseinheit D1 eingangsseitig bevorzugt elektrisch über
eine jeweilige Einschalteinrichtung SW_ON mit dem jeweiligen Anschluss
A gekoppelt. Die jeweilige Einschalteinrichtung SW_ON kann auch
als ein Teil des Versorgungspfadumschalters D3 ausgebildet sein
und die Oder-Funktionseinheit D1 kann auch als ein Teil des Versorgungspfadumschalters
D3 oder bevorzugt als ein Teil der Schalteinrichtung D2 ausgebildet
sein. Die Oder-Funktionseinheit D1 ist ausgebildet, abhängig
von der Verfügbarkeit der mindestens einen durch die mindestens
eine externe Energiequelle EXT an dem jeweiligen Anschluss A bereitstellbaren
Betriebsspannung ausgangsseitig ein Quellenverfügbarkeitssignal
Y bereitzustellen, wobei vorzugsweise das Quellenverfügbarkeitssignal
Y die Verfügbarkeit signalisiert, wenn an einem Anschluss
A die mindestens eine Betriebsspannung verfügbar ist, und
das Quellenverfügbarkeitssignal Y die Verfügbarkeit
ansonsten nicht signalisiert. Beispielsweise erhält die Oder-Funktionseinheit
D1 eingangsseitig jeweils einen High-Pegel, wenn die mindestens
eine Betriebsspannung an dem jeweiligen Anschluss A verfügbar ist,
und einen Low-Pegel, wenn die mindestens eine Betriebsspannung an
dem jeweiligen Anschluss A nicht verfügbar ist. Ausgangsseitig
signalisiert die Oder-Funktionseinheit D1 die Verfügbarkeit
der mindestens einen Betriebsspannung in Form des Quellenverfügbarkeitssignals
Y beispielsweise durch einen High-Pegel und die Nicht-Verfügbarkeit
durch einen Low-Pegel. Die jeweilige Einschalteinrichtung SW_ON
und die Oder-Funktionseinheit D1 können jedoch auch anders
ausgebildet sein.
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Die
Schalteinrichtung D2 ist ausgebildet, das Schaltsignal Z abhängig
von dem verzögerten Ausschaltsignal X und abhängig
von dem Quellenverfügbarkeitssignal Y zu erzeugen. Vorzugsweise
wird das Schaltsignal Z zum Ausschalten des mindestens einen Schalters
S1, zum Beispiel in Form eines High-Pegels, nur dann erzeugt, wenn
der Schalteinrichtung D2 durch das Quellenverfügbarkeitssignal
Y signalisiert wird, dass aktuell keine externe Energiequelle EXT
verfügbar ist, und durch das verzögerte Ausschaltsignal
X das Ausschalten signalisiert wird. Vorzugsweise wird das Schaltsignal
Z ferner zum Einschalten des mindestens einen Schalters S1 immer
dann erzeugt, zum Beispiel in Form eines Low-Pegels, wenn der Schalteinrichtung
D2 durch das Quellenverfügbarkeitssignal Y signalisiert
wird, dass aktuell mindestens eine externe Energiequelle EXT verfügbar
ist, unabhängig von einem Zustand des verzögerten
Ausschaltsignals X. Bei aktuell nicht verfügbarer externer
Energiequelle EXT und keiner Signalisierung des Ausschaltens durch
das verzögerte Ausschaltsignal X wird das Schaltsignal
Z unverändert gelassen.
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2 zeigt
eine bevorzugte Ausführungsform eines Teils der Vorrichtung.
Die Schalteinrichtung D2 ist als eine bistabile Kippstufe ausgebildet. Die
Schalteinrichtung D2 umfasst eine erste Signalleitung L1 und eine
zweite Signalleitung L2. Die erste Signalleitung L1 bildet einen
ersten Eingang der Schalteinrichtung D2, der mit einem jeweiligen
Ausgang der jeweiligen Einschalteinrichtung SW_ON elektrisch gekoppelt
ist. Ferner bildet die erste Signalleitung L1 einen Ausgang der
Schalteinrichtung D2, der mit dem Schalteingang SWIN des mindestens
einen Schalters S1 elektrisch gekoppelt ist. Die zweite Signalleitung
L2 bildet einen zweiten Eingang der Schalteinrichtung D2, der mit
einem jeweiligen Ausgang der jeweiligen Ausschalteinrichtung SW_OFF
elektrisch gekoppelt ist. Die erste Signalleitung L1 trägt
während eines Betriebs insbesondere das Quellenverfügbarkeitssignal
Y. Die zweite Signalleitung L2 trägt während des
Betriebs insbesondere das verzögerte Ausschaltsignal X.
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Die
erste Signalleitung L1 ist elektrisch über einen ersten
Widerstand R1 mit der Betriebsspannungsleitung L verbunden und ist
elektrisch über einen ersten Transistor V1 mit einem Bezugspotenzial GND
verbunden. Ferner ist die erste Signalleitung L1 elektrisch auch über
einen ersten Kondensator C1 mit dem Bezugspotenzial GND verbunden.
Entsprechend ist die zweite Signalleitung L2 elektrisch über einen
zweiten Widerstand R2 mit der Betriebsspannungsleitung L verbunden
und ist die zweite Signalleitung L2 elektrisch über einen
zweiten Transistor V2 mit dem Bezugspotenzial GND verbunden. Ferner kann
die zweite Signalleitung L2 elektrisch auch über einen zweiten
Kondensator C2 mit dem Bezugspotenzial GND verbunden sein.
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Die
erste Signalleitung L1 ist ferner elektrisch über eine
Reihenschaltung eines dritten Widerstands R3 und eines dritten Transistors
V3 mit der Betriebsspannungsleitung L verbunden. Ein Steuereingang des
dritten Transistors V3 ist elektrisch verbunden mit der zweiten
Signalleitung L2. Entsprechend ist die zweite Signalleitung L2 elektrisch über
eine Reihenschaltung eines vierten Widerstands R4 und eines vierten
Transistors V4 mit der Betriebsspannungsleitung L verbunden. Ein
Steuereingang des vierten Transistors V4 ist elektrisch verbunden
mit der ersten Signalleitung L1.
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Die
Oder-Funktionseinheit D1 ist als verdrahtetes Oder ausgebildet,
das auch als ”wired-OR” bezeichnet werden kann.
An der ersten Signalleitung L1 können daher auch zwei oder
mehr als zwei Einschalteinrichtungen SW_ON angeschlossen sein, das
heißt, der Ausgang der jeweiligen Einschalteinrichtung
SW_ON ist elektrisch mit der ersten Signalleitung L1 verbunden.
Wenn mehr als eine Einschalteinrichtung SW_ON vorgesehen ist, dann
können diese somit ausgangsseitig elektrisch miteinander und
mit der ersten Signalleitung L1 verbunden sein. Die Einschalteinrichtung
SW_ON ist vorzugsweise so ausgebildet, dass die erste Signalleitung
L1 bei Verfügbarkeit der zugehörigen externen
Energiequelle EXT auf den Low-Pegel gezogen wird. Dazu weist die
jeweilige Einschalteinrichtung SW_ON beispielsweise einen fünften
Transistor V5 auf, der die erste Signalleitung L1 elektrisch mit
dem Bezugspotenzial GND koppelt. Vorzugsweise ist ein Steuereingang des
fünften Transistors V5 über einen fünften
Widerstand R5 elektrisch mit dem zugehörigen Anschluss A
gekoppelt und über eine Parallelschaltung eines sechsten
Widerstands und eines dritten Kondensators C3 elektrisch mit dem
Bezugspotenzial GND verbunden. Dies kann insbesondere eine Zuverlässigkeit
des Betriebs erhöhen.
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Der
jeweiligen Einschalteinrichtung SW_ON ist eingangsseitig ein Quellensignal
SIG zuführbar, beispielsweise ein Quellensignal SIGn, das
auch als Quellensignal P_VCC4V5 bezeichnet ist und das der Quelle
SUPn zugeordnet ist, oder ein Quellensignal SIGm, das der Quelle
SUPm zugeordnet ist. Vorzugsweise signalisiert das jeweilige Quellensignal SIG
die Verfügbarkeit der von der zugehörigen externen
Energiequelle EXT bereitstellbaren mindestens einen Betriebsspannung
mit dem High-Pegel und die Nicht-Verfügbarkeit mit dem
Low-Pegel. Der High-Pegel des jeweiligen Quellensignals SIG bewirkt
so den Low-Pegel des Quellenverfügbarkeitssignals Y. Das
Quellenverfügbarkeitssignal Y kann jedoch nur dann den
High-Pegel aufweisen, wenn keine Einschalteinrichtung SW_ON die
erste Signalleitung L1 auf den Low-Pegel zieht, also alle Quellensignale
SIG den Low-Pegel aufweisen und somit keine der externen Energiequellen
EXT die mindestens eine Betriebsspannung an einem der gegebenenfalls mehreren
Anschlüssen A bereitstellt. Das Quellenverfügbarkeitssignal
Y ist somit in dieser Ausführungsform invertiert in Bezug
auf die in 1 beschriebene Vorrichtung.
Es kann auch vorgesehen sein, dass der jeweilige Anschluss A ohne
Zwischenschaltung der jeweiligen Einschalteinrichtung SW_ON elektrisch
mit der Oder-Funktionseinheit D1 gekoppelt ist und das jeweilige
Quellensignal SIG der Oder-Funktionseinheit D1 somit direkt zuführbar
ist.
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Alternativ
oder zusätzlich zu dem mindestens einen Quellensignal SIG
kann auch mindestens ein Einschaltsignal SIG_ON vorgesehen sein,
dass der jeweils zugehörigen Einschalteinrichtung SW_ON
oder der Oder-Funktionseinheit D1 eingangsseitig zuführbar
ist (1). Das jeweilige Einschaltsignal SIG_ON entspricht
in seiner Wirkung vorzugsweise dem jeweiligen Quellensignal SIG,
jedoch ist das jeweilige Einschaltsignal SIG_ON unabhängig
von der Verfügbarkeit der mindestens einen externen Energiequelle
EXT. Das mindestens eine Einschaltsignal SIG_ON ist beispielsweise
erzeugbar mittels eines Tasters T, der beispielsweise manuell bedienbar
ist. Der Taster T ist beispielsweise elektrisch gekoppelt mit der
Ein gangsversorgungsspannung P_VCCBACK_IN oder der Akkumulatorspannung
P_VCCACCU oder dem High-Pegel und ist vorzugsweise elektrisch über
einen Widerstand mit dem Bezugspotenzial GND gekoppelt. Ein Mittelabgriff zwischen
dem Taster T und dem Widerstand entspricht beispielsweise dem Anschluss
A, an dem in diesem Fall jedoch der Taster T und der Widerstand angeschlossen
sind anstatt der externen Energiequelle EXT. Vorzugsweise ist das
jeweilige Einschaltsignal SIG_ON durch Betätigen des jeweiligen
Tasters T erzeugbar. Entsprechend dem High-Pegel des jeweiligen
Quellensignals SIG bewirkt der High-Pegel des jeweiligen Einschaltsignals
SIG_ON den Low-Pegel des Quellenverfügbarkeitssignals Y,
das in diesem Fall jedoch das Betätigen des Tasters T anzeigt
anstatt der Verfügbarkeit der mindestens einen externen
Energiequelle EXT und in diesem Fall daher auch als Einschaltsignalverfügbarkeitssignal
bezeichnet werden kann. Das Einschaltsignal SIG_ON kann jedoch auch
auf andere Weise erzeugt werden. Es muss nicht vorgesehen sein,
dass der mindestens eine Anschluss A mit einer jeweiligen externen
Energiequelle EXT koppelbar ist. Der mindestens eine Anschluss A
kann ebenso nur vorgesehen sein zum Zuführen des jeweiligen
Einschaltsignals SIG_ON. Aufgrund der gleichen Wirkung des jeweiligen
Quellensignals SIG und des jeweiligen Einschaltsignals SIG_ON auf
das Quellenverfügbarkeitssignal Y wird hier nicht weiter
zwischen diesen unterschieden. Die Ausführungungen in Bezug
auf die mindestens eine externe Energiequelle EXT und das jeweils
zugehörige Quellensignal SIG gelten entsprechend auch in Bezug
auf das Einschaltsignal SIG_ON.
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Die
Ausschalteinrichtung SW_OFF weist vorzugsweise einen sechsten Transistor
V6 auf, der die zweite Signalleitung L2 elektrisch mit dem Bezugspotenzial
GND koppelt. Vorzugsweise ist ein Steuereingang des sechsten Transistors
V6 über einen siebten Widerstand R7 elektrisch mit dem
zugehörigen Schaltausgang OFF_OUT der Schaltungsanordnung
CIRC und insbesondere der mindestens einen Recheneinrichtung MC
gekoppelt. Ferner ist der Steuereingang des sechsten Transistors
V6 über einen vierten Kondensator C4 mit dem Bezugspotenzial
GND verbunden. Eingangsseitig ist die Ausschalteinrichtung SW_OFF
vorzugsweise über einen achten Widerstand R8 mit dem Bezugspotenzial GND
verbunden. Dadurch ist einerseits eine hohe Betriebssicherheit möglich
und ist andererseits auch das Verzögerungsglied D4 realisiert.
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Der
mindestens eine Schalter S1 ist vorzugsweise durch einen jeweiligen
siebten Transistor V7 gebildet, dessen Steuereingang den Schalteingang SWIN
bildet, der elektrisch mit der ersten Signalleitung L1 verbunden
ist.
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Es
kann ferner eine Statusausgabeeinrichtung STAT vorgesehen sein zum
Ausgeben eines aktuellen Schaltzustands des mindestens einen Schalters
S1. Die Statusausgabeeinrichtung STAT ist eingangsseitig elektrisch
mit der ersten Signalleitung L1 verbunden und stellt ausgangsseitig
ein Statussignal STATUS bereit. Beispielsweise umfasst die Statusausgabeeinrichtung
STAT einen achten Transistor V8, dessen Steuereingang den Eingang
der Statusausgabeeinrichtung STAT bildet, und einen neunten Widerstand
R9. Ein Ausgang der Statusausgabeeinrichtung STAT ist über
eine Reihenschaltung des neunten Widerstands R9 und des achten Transistors V8
elektrisch mit dem Bezugspotenzial GND verbunden. Die Statusausgabeeinrichtung
STAT ist insbesondere optional vorgesehen für den Fall,
dass der Schaltzustand des mindestens einen Schalters S1 außerhalb
eines geschlossenen Gehäuses der Vorrichtung überprüfbar
sein soll. Dann ist der Ausgang der Statusausgabeeinrichtung STAT
auch ein Ausgang der Vorrichtung, ist also von außerhalb
des Gehäuses zugänglich.
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3 zeigt
eine Ausführungsform einer Messschaltung zum Erfassen des
Statussignals STATUS. Der Ausgang der Statusausgabeeinrichtung STAT
ist über einen externen Widerstand Rext elektrisch mit
einem externen Versorgungspotenzial Uext verbunden. Am Ausgang der
Statusausgabeeinrichtung STAT ist gegenüber dem Bezugspotenzial
GND eine Messspannung abgreifbar.
