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Stand der Technik
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Es ist bereits ein Handwerkzeugakku mit einer Ladespule und einem Brückengleichrichter vorgeschlagen worden.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung geht aus von einem Handwerkzeugakku mit einer Ladespule und einem Brückengleichrichter.
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Es wird vorgeschlagen, dass der Brückengleichrichter zumindest zwei Gleichrichtmittel zur synchronen Gleichrichtung aufweist. Unter einer „Ladespule“ soll insbesondere eine Spule verstanden werden, die bei einem Ladevorgang eine induktiv übertragene Energie zur Ladung von Akkuzellen des Handwerkzeugakkus empfängt. Vorzugsweise empfängt die Ladespule die Energie von einem Induktivladegerät, das von dem Handwerkzeugakku getrennt ausgebildet ist. Insbesondere soll unter einem „Brückengleichrichter“ eine Schaltung verstanden werden, die dazu vorgesehen ist, eine von der Ladespule als Wechselspannung abgegebene Energie in eine Gleichspannung umzuwandeln. Vorzugsweise weist der Brückengleichrichter vier Gleichrichtmittel auf. Vorzugsweise ist jedes Gleichrichtmittel wirkungsmäßig zwischen einem Anschluss der Ladespule und einem von zwei Gleichspannungspotenzialen des Brückengleichrichters angeordnet, so dass jeder Anschluss der Ladespule wirkungsmäßig über eines der Gleichrichtmittel mit jedem der Gleichspannungspotenziale verbunden ist. Unter „vorgesehen“ soll insbesondere speziell elektrisch leitend verbunden, programmiert, ausgelegt und/oder speziell ausgestattet verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion vorgesehen ist, soll insbesondere verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt. Insbesondere soll unter einem „Gleichrichtmittel“ ein Mittel verstanden werden, das dazu vorgesehen ist, eine Energie von einem der Anschlüsse der Ladespule auf eines der Gleichspannungspotenziale zu übertragen. Vorzugsweise ist das Gleichrichtmittel zur synchronen Gleichrichtung als ein Transistor ausgebildet. Alternativ könnte das Gleichrichtmittel zur synchronen Gleichrichtung als ein anderes, dem Fachmann als sinnvoll erscheinendes Mittel ausgebildet sein, vorzugsweise jedoch als ein Operationsverstärker und/oder als ein Relais. Insbesondere ist das Gleichrichtmittel als ein Leistungstransistor ausgebildet. Insbesondere ist das Gleichrichtmittel dazu vorgesehen, Gleichströme größer als 2 Ampère, vorteilhaft größer als 5 Ampère, besonders vorteilhaft größer als 10 Ampère, zu leiten. Vorteilhaft ist das Gleichrichtmittel als ein p-Kanal-MOSFET oder als ein n-Kanal-MOSFET ausgebildet. Beispielsweise könnte das Gleichrichtmittel als ein Si7617DN-Transitor oder als ein Si7686DP-Transitor ausgebildet sein. Alternativ könnte das Gleichrichtmittel als ein anderer, dem Fachmann als sinnvoll erscheinender Transistor ausgebildet sein. Des Weiteren weist der Brückengleichrichter vorteilhaft weitere, insbesondere zwei weitere, unsynchrone Gleichrichtmittel auf, die bevorzugt als Dioden ausgebildet sind. Unter einer „synchronen Gleichrichtung“ soll insbesondere eine Gleichrichtung verstanden werden, bei der zumindest die zwei Gleichrichtmittel zumindest im Wesentlichen gleichzeitig mit einer Änderung eines Potenzials zwischen den zwei Anschlüssen der Ladespule geschaltet werden. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Handwerkzeugakkus können besonders geringe Verluste und dadurch eine vorteilhaft geringe Wärmeentwicklung bei einem induktiven Ladevorgang erreicht werden. Des Weiteren kann eine Entladung der Akkuzellen durch den Brückengleichrichter vermieden werden, insbesondere durch Leckströme von Schottkydioden eines passiven Brückengleichrichters.
