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Die Erfindung betrifft eine Ladevorrichtung zur Ladung des Energiespeichers eines tragbaren elektrischen Geräts mit zumindest einer Ladezelle, welche einen steuerbaren Resonanzkreis zur induktiven Energieübertragung umfasst, wobei der Resonanzkreis von einer Energieerzeugungseinheit mit Energie versorgt wird.
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Das steigende Interesse, die Energiespeicher tragbarer elektrischer Geräte, wie z.B. Mobilfunktelefone, Smartphones, Tablet-PCs, usw., effizient und bequem zu laden, führte in jüngster Zeit zu Vorschlägen für standardisierte drahtlose Schnittstellen zwischen einer Ladevorrichtung und dem zu ladenden elektrischen Gerät. Um den Ladevorgang effizient zu gestalten, sind induktive Ladevorgänge vorgesehen.
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Die Ladung der Energiespeicher basiert zumeist auf einer induktiven Nahfeldkopplung von Flachspulen, die, angeregt in Serienresonanz mit einem Kondensator, nicht nur die Übertragung von Ladeenergie, sondern auch eine Datenkommunikation zu dem zu ladenden elektrischen Gerät ermöglichen. Die Spulen der Ladevorrichtung und des zu ladenden elektrischen Geräts ermöglichen eine transformatorische Kopplung derart, dass ein Wechselstromfeld der Spule in der Ladevorrichtung eine Wechselspannung in der Spule des zu ladenden Geräts induziert. Nach Umwandlung dieser Wechselspannung in eine gleichgerichtete Spannung wird diese zur Erzeugung eines Ladegleichstromes für den Akkumulator des zu ladenden Geräts genutzt.
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Entscheidend für die effiziente induktive Energieübertragung ist neben dem Abstand der Spulen der Ladevorrichtung und eines zu ladenden elektrischen Geräts sowie einer Resonanzfrequenz insbesondere ein Spulenstrom, der den elektromagnetischen Fluss bestimmt. Für die Erzeugung dieses Spulen-Wechselstroms werden z.B. Anordnungen mit Halbleiterwechselschaltern eingesetzt, die in Halb- und Vollbrückenschaltung betrieben werden. Bei beiden Brückenschaltungen erfolgt eine separate, wechselweise Ansteuerung der Halbleiterschaltelemente, z.B. durch einen Mikroprozessor. Der Wirkungsgrad des Systems ist umso höher, je genauer die Frequenz der wechselweisen Ansteuerung der Halbleiterschaltelemente die Serienresonanzfrequenz des Schwingkreises trifft. Die Serienresonanzfrequenz des Schwingkreises wird bestimmt durch die Toleranzen der beteiligten Bauelemente, der Temperatur, der Resonanzverstimmung und den Kopplungsbedingungen zwischen Ladevorrichtung und elektrischem Gerät.
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Die Kommunikation erfolgt auf Seiten der Ladevorrichtung durch eine Amplitudenmodulation des elektromagnetischen Felds der Ladeenergie. Auf der Seite des Energieempfängers, d.h. des zu ladenden elektrischen Geräts, wird eine Lastmodulation erzeugt, wodurch im Ergebnis eine bidirektionale Übertragung von Daten möglich ist. Hierdurch kann nicht nur das Vorhandensein des zu ladenden Geräts im induktiven Feld der Ladevorrichtung detektiert werden, sondern z.B. auch der momentane Ladezustand des Akkumulators im zu ladenden Gerät. Hieraus kann z.B. die notwendige Stärke des elektromagnetischen Feldes für dessen Aufladung innerhalb eines Zeitintervalls festgelegt werden.
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Der elektromagnetische Fluss des Feldes erreicht dabei eine solche Stärke, dass selbst verlustarme Spulen, die durch niedrigen ohmschen Wirkwiderstand gekennzeichnet sind, einer unerwünschten Erwärmung unterliegen. Ist diese Temperaturerhöhung, z.B. durch elektrische Sensoren an der Ladefläche messbar und zugleich der elektromagnetische Fluss regelbar, kann eine Betriebstemperatur eingehalten werden.