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Beispielsweise
signalisiert das Statussignal STATUS mit dem High-Pegel, dass der
mindestens eine Schalter S1 geschlossen ist, und mit dem Low-Pegel,
dass der mindestens eine Schalter S1 offen ist.
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4 zeigt
ein Spannungs-Zeit-Diagramm mit Signalverläufen der Akkumulatorspannung P_VCCACCU,
der Eingangsversorgungsspannung P_VCCBACK_IN, des Ausschaltsignals
ACCU_OFF, des Quellensignals P_VCC4V5, der Versorgungsspannung P_VCCBACK
sowie einer Spannung an der Versorgungsklemme TERMINAL30. Zu einem mit 1 bezeichneten
Zeitpunkt wird der mindestens eine Energiespeicher ACCU angeschlossen
und der mindestens eine Schalter S1 wird automatisch eingeschaltet.
Zu einem mit 2 bezeichneten Zeitpunkt wird das Ausschaltsignal
ACCU_OFF zum Signalisieren des Ausschaltens gesetzt. Infolgedessen
wird der mindestens eine Schalter S1 ausgeschaltet. Zu einem mit 3 bezeichneten
Zeitpunkt wird an der Versorgungsklemme TERMINAL30 die mindestens
eine Betriebsspannung verfügbar. Der mindestens eine Schalter
S1 wird eingeschaltet. Zu einem mit 4 bezeichneten Zeitpunkt
wird die an der Versorgungsklemme TERMINAL30 bereitgestellte mindestens eine
Betriebsspannung ausgeschaltet. Infolgedessen fällt das
Quellensignal P_VCC4V5 auf den Low-Pegel. Zu einem mit 5 bezeichneten
Zeitpunkt wird das Ausschaltsignal ACCU_OFF zum Signalisieren des Ausschaltens
gesetzt. Zu einem mit 6 bezeichneten Zeitpunkt wird der
mindestens eine Schalter S1 automatisch ausgeschaltet. Eine Zeitdauer
von dem Signalisieren des Ausschaltens bis zum Ausschalten ist abhängig
von einer Größe der Kapazitäten am Quellensignal
P_VCC4V5 und beträgt beispielsweise etwa zwei bis drei
Sekunden. Der mindestens eine Schalter S1 wird erst ausgeschaltet,
wenn sich diese Kapazitäten entladen haben.
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Sobald
die Eingangsversorgungsspannung P_VCCBACK_IN verfügbar
ist, schaltet der erste Transistor V1 als erster durch. Eine Reihenfolge
oder Geschwindigkeit des Schaltens ist abhängig von einer
jeweiligen Kapazität des ersten und des zweiten Kondensators.
Die Kapazität des zweiten Kondensators C2 ist bevorzugt
kleiner als die des ersten Kondensators C1, so dass immer zuerst
der erste Transistor V1 und infolgedessen der vierte Transistor
V4 durchgeschaltet wird. Die zweite Signalleitung L2 wird dadurch
auf den High-Pegel gezogen. Die erste Signalleitung L1 weist den
Low-Pegel auf, wodurch der mindestens eine Schalter S1 eingeschaltet
wird.
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Wird
auf die zweite Signalleitung L2 ein Low-Pegel-Impuls mit einer Mindestdauer
von beispielsweise etwa einer Millisekunde gegeben, dann sperrt
der erste Transistor V1 und die erste Signalleitung L1 wird über
den ersten Widerstand R1 auf den High-Pegel gezogen. Dadurch beginnt
der zweite Transistor V2 zu leiten und zieht die zweite Signalleitung
L2 auf den Low-Pegel. Dieser Schaltzustand wird durch die Selbsterhaltung
der Kippstufe aufrecht erhalten, bis ein Low-Pegel-Impuls mit einer
Mindestdauer von beispielsweise etwa einer Millisekunde auf die
erste Signalleitung L1 gegeben wird.