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In einer weiteren Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass der Brückengleichrichter eine Abschaltvorrichtung aufweist, die dazu vorgesehen ist, die zumindest zwei Gleichrichtmittel, die insbesondere mit einem selben Gleichspannungspotenzial verbunden und/oder zur synchronen Gleichrichtung vorgesehen sind, zumindest in einem Leerlaufbetrieb gleichzeitig passiv zu schalten, wodurch besonders geringe Verluste und dadurch eine vorteilhaft geringe Wärmeentwicklung in dem Leerlaufbetrieb erreicht werden können. Dadurch weisen die Akkuzellen des Handwerkzeugakkus bei einem Entnehmen des Handwerkzeugakkus aus dem Induktivladegerät eine vorteilhaft geringe Temperatur auf, wodurch der Handwerkzeugakku zeitnah vorteilhaft belastet werden kann. Unter einer „Abschaltvorrichtung“ soll insbesondere eine Vorrichtung verstanden werden, die dazu vorgesehen ist, einen Energieverbrauch in zumindest einem Betriebszustand durch eine Deaktivierung zumindest eines Mittels des Handwerkzeugakkus zu senken. Vorzugsweise reduziert die Abschaltvorrichtung in einem Leerlaufbetrieb einen Energieverbrauch einer Steuervorrichtung, die dazu vorgesehen ist, die Gleichrichtmittel anzusteuern. Insbesondere vermeidet die Abschaltvorrichtung einen Verlust einer Leistung, die zu einer Ansteuerung der Gleichrichtmittel bei einem Gleichrichtbetrieb aufgebracht wird. Insbesondere soll unter einem „Leerlaufbetrieb“ ein Betriebszustand verstanden werden, bei dem der Handwerkzeugakku induktiv mit dem Induktivladegerät gekoppelt ist und keine wesentliche Energie von dem Induktivladegerät auf den Handwerkzeugakku übertragen wird, beispielsweise weil die Akkuzellen des Handwerkzeugakkus vollständig geladen sind. Insbesondere kommuniziert eine Steuereinheit des Handwerkzeugakkus mit dem Induktivladegerät in dem Leerlaufbetrieb durch eine Beeinflussung der induktiven Kopplung zwischen der Ladespule und dem Induktivladegerät während des Leerlaufbetriebs. Unter der Wendung „gleichzeitig passiv schalten“ soll insbesondere verstanden werden, dass die Steuervorrichtung eine Leitfähigkeit der Gleichrichtmittel während eines Leerlaufbetriebs unverändert lässt. Insbesondere erfolgt eine Gleichrichtung der Energie der Ladespule über Bodydioden der Gleichrichtmittel und/oder über parallel zu den synchronen Gleichrichtmitteln angeordnete passive Gleichrichtmittel.