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Eine unerwünscht zusätzliche Erwärmung der Ladespule tritt dann auf, wenn örtlich neben oder unter dem zu ladenden Gerät fremde metallische Körper, wie z.B. Coins, Ringe, Münzen oder Folien zufällig platziert sind und dem elektromagnetischen Feld durch Wirbelströme Energieanteile entziehen. Hierdurch entstehen während des Ladevorganges Verluste, welche aus Gründen der Energieeffizienz zu vermeiden sind.
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Die
US 2008/0297107 A1 offenbart eine kontaktlose Ladevorrichtung zur Ladung des Energiespeichers eines mobilen Geräts, bei dem mittels einer Spule ein magnetischer Streufluss, der aus einer Fehlausrichtung zwischen einer Primärspule der Ladevorrichtung und einer Sekundärspule des mobilen Geräts resultiert, erfasst und zur Ermittlung des Maßes der Fehlausrichtung von Primär- und Sekundärspule genutzt wird.
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Aus dem Fachbuch Tietze, Schenk „Halbleiterschaltungstechnik“, 11. Auflage, 1999, Kapitel 22.3.4 ist der Einsatz eines Synchrongleichrichters zur Messung verrauschter Signale bekannt.
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Die
DE 10 2009 033 237 A1 offenbart eine Vorrichtung zur induktiven Übertragung elektrischer Energie zur Ladung einer in einem Elektrofahrzeug eingebauten Batterie. Die Vorrichtung umfasst eine Messeinrichtung mit einer oder mehreren Spulen zur Messung der Impedanz der Spule oder Spulen, wobei bei mehreren Spulen zwischen der Messeinrichtung und den Spulen ein Analogmultiplexer vorgesehen ist.
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Die
DE 198 37 675 A1 offenbart eine Ladevorrichtung für Akkumulatoren in einem mobilen elektrischen Gerät mit induktiver Energieübertragung mit einem Frequenzdiskriminator als Erkennungsmittel, der beim periodischen Ändern der induktiven Belastung eines Kopplers ein Steuersignal erzeugt.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ladevorrichtung anzugeben, welche ein Laden mit verbesserter Energieeffizienz ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Ladevorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
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Die Erfindung schlägt eine Ladevorrichtung zur Ladung des Energiespeichers eines tragbaren elektrischen Geräts mit zumindest einer Ladezelle vor. Die Ladezelle umfasst einen steuerbaren Resonanzkreis zur induktiven Energieübertragung, der von einer Energieerzeugungseinheit mit Energie versorgt wird. Die Ladevorrichtung umfasst eine Sensorspulenanordnung mit zumindest einer Sensorspule, die nahe zumindest einer felderzeugenden Spule des steuerbaren Resonanzkreises angeordnet ist. Eine Auswerteschaltung ist dazu ausgebildet, eine Frequenz- oder Phasenverstimmung der Sensorspulenanordnung zu detektieren und das Maß der Verstimmung in einem die Frequenz- oder Phasenverstimmung repräsentierenden Signal für die weitere Verarbeitung bereitzustellen, aus dem das Vorhandensein und/oder der Ort eines die Frequenz- oder Phasenverstimmung hervorrufenden Gegenstands ermittelbar ist.
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Durch die vorgeschlagene Ladevorrichtung kann das Vorhandensein eines Fremdkörpers, welcher zu Ladeverlusten beim Laden des zu ladenden Geräts führt, zuverlässig detektiert werden. Aus dem Maß der Frequenz- oder Phasenverstimmung kann dann auf die durch den Fremdkörper hervorgerufenen Verluste geschlossen werden. Abhängig von deren Höhe, kann dann die Ladevorrichtung in geeigneter Weise gesteuert werden. Zum Beispiel kann die Ladevorrichtung abgeschaltet oder deren Ladeleistung hoch- oder runter geregelt werden.
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In einer zweckmäßigen Ausgestaltung umläuft die zumindest eine Sensorspule die felderzeugende Spule kreuzungsfrei. Hierdurch kann das Vorhandensein eines die Verluste hervorrufenden Fremdkörpers im Bereich der felderzeugenden Spule detektiert werden.
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In einer zusätzlichen oder alternativen Ausgestaltung nimmt die zumindest eine Sensorspule eine kleinere Fläche als die felderzeugende Spule ein. Die zumindest eine Sensorspule ist, insbesondere überschneidungsfrei, außerhalb der eingeschlossenen Fläche der felderzeugenden Spule angeordnet. Insbesondere ist es zweckmäßig, wenn eine Mehrzahl an Sensorspulen verteilt um die felderzeugende Spule angeordnet ist. Durch die Anzahl der Sensorspulen mit einer kleineren Fläche als die der felderzeugenden Spule ist es möglich, nicht nur das Vorhandensein, sondern auch den Ort des Fremdkörpers im Bereich der felderzeugenden Spule zu detektieren. Je größer die Anzahl der Sensorspulen ist, desto genauer kann die Position ermittelt werden. Darüber hinaus ist es umso genauer möglich, die durch den Fremdkörper hervorgerufenen Verluste zu bestimmen.
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Die felderzeugende Spule kann eine rechteckig, eine runde oder sonstige Wicklungsform aufweisen. Gleiches gilt für die Gestalt der Sensorspulen, die um die felderzeugende Spule herum angeordnet sind.
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Es ist weiterhin zweckmäßig, wenn die zumindest eine Sensorspule und die felderzeugende Spule in einer Ebene oder in zwei parallel zueinander verlaufenden Ebenen angeordnet sind. In der ersten Variante lässt sich eine besonders flache Ladevorrichtung realisieren. In der zweiten Variante ergibt sich die Möglichkeit, die Ladevorrichtung bezüglich Ihres Flächenverbrauchs besonders Raumökonomisch auszubilden.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung umfasst die Auswerteschaltung einen Synchrongleichrichter, wobei ein erster Eingang mit der zumindest einen Sensorspule und ein zweiter Eingang mit dem Resonanzkreis verbunden ist, wodurch durch den Synchrongleichrichter ein Phasenunterschied zwischen dem Resonanzkreis und der zumindest einen Sensorspule ermittelbar ist. Wird der Phasenunterschied für eine Mehrzahl an Sensorspulen ausgewertet, so lassen sich Kopplungsvektoren berechnen, die auf eine örtliche Position des Fremdkörpers hinweisen.
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Bei einer Mehrzahl an Sensorspulen sind diese vorzugsweise über die entsprechende Ansteuerung von einzelnen Schaltelementen oder einen Multiplexer zeitlich hintereinander mit dem ersten Eingang des Synchrongleichrichters verbindbar. Die Ansteuerung der Schaltelemente oder des Multiplexers erfolgt vorzugsweise derart, dass zu einem gegebenen Zeitpunkt nur eine Sensorspule mit dem ersten Eingang des Synchrongleichrichters verbunden ist.
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Alternativ oder zusätzlich kann die Auswerteschaltung einen Frequenz-Diskriminator umfassen, wobei ein erster Eingang mit der zumindest einen Sensorspule oder dem Resonanzkreis und ein zweiter Eingang mit einem Referenzoszillator, durch den eine Referenzfrequenz erzeugbar ist, verbunden ist, wodurch durch den Frequenz-Diskriminator ein Frequenzunterschied zwischen der Referenzfrequenz und der Frequenz der zumindest einen Sensorspule ermittelbar ist. Die Messung der Frequenzverstimmung beruht auf der Differenzbildung zwischen einem stabilen Frequenznormal und der sich ergebenden Frequenzänderung durch das zu ladende Gerät und dem möglicherweise vorhandenen Fremdkörper.
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Bei dieser Ausgestaltung können einzelne oder alle der Sensorspulen gleichzeitig mit dem ersten Eingang des Frequenz-Diskriminators verbunden sein.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann die Ladezelle einen Parallelschwingkreis mit zwei Spulen und mit zwei steuerbaren Schaltelementen für eine Selbstschwingung des Parallelschwingkreises umfassen, wobei der Parallelschwingkreis mit einer steuerbaren Versorgungsspannung versorgt ist. In dieser Ausgestaltung kann der Parallelschwingkreis ein selbstschwingender Gegentaktoszillator sein.
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Die Erfindung wird nachfolgend näher anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen:
- 1 eine erfindungsgemäße Ladevorrichtung gemäß einer ersten Ausgestaltungsvariante mit einer Sensorspule und einem Synchrongleichrichter,
- 2 eine erfindungsgemäße Ladevorrichtung gemäß einer zweiten Ausgestaltungsvariante mit einer Mehrzahl an Sensorspulen und mit einem Synchrongleichrichter,
- 3 eine erfindungsgemäße Ladevorrichtung gemäß einer dritten Ausgestaltungsvariante, wobei als Auswerteschaltung ein Frequenz-Diskriminator zum Einsatz kommt,
- 4 eine Draufsicht auf eine Spulenanordnung mit einer felderzeugenden Spule und einer Sensorspulenanordnung in einer erfindungsgemäßen Ladevorrichtung,
- 5 die Spulenanordnung aus 4, auf der zu Illustrationszwecken zwei Fremdkörper angeordnet sind,
- 6 eine bekannte Ladevorrichtung mit einem selbstschwingenden Gegentaktoszillator als Energieerzeugungseinheit,
- 7 eine erfindungsgemäße Ladevorrichtung gemäß einer vierten Ausgestaltungsvariante mit einem Gegentaktoszillator und einem Synchrongleichrichter,
- 8 eine erfindungsgemäße Ladevorrichtung gemäß einer fünften Ausgestaltungsvariante mit einem Gegentaktoszillator und einem Frequenz-Diskriminator, und
- 9 eine erfindungsgemäße Ladevorrichtung gemäß einer sechsten Ausgestaltungsvariante, bei dem der Frequenz-Diskriminator direkt an den Resonanzkreis angeschlossen ist.
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1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ladevorrichtung. Die Ladevorrichtung umfasst eine Schaltungsanordnung mit vier wechselseitig geschalteten Schaltelementen S1, S2, S3 und S4. Mit dieser Schaltungsanordnung kann eine Wechselspannung erzeugt werden. Jeweils zwei Schaltelemente S1, S2 und S3, S4 sind seriell miteinander zwischen einer Versorgungsspannung UB und einem Bezugspotential BP verschaltet. Die Schaltelemente S1, S2, S3 und S4 bilden zusammen eine so genannte H-Brücke. Durch den angeschlossenen Resonanzkreis, der aus einem Kondensator Cp und eine Induktivität Lp gebildet ist, fließt bei der Resonanzfrequenz ein maximaler Strom durch die Spule Lp, die ihrerseits das elektromagnetische Feld zur induktiven Energieübertragung bildet.
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Ein erster Eingang des Synchrongleichrichters SG ist mit einer Sensorspule Ls einer Sensorspulenanordnung SSA verbunden. Die Sensorspule LS ist mit ihrem anderen Eingang mit dem Bezugspotential BP gekoppelt. Der Resonanzkreis ist mit einem zweiten Eingang eines Synchrongleichrichters SG verbunden. Der Synchrongleichrichter stellt in diesem Ausführungsbeispiel eine Auswerteschaltung AS dar. Sämtliche Steuereingänge des Synchrongleichrichters SG sind somit phasengleich durch die von dem Resonanzkreis erzeugte Wechselspannung gesteuert. An einem Ausgang des Synchrongleichrichters SG wird eine Ausgangsspannung Uo gemessen, welche ein Maß der Phasenverstimmung zwischen der Phase des Resonanzkreises und der Phase der Sensorspule Ls repräsentiert. Liegt keine Phasenverstimmung zwischen dem Resonanzkreis und der Sensorspule vor, d.h. befindet sich kein Fremdkörper im Wirkbereich der felderzeugenden Spule Lp, so beträgt die Ausgangsspannung Uo=0. Die Höhe der Ausgangsspannung bildet ein Maß der Verstimmung der Phase, aus der mit der Anordnung gemäß 1 zumindest auf das Vorhandensein eines die Verstimmung hervorrufenden Gegenstandes schließbar ist.
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Die Ausgangsspannung kann beispielsweise einer nicht näher dargestellten Auswerteeinheit zugeführt werden, welche in Abhängigkeit der Höhe der Verstimmung der Phase die Ladevorrichtung entweder abschalten oder in einen anderen, geregelten Betrieb überführen kann. Alternativ oder zusätzlich kann eine Signallampe, die das Vorhandensein eines Fremdkörpers signalisiert, angesteuert werden.
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2 zeigt ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel. Während in 1 die Sensorspulenanordnung SSA aus einer einzigen Sensorspule Ls besteht, umfasst die Sensorspulenanordnung SSA gemäß dem Ausführungsbeispiel in 2 beispielhaft zwei Sensorspulen Ls1, Ls2. Prinzipiell kann die Anzahl der Sensorspulen beliebig gewählt werden. Vor und nach jeder Sensorspule LS1 bzw. LS2 ist jeweils ein Schaltelement SL1 bzw. SL2 angeordnet, welche über ein Steuersignal Sig1 bzw. Sig2 gleichzeitig geöffnet oder geschlossen werden. Die Schaltelemente SL1, welche der Sensorspule Ls1 zugeordnet sind sowie die Schaltelemente SL2, welche der Sensorspule Ls2 zugeordnet sind, werden über die Signale Sig1, Sig2 derart angesteuert, dass zu einem gegebenen Zeitpunkt gerade eine Sensorspule (hier: Ls1) mit dem ersten Eingang des Synchrongleichrichters SG gekoppelt ist. Die Schaltelemente SL1, SL2 werden nach Art eines „Zeitmultiplex“ angesteuert.
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Alternativ kann anstelle der in 2 gezeigten Schaltung auch ein Multiplexer vorgesehen sein, welcher mit dem zweiten Eingang des Synchrongleichrichters SG verbunden ist, und die Sensorspulen Ls1, Ls2 sequenziell mit dem zweiten Eingang des Synchrongleichrichters SG verbindet.
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Werden die Sensorspulen Ls1, Ls2 an unterschiedlichen Orten relativ zu der felderzeugenden Spule Lp angeordnet, so ist nicht nur das Vorhandensein eines Fremdkörpers detektierbar, sondern es ist auch anhand des bekannten Orts der jeweiligen Sensorspule der Ort des Fremdkörpers ermittelbar, da die Verstimmung am Ort einer (oder auch mehrerer) Sensorspule(n) erfolgt.
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3 zeigt die in 1 dargestellte Schaltungsanordnung der H-Brücke und den Resonanzkreis, bestehend aus dem Kondensator CP und der Spule Lp. Eine so genannte integrale Sensorspule Li, welche die felderzeugende Spule Lp vorzugsweise kreuzungsfrei umläuft, ist mit einem Eingang eines Frequenz-Diskriminators FD verbunden. Hier wird die Auswerteschaltungs AS beispielhaft durch den Frequenz-Diskriminator FD repräsentiert. Ein anderer Eingang des Frequenz-Diskriminators FD ist mit einem Referenzoszillator ROSZ verbunden. Am Ausgang des Frequenz-Diskriminators FD ist eine Differenzfrequenz df zwischen der aktueller Resonanzfrequenz und der Frequenz des Referenzoszillators ROSZ messbar. Diese stellt wiederum ein Maß für die Verstimmung des Resonanzkreises infolge eines im Bereich der felderzeugenden Spule Lp angeordneten Fremdkörpers dar.
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4 zeigt eine Ausführungsform der beteiligten Spulen, der felderzeugenden Spule Lp sowie den Sensorspulen Li und Ls in einer möglichen erfindungsgemäßen Anordnung. Die jeweils flach gewickelten Spulen Lp, Li und Ls können in runder, elliptischer oder rechteckiger Wicklungsform (siehe links in 4) ausgebildet sein. Beispielsweise bilden diese so eine rechteckige Ladefläche als Induktionsfeld, indem um die Spule Lp mehrere Sensorspulen Ls (hier beispielsweise sechs Sensorspule Ls) und eine Sensorspule Li regelmäßig angeordnet sind.
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5 verdeutlicht die Ausführungsform der beteiligten Spulenanordnung von 4, in welcher Weise zwei Fremdkörper FO1 und FO2 beispielhaft auf dem die Ladefläche bildenden Induktionsfeld angeordnet sein könnten, um von der erfindungsgemäßen Anordnung detektiert zu werden.
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6 zeigt die aus dem Stand der Technik bekannte Schaltungsanordnung eines selbstschwingenden Oszillators (OSZ). Die in 6 dargestellte Schaltungsanordnung ist als Gegentaktoszillator bekannt. Dieser besteht aus zwei Meißner-Oszillatoren. Die Schaltungsanordnung umfasst einen Parallelschwingkreis mit zwei Spulen Lp1, Lp2 und einem Kondensator Cp. An dem Knotenpunkt zwischen den beiden Spulen ist eine Versorgungsspannung UB angelegt. Ein Knotenpunkt K1 zwischen der Spule Lp1 und dem Kondensator Cp ist über ein Halbleiterschaltelement T1 mit einem Bezugspotential BP verbunden. In entsprechender Weise ist ein Knotenpunkt K2 zwischen der Spule Lp2 und dem Kondensator Cp über ein Halbleiterschaltelement T2 mit einem Bezugspotential BP gekoppelt. Das Bezugspotential BP wird vorzugsweise durch einen Masseanschluss bereitgestellt. Die Halbleiterschaltelemente sind als Bipolartransistoren ausgebildet. Der Basisanschluss des Transistors T1 ist mit einem aus den Widerständen R1, R2 gebildeten ohmschen Spannungsteiler und mit einem aus den Kondensatoren C1, C2 gebildeten kapazitiven Spannungsteiler verbunden. Die beiden Spannungsteiler sind zwischen dem Knotenpunkt K1 der Spule Lp2 und dem Kondensator Cp des Parallelschwingkreises und dem Bezugspotential BP verschaltet. Analog hierzu ist der Basisanschluss des Transistors T2 mit einem ohmschen Spannungsteiler R3, R4 und einem kapazitiven Spannungsteiler C3, C4 verbunden. Die beiden Spannungsteiler sind zwischen dem Knotenpunkt K2 der Spule Lp1 und dem Kondensator Cp des Parallelschwingkreises und dem Bezugspotential BP verschaltet.
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Im Moment des Anschließens der Versorgungsspannung UB sind alle Kondensatoren Cp, C1, C2, C3, C4 ungeladen, wodurch ein pulsförmiger Gesamtstrom durch die Schaltungsanordnung fließt. Dieser Gesamtstrom setzt sich aus Stromanteilen der Kollektorströme der Gegentakt-Transistoren T1, T2 und der Stromanteile der kapazitiven Spannungsteiler C1, C2 bzw. C3, C4 zusammen. Eine stets vorhandene geringfügige Unsymmetrie der Zweige des Gegentaktoszillators führt dazu, dass das Spannungspotential, entweder des Knotens K1 oder K2 der Spulenanordnung Lp1, Lp2 über die Transistoren T1, T2 zum Bezugspotential BP absinkt und gleichzeitig der Gegenzweig zunehmend weniger Strom führt. Der Gegenzweig bewirkt damit ein positives Potential am zugehörigen Spulenanschluss. Hierdurch wird der Schwingkreiskondensator C geladen. Durch die anliegende Versorgungsspannung UB wird gleichfalls in der Spulenanordnung Lp1, Lp2 ein Stromfluss hervorgerufen, der den Kondensator entlädt.
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Die Stärke dieses Entladestroms steigt zunächst stärker, dann langsamer an. Der ansteigende Strom erhöht den Fluss in der Spulenanordnung Lp1, Lp2. Hierdurch induziert die Spulenanordnung Lp1, Lp2 eine Spannung, die ihrer Ursache entgegenwirkt. Während sich die Spannung immer stärker verringert, bis sie schließlich Null wird, erreicht die Stromstärke ein Maximum. Gleichzeitig ist die magnetische Feldstärke der Spulenanordnung Lp1, Lp2 maximal und der Kondensator ist völlig entladen. Die gesamte Energie ist damit als Energie des magnetischen Felds in der Spulenanordnung Lp1, Lp2 in der Spule gespeichert.
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Sobald der Strom den Höhepunkt erreicht hat, nimmt er ab, was dazu führt, dass die magnetische Flussdichte in der Spulenanordnung Lp1, Lp2 absinkt. Es entsteht eine Induktionsspannung, die ihrer Ursache entgegenwirkt, so dass die Stromstärke zunächst nur langsam abnimmt und der Schwingkreiskondensator Cp entgegengesetzt aufgeladen wird. Die Spannung am Schwingkreiskondensator Cp nimmt nun wieder zu, jedoch nun mit entgegengesetzter Polung. Während die Stromstärke im Schwingkreiskondensator Cp wieder absinkt, erhält der Schwingkreiskondensator Cp erneute Ladung, d.h. elektrische Energie aus dem magnetischen Feld der Spule. Dem Parallelschwingkreis wird somit ein Teil seiner verlorenen Energie ausgleichend durch die Gegentakttransistoren T1, T2 zugeführt.
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Ein solche, wie in 6 gezeigte, Ladevorrichtung wird zur Ladung des Energiespeichers eines tragbaren elektrischen Geräts, wie z.B. eines Mobilfunktelefons, eines Audio- und/oder Videoplayers, eines Smartphones, eines Tablet-PCs, usw. verwendet. Die in den nachfolgenden 7 bis 9 beschriebenen Ausführungsbeispiele basieren auf dem Gegentaktoszillator OSZ als Energieerzeugungseinheit.
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7 zeigt eine Ausführungsform nach 2, in der die bekannte Schaltungsanordnung des Gegentaktoszillators OSZ nach 6 in einfacher Weise mit einem Synchrongleichrichter SG, bestehend aus einem phasenempfindlichen Dioden-Gleichrichternetzwerk aus Dioden D1 bis D5, verbunden ist. Die beispielhaft zwei Sensorspulen Ls1 und Ls2 sind mit ihren zugeordneten Schaltelementen SL1 bzw. SL2 mit dem ersten Eingang E1 des Synchrongleichrichters SG verbunden. Der Gegentaktoszillator OSZ ist an dem Knotenpunkt K1 über einen Kondensator C5 und einen Widerstand R5 mit dem zweiten Eingang E2 des Synchrongleichrichters SG verbunden. Entsprechend ist der Gegentaktoszillator OSZ an dem Knotenpunkt K2 über einen Kondensator C6 und einen Widerstand R6 mit dem zweiten Eingang E3 des Synchrongleichrichters SG verbunden. An einem Ausgang A werden die zugehörigen Eingangsgrößen zur Bestimmung der Ausgangsspannung Uo gemessen. Die Anordnung könnte auch mit einer anderen Anzahl an Sensorspulen Ls bzw. Li realisiert werden.
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8 zeigt ein Ausführungsbeispiel, in dem beispielhaft zwei Sensorspulen Ls1 und Ls2 mit einem Frequenz-Diskriminator FD verbunden sind, wobei die Pegelanpassung für den digitalen Frequenz-Diskriminator durch einen zwischengeschalteten Komparator K erfolgt und seine Ausgangsfrequenz mit einer Refenenz-Frequenz durch den Referenzoszillator ROSZ, bestehend aus Gatter G1 und einem Quarz sowie Kondensatoren C7 und C8, durch ein Gatter G2 verglichen wird. Die am Ausgang von dem Gatter G2 entstehende Differenz- und Summenfrequenz wird mit an einem Gatter G3 angeschlossenen RC-Filtern R7-C9 und R8-C10 so aufbereitet, dass am Ausgang nur die Differenzfrequenz df zu messen ist. Anstelle der gezeigten zwei Sensorspulen Ls1, Ls2 kann erfindungsgemäß auch anstatt dieser nur eine einzelne Integral-Sensorspule Li an den Eingang des Komparators angeschlossen sein.
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9 zeigt eine weitere Ausführungsform der Ladevorrichtung nach 8, wobei der Frequenz-Diskriminator FD direkt am Schwingkreis des Gegentaktoszillators OSZ nach 6 angeschlossen ist. Zur Pegelanpassung für den Eingang des digitalen Frequenz-Diskriminators FD ist ein Diodenbegrenzer D6, D7 mit dem Versorgungspotential VD verbunden.