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Der
erste und zweite Transistor V1, V2, der fünfte und sechste
Transistor V5, V6 und der achte Transistor V8 sind beispielsweise
jeweils durch einen Si1902DL gebildet. Der dritte und vierte Transistor V3,
V4 sind beispielsweise jeweils durch einen Si3911DV gebildet. Der
siebte Transistor V7 ist beispielsweise durch einen Si4401BDY gebildet.
Ein Widerstandswert des ersten und zweiten Widerstands R1, R2 beträgt
beispielsweise jeweils ein Megaohm. Ein Widerstandswert des dritten
und vierten Widerstands beträgt beispielsweise zehn Kiloohm.
Ein Widerstandswert des fünften, sechsten, siebten und achten
sowie des externen Widerstands R5, R6, R7, R8, Rext beträgt
beispielsweise einhundert Kiloohm. Ein Widerstandswert des neunten
Widerstands R9 beträgt beispielsweise ein Kiloohm. Eine
Kapazität des ersten Kondensators C1 beträgt beispielsweise zehn
Nanofarad. Eine Kapazität des zweiten Kondensators C2 beträgt
bevorzugt einhundertstel der Kapazität des ersten Kondensators
C1 und beträgt beispielsweise 0,1 Nanofarad. Eine Kapazität
des dritten und des vierten Kondensators C3, C4 beträgt beispielsweise
einhundert Nanofa rad. Die Vorrichtung kann jedoch auch anders ausgebildet
oder anders dimensioniert sein.
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Da
N-Kanal MOSFET-Transistoren einen Leckstrom in einer Größenordung
von beispielsweise einem Mikroampere bei einer Temperatur von 25°C und
fünf Mikroampere bei 85°C über ihre Gate-Source-Strecke
besitzen, besteht die Gefahr, dass insbesondere bei sehr hochohmigem
ersten und zweiten Widerstand R1, R2 ein so großer Spannungsabfall über
diesen entsteht, dass der erste beziehungsweise zweite Transistor
V1, V2 eingeschaltet und die erste oder zweite Signalleitung L1,
L2 auf den Low-Pegel gezogen wird. Infolgedessen kann sich ein Schaltzustand
der Kippstufe und somit des mindestens einen ersten Schalters S1
unerwünscht ändern.
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In
einer ersten Ausführungsform sind der erste und der zweite
Widerstand R1, R2 daher so dimensioniert, dass mindestens die halbe
Eingangsversorgungsspannung P_VCCBACK_IN an diesen abfällt,
wenn die zu berücksichtigenden maximalen Leckströme über
die Transistoren fließen. Bei hohen zu berücksichtigenden
Leckströmen, zum Beispiel zehn Mikroampere, dürfen
der erste und zweite Widerstand R1, R2 dazu jedoch nur einen geringen
Widerstandswert von beispielsweise 150 Kiloohm aufweisen. Dies kann
jedoch zu einem hohen Nennstrom der Einschaltvorrichtung D2 und
somit zu einem unerwünscht hohen Entladestrom des mindestens
einen Energiespeichers ACCU führen.
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In
einer zweiten, bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen,
die Leckströme über den jeweils als P-Kanal-Transistor
ausgebildeten dritten und vierten Transistor V3, V4 und den dritten
und vierten Widerstand R3, R4 abzuleiten. Der dritte und vierte
Widerstand R3, R4 wird dazu jeweils niederohmig gewählt.
Der dritte und vierte Widerstand R3, R4 dient auch als Strombegrenzung
beim Umschalten, wenn gleichzeitig sowohl die erste als auch die
zweite Signalleitung L1, L2 auf den Low-Pegel gezogen werden. In
dieser Ausführungsform dürfen der erste und der
zweite Widerstand R1, R2 hochohmig dimensioniert sein, so dass ein
geringer Nennstrom resultiert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102005026998
A1 [0002]