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Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass an einem Leistungsanschluss der zwei Gleichrichtmittel jeweils ein selbes Gleichspannungspotenzial anliegt, wodurch eine besonders effektive Gleichrichtung möglich ist. Unter einem „Leistungsanschluss“ soll insbesondere eine Schnittstelle eines Bauteils verstanden werden, die dazu vorgesehen ist, eine elektrische Leistung von der Spule zu den Akkuzellen zu übertragen. Vorteilhaft ist der Leistungsanschluss dazu vorgesehen, mit einem anderen Bauteil der Handwerkzeugmaschine, insbesondere einer Leiterplatte, elektrisch leitend verbunden zu werden. Alternativ könnte der Leistungsanschluss zur Verbindung zweier Funktionseinheiten innerhalb eines integrierten Bauteils vorgesehen sein. Insbesondere soll darunter, dass „ein selbes Gleichspannungspotenzial anliegt“, verstanden werden, dass die zwei Anschlüsse der Gleichrichtmittel mittels eines Leiters, insbesondere einer Leiterplatte, leitend verbunden sind, wodurch die Anschlüsse eine im Wesentlichen gleiche Spannung aufweisen.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass der Brückengleichrichter Steuermittel umfasst, die Steuersignale der Gleichrichtmittel erzeugen, wodurch die Gleichrichtmittel vorteilhaft niederohmig angesteuert werden können. Unter einem „Steuermittel“ soll insbesondere ein Mittel verstanden werden, das dazu vorgesehen ist, ein anderes Mittel, insbesondere eines der Gleichrichtmittel, anzusteuern. Insbesondere erzeugt das Steuermittel ein Steuersignal des Gleichrichtmittels. Vorzugsweise ist das Steuermittel als ein, dem Fachmann als sinnvoll erscheinendes Mittel, vorteilhaft jedoch als ein Operationsverstärker, als ein Relais, als ein hierfür vorgesehenes IC und/oder besonders vorteilhaft als ein Transistor, ausgebildet. Bevorzugt ist das Steuermittel als ein Kleinsignaltransistor ausgebildet. Insbesondere weist der Kleinsignaltransistor eine Eingangskapazität (Ciss) kleiner als 1000 pF, vorteilhaft kleiner als 500 pF, besonders vorteilhaft kleiner als 200 pF, auf. Bevorzugt ist das Steuermittel als ein MOSFET, insbesondere als ein p-Kanal-MOSFET oder als ein n-Kanal-MOSFET ausgebildet. Alternativ könnte das Steuermittel als ein anderer, dem Fachmann als sinnvoll erscheinender Transistor ausgebildet sein. Vorzugsweise sind die Steuermittel jeweils als ein diskretes Bauteil ausgebildet. Alternativ könnten die Steuermittel Bestandteil eines gemeinsamen integrierten Bauteils oder jeweils eines einzelnen integrierten Bauteils sein. Insbesondere soll unter einem „Steuersignal“ ein Signal verstanden werden, das an einem Steueranschluss eines Gleichrichtmittels anliegt und dessen Änderung in zumindest einem Betriebszustand einen Widerstand zwischen zwei Leistungsanschlüssen des Gleichrichtmittels verändert. Unter einem „Steueranschluss eines Gleichrichtmittels“ soll insbesondere ein Gateanschluss eines (MOS)FETs oder ein Basisanschluss eines bipolaren Transistors verstanden werden. Unter „Leistungsanschlüssen eines Gleichrichtmittels“ soll insbesondere ein Drain-Anschluss und/oder ein Source-Anschluss eines (MOS)FETs oder ein Kollektoranschluss und/oder ein Emitter-Anschluss eines bipolaren Transistors verstanden werden.
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Zudem wird vorgeschlagen, dass die Steuermittel die Steuersignale zumindest in dem Leerlaufbetrieb auf eine Abschaltspannung einstellen, wodurch in dem Leerlaufbetrieb besonders geringe Verluste erreicht werden können. Unter einer „Abschaltspannung“ soll insbesondere eine Spannung verstanden werden, die dazu geeignet ist, an dem Steueranschluss des Gleichrichtmittels anliegend einen Pfad zwischen den zwei Leistungsanschlüssen des Gleichrichtmittels hochohmig zu schalten.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, dass der Brückengleichrichter zumindest eine Spannungsbegrenzungsvorrichtung aufweist, die Maximalwerte von Steuersignalen der Gleichrichtmittel in einem Gleichrichtbetrieb begrenzt, wodurch ein Überlasten der Gleichrichtmittel vorteilhaft vermieden werden kann. Insbesondere soll unter einem „Maximalwert eines Steuersignals“ eine maximal zwischen dem Steueranschluss und einem der Leistungsanschlüsse des Gleichrichtmittels anliegende Spannung verstanden werden. Unter einem „Gleichrichtbetrieb“ soll insbesondere ein aktiver Betriebszustand des Brückengleