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Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Bereitstellen einer elektrischen Betriebsspannung für einen elektrischen Verbraucher, insbesondere eine Echtzeituhr, eines Haushaltsgeräts. Die Schaltungsanordnung beinhaltet einen Eingangsanschluss, an welchem eine elektrische Versorgungsspannung gegenüber einem Bezugspotenzial angelegt werden kann. Die Schaltungsanordnung umfasst auch einen Ausgangsanschluss, an welchem die Betriebsspannung gegenüber dem Bezugspotenzial bereitstellbar ist. Es ist ein Energiespeicher zur Speicherung von elektrischer Energie bereitgestellt, der zwischen dem Ausgangsanschluss und dem Bezugspotenzial geschaltet ist und an welchem die Betriebsspannung im Betrieb der Schaltungsanordnung anliegt. Beim Ausfall der Versorgungsspannung wird der elektrische Verbraucher mit der elektrischen Energie aus dem Energiespeicher versorgt. Die Schaltungsanordnung umfasst auch einen elektrischen Schalter, über welchen der Eingangsanschluss mit dem Ausgangsanschluss elektrisch koppelbar ist. Die Erfindung betrifft auch ein Haushaltsgerät mit einer solchen Schaltungsanordnung, wie auch ein Verfahren zum Bereitstellen einer elektrischen Betriebsspannung für einen elektrischen Verbraucher eines Haushaltsgeräts.
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Also gilt das Interesse vorliegend der Versorgung eines elektrischen Verbrauchers eines Haushaltsgeräts mit elektrischer Energie. Es geht hier insbesondere um eine Echtzeituhr, deren Betrieb auch beim Ausfall der elektrischen Netzspannung – und somit der Versorgungsspannung der Schaltungsanordnung – gewährleistet werden soll. Zu diesem Zweck wird üblicherweise ein Energiespeicher – etwa ein Pufferkondensator oder ein Akku – eingesetzt, in welchem elektrische Energie gespeichert wird. Tritt ein Ausfall der Netzspannung auf, so wird die Echtzeituhr mit elektrischer Energie aus dem Energiespeicher versorgt.
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Bekanntlich werden bei Schaltungsanordnungen der eingangs genannten Gattung Bipolar-Transistoren oder aber Dioden eingesetzt, über welche die Echtzeituhr mit elektrischer Spannung versorgt und der Energiespeicher mit elektrischer Energie aufgeladen wird. Der Einsatz dieser Bauelemente ist insofern als nachteilig anzusehen, als die Bipolar-Transistoren und Dioden zu einigen Problemen führen: Es kommt zu einer Selbstentladung des Energiespeichers beim Ausfall der Netzspannung. Die genannten Bauelemente weisen nämlich einen relativ hohen Sperrstrom auf. Bei den genannten Bauelementen ist des Weiteren ein vollständiges Aufladen des Energiespeichers – etwa eines Kondensators – auch nicht gewährleistet, da über die Basis-Emitter-Strecke bzw. die Kollektor-Emitter-Strecke eines Bipolar-Transistors stets ein Spannungsabfall vorhanden ist. Es werden somit zusätzliche Schaltungsgruppen bzw. Bauelemente benötigt, um Spannungsabfälle zu kompensieren.
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Aus der Druckschrift
US 6,603,365 B1 ist eine Schaltungsanordnung bekannt, welche in drahtlosen Kommunikationsgeräten eingesetzt werden kann. Diese Schaltungsanordnung dient zum Betreiben einer Uhr eines drahtlosen Kommunikationsgeräts. Es soll dabei verhindert werden, dass Echtzeitinformationen beim Auswechseln einer Batterie des Kommunikationsgeräts verloren gehen. Zu diesem Zweck ist ein Energiespeicher bereitgestellt, welcher beim Auswechseln der Batterie die Uhr mit elektrischer Energie versorgt. Zwischen der Batterie und dem zusätzlichen Energiespeicher ist ein Schalter vorgesehen, welcher eine Diode, ein mechanischer Schalter oder aber ein Feldeffekttransistor sein kann.
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Eine Schaltungsanordnung zum Betreiben eines Computer-Main-Boards ist aus dem Dokument
US 2009/0259860 A1 bekannt.
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Eine Schaltungsanordnung für eine Echtzeituhr ist auch aus dem Dokument
US 7,130,248 B1 bekannt.
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Des Weiteren beschreibt die Druckschrift
US 5,493,203 einen Stromregler zur Bereitstellung eines elektrischen Stroms für eine Speichereinrichtung eines Computers.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Lösung aufzuzeigen, wie bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Gattung ein Ausfall einer Netzspannung und somit der Versorgungsspannung der Schaltungsanordnung besonders zuverlässig überbrückt werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst, wie auch durch ein Haushaltsgerät mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche und der Beschreibung.
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Eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist zum Bereitstellen einer elektrischen Betriebsspannung für einen elektrischen Verbraucher eines Haushaltsgeräts ausgebildet, nämlich insbesondere für eine Echtzeituhr. Die Schaltungsanordnung umfasst einen Eingangsanschluss, an welchem eine elektrische Versorgungsspannung – insbesondere eine Gleichspannung – gegenüber einem Bezugspotenzial angelegt werden kann. Die Schaltungsanordnung umfasst auch einen Ausgangsanschluss, an welchem die Betriebsspannung – ebenfalls insbesondere eine Gleichspannung – gegenüber dem Bezugspotenzial bereitgestellt werden kann. Ein Energiespeicher der Schaltungsanordnung dient zur Speicherung von elektrischer Energie und ist zwischen dem Ausgangsanschluss und dem Bezugspotenzial geschaltet. An dem Energiespeicher liegt im Betrieb der Schaltungsanordnung die Betriebsspannung an. Beim Ausfall der Versorgungsspannung wird der elektrische Verbraucher mit elektrischer Energie aus dem Energiespeicher versorgt. Es ist außerdem ein elektrischer Schalter bereitgestellt, über welchen der Eingangsanschluss mit dem Ausgangsanschluss elektrisch gekoppelt werden kann. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der elektrische Schalter ein Feldeffekttransistor (FET) ist, dessen Drain-Anschluss mit dem Ausgangsanschluss und dessen Source-Anschluss mit dem Eingangsanschluss verbunden sind.
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Der erfindungsgemäße Effekt wird also dadurch erzielt, dass ein Feldeffekttransistor eingesetzt wird, über welchen der Eingangsanschluss mit dem Ausgangsanschluss elektrisch gekoppelt werden kann, und dass der Drain-Anschluss des Feldeffekttransistors mit dem Ausgangsanschluss verbunden ist, während der Source-Anschluss des Feldeffekttransistors mit dem Eingangsanschluss der Schaltungsanordnung verbunden ist. Die Erfindung geht also den unüblichen Weg, den Drain-Anschluss des Feldeffekttransistors nicht wie bei einer herkömmlichen Beschaltung mit der Versorgungsspannung zu verbinden, sondern diesen Drain-Anschluss an den Ausgangsanschluss und somit den Energiespeicher und den elektrischen Verbraucher zu legen. Die Erfindung macht sich die Tatsache zunutze, dass Feldeffekttransistoren üblicherweise eine parasitäre Diode beinhalten, deren Kathode mit dem Drain-Anschluss und deren Anode mit dem Source-Anschluss gekoppelt ist. Die erfindungsgemäße Beschaltung des Feldeffekttransistors hat somit den Vorteil, dass beim Ausfall der Versorgungsspannung eine Entladung des Energiespeichers über den Feldeffekttransistor verhindert wird. Die Erfindung hat außerdem weitere Vorteile: Über einen Feldeffekttransistor kann der Energiespeicher besonders rasch mit elektrischer Energie aufgeladen werden. Außerdem ist über den Feldeffekttransistor kein Spannungsabfall vorhanden, sodass – anders als beim Bipolar-Transistor – ein Aufladen des Energiespeichers auf die volle Betriebsspannung möglich ist. Es sind hier keine weiteren Bauelemente erforderlich, und die Schaltungsanordnung kommt ohne zusätzliche Schaltungsgruppen aus. Ein Feldeffekttransistor weist außerdem einen relativ geringen Sperrstrom auf, sodass die Entladung des Energiespeichers bei gesperrtem Feldeffekttransistor auf ein Minimum reduziert ist. Nicht zuletzt weist der Feldeffekttransistor eine geringe Temperaturabhängigkeit auf.
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Es ist bevorzugt ein Pufferkondensator, der als Energiespeicher eingesetzt wird. Alternativ kann jedoch auch vorgesehen sein, dass der Energiespeicher ein Akku oder ein ähnliches Bauteil ist.
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Unter einem Haushaltsgerät wird vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden, welches zur Haushaltsführung eingesetzt wird. Dies kann ein Haushaltsgroßgerät sein, wie zum Beispiel eine Waschmaschine, ein Wäschetrockner, eine Geschirrspülmaschine, ein Gargerät, eine Dunstabzugshaube, ein Kältegerät, eine Kühlgefrierkombination oder ein Klimagerät. Es kann aber auch ein Haushaltskleingerät sein, nämlich beispielsweise ein Kaffeevollautomat oder eine Küchenmaschine. Allgemein gesagt kann das Hauhaltsgerät ein Gerät zur Pflege von Wäschestücken – etwa eine Waschmaschine, ein Waschtrockner oder ein Wäschetrockner – oder ein Gerät zur Zubereitung von Lebensmitteln oder ein Gerät zur Reinigung von Geschirr sein.
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Bevorzugt ist der Feldeffekttransistor ein n-Kanal-FET. Es wird somit erreicht, dass der Feldeffekttransistor bei Vorhandensein der Versorgungsspannung dann sperrt, wenn am Gate-Anschluss keine elektrische Spannung anliegt. Mit anderen Worten wird somit verhindert, dass der Feldeffekttransistor durchschaltet, wenn keine Steuerspannung am Gate-Anschluss anliegt. Denn ein n-Kanal-FET schaltet nur bei einer positiven Gate-Source-Spannung durch.
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Am Gate-Anschluss des Feldeffekttransistors wird vorzugsweise eine Steuerspannung angelegt, deren Amplitude größer als die Amplitude der Versorgungsspannung ist. Auf diesem Weg gelingt es, den Feldeffekttransistor anzusteuern, sodass dieser in seinen elektrisch leitenden Schaltzustand geschaltet wird und die Betriebsspannung am Ausgangsanschluss bereitgestellt wird.
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Die Amplitude der Versorgungsspannung liegt vorzugsweise in einem Wertebereich von 2 V bis 7 V, insbesondere von 3 V bis 5 V. Demgegenüber liegt die Amplitude der Steuerspannung – diese wird am Gate-Anschluss angelegt – bevorzugt in einem Wertebereich von 5 V bis 12 V, insbesondere 7 V bis 11 V. Die Amplitude der Versorgungsspannung kann zum Beispiel 3 V oder 4 V oder 5 V betragen; die Amplitude der Steuerspannung kann 9 V betragen. Auf diese Weise kann ein positiver Spannungsunterschied zwischen dem Gate-Anschluss und dem Source-Anschluss gewährleistet werden, sodass der Feldeffekttransistor auch zuverlässig durchschaltet. Dann wird der elektrische Verbraucher mit Strom versorgt, und der Energiespeicher wird mit elektrischer Energie aufgeladen, gegebenenfalls auch über einen Ohmschen Widerstand.
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Erfindungsgemäß wird darüber hinaus ein Haushaltsgerät bereitgestellt, welches eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung umfasst. Bevorzugt umfasst das Haushaltsgerät eine Echtzeituhr, welche mithilfe der Schaltungsanordnung betrieben wird.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Bereitstellen einer Betriebsspannung für einen elektrischen Verbraucher, insbesondere eine Echtzeituhr, eines Haushaltsgeräts mithilfe einer Schaltungsanordnung. Es wird ein Versorgungsspannung an einem Eingangsanschluss der Schaltungsanordnung gegenüber einem Bezugspotenzial angelegt, und der Eingangsanschluss wird mit einem Ausgangsanschluss elektrisch gekoppelt, nämlich über einen elektrischen Schalter. Die Betriebsspannung wird am Ausgangsanschluss gegenüber dem Bezugspotenzial bereitgestellt. Es wird elektrische Energie in einen zwischen dem Ausgangsanschluss und dem Bezugspotenzial geschalteten Energiespeicher gespeichert, wobei beim Ausfall der Versorgungsspannung der elektrischer Verbraucher mit elektrischer Energie aus dem Energiespeicher versorgt wird. Der Eingangsanschluss wird über einen Feldeffekttransistor mit dem Ausgangsanschluss gekoppelt, wobei der Drain-Anschluss des Feldeffekttransistors mit dem Ausgangsanschluss und der Source-Anschluss mit dem Eingangsanschluss verbunden sind.
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Die mit Bezug auf die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Haushaltsgerät sowie für das erfindungsgemäße Verfahren.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Figur und der Figurenbeschreibung. Alle vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebene Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder aber in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels, wie auch unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Dabei veranschaulicht die einzige Figur in schematischer Darstellung ein Haushaltsgerät mit einer Schaltungsanordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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Ein Haushaltsgerät 1 beinhaltet eine Echtzeituhr 2, die ein elektrischer Verbraucher ist. Das Haushaltsgerät 1 umfasst außerdem eine Schaltungsanordnung 3, welche zum Betreiben der Echtzeituhr 2 ausgebildet ist. Und zwar dient die Schaltungsanordnung 3 zum Bereitstellen einer Betriebsspannung UB für die Echtzeituhr 2. Die Betriebsspannung UB ist eine Gleichspannung und liegt zwischen einem Ausgangsanschluss 4 und einem Bezugspotenzial 5 an.
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Die Schaltungsanordnung 3 umfasst einen Eingangsanschluss 6, an welchem eine Versorgungsspannung UV bereitgestellt ist, nämlich gegenüber dem Bezugspotenzial 5. Die Amplitude der Versorgungsspannung UV liegt in einem Wertebereich von 3 V bis 5 V. Der Eingangsanschluss 6 ist mit dem Source-Anschluss 7 eines Feldeffekttransistors 8 elektrisch direkt verbunden. Der Drain-Anschluss 9 ist hingegen direkt mit dem Ausgangsanschluss 4 elektrisch verbunden. Der Feldeffekttransistor 8 kann beispielsweise ein MOSFET sein. Er beinhaltet eine parasitäre Diode 10, deren Kathode mit dem Drain-Anschluss 9 und deren Anode mit dem Source-Anschluss 7 verbunden ist. Am Gate-Anschluss 11, welcher mit einem Steueranschluss 12 verbunden ist, kann eine Steuerspannung US angelegt werden, deren Amplitude beispielsweise 9 V beträgt.
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Der Feldeffekttransistor 8 ist ein n-Kanal-FET.
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Die Amplitude der Steuerspannung US ist also größer als die Amplitude der Versorgungsspannung UV; beide Spannungen sind Gleichspannungen. Da die Amplitude der Steuerspannung US größer als die Amplitude der Versorgungsspannung UV ist, kann der Feldeffekttransistor 8 in seinen elektrisch leitenden Schaltzustand geschaltet werden, in welchem der Eingangsanschluss 6 über den Feldeffekttransistor 8 mit dem Ausgangsanschluss 4 elektrisch gekoppelt ist.
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Der Ausgangsanschluss 4 und somit auch der Drain-Anschluss 9 sind über einen Ohmschen Widerstand 13 sowie einen Energiespeicher 14 mit dem Bezugspotenzial 5 gekoppelt. Mit anderen Worten ist zwischen den Ausgangsanschluss 4 (bzw. dem Drain-Anschluss 9) und dem Bezugspotenzial 5 eine Reihenschaltung aus dem Widerstand 13 und dem Energiespeicher 14 geschaltet. Über diese Reihenschaltung fällt somit die Betriebsspannung UB ab.
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Der Energiespeicher 14 ist im Ausführungsbeispiel ein Pufferkondensator und dient zur Speicherung der elektrischen Energie für die Echtzeituhr 2.
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Wird die Steuerspannung US am Steueranschluss 12 und die Versorgungsspannung UV am Eingangsanschluss 6 angelegt, so wird der Feldeffekttransistor 8 in seinen leitenden Schaltzustand geschaltet, und die Echtzeituhr 2 befindet sich im Betrieb. Der Energiespeicher 14 wird mit elektrischer Energie aufgeladen. Fällt nun eine Netzspannung (230 V effektiv) und somit auch die Versorgungsspannung UV und die Steuerspannung US aus, so kann die Echtzeituhr 2 weiterhin mit elektrischer Energie aus dem Energiespeicher 14 versorgt werden. Der Ausgangsanschluss 4 ist nämlich ausschließlich mit der Echtzeituhr 2 gekoppelt, sodass keine weiteren elektrischen Verbraucher mit der Energie aus dem Energiespeicher 14 versorgt werden. Die in der Figur dargestellte Beschaltung des Feldeffekttransistors 8 sorgt dabei dafür, dass der Energiespeicher 14 nicht entladen wird.
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Der Feldeffekttransistor 8 ist also anders als bei herkömmlichen Schaltungsanordnungen beschaltet: Sein Drain-Anschluss 9 ist mit der Echtzeituhr 2 und dem Energiespeicher 14 gekoppelt, während sein Source-Anschluss 7 mit der Versorgungsspannung UV gekoppelt ist. Gerade dadurch kann verhindert werden, dass der Energiespeicher 14 über die parasitäre Diode 10 entladen wird, wenn die Netzspannung ausfällt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Haushaltsgerät
- 2
- Echtzeituhr
- 3
- Schaltungsanordnung
- 4
- Ausgangsanschluss
- 5
- Bezugspotenzial
- 6
- Eingangsanschluss
- 7
- Source-Anschluss
- 8
- Feldeffekttransistor
- 9
- Drain-Anschluss
- 10
- Diode
- 11
- Gate-Anschluss
- 12
- Steueranschluss
- 13
- Ohmscher Widerstand
- 14
- Energiespeicher
- UB
- Betriebsspannung
- US
- Steuerspannung
- UV
- Versorgungsspannung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 6603365 B1 [0004]
- US 2009/0259860 A1 [0005]
- US 7130248 B1 [0006]
- US 5493203 [0007]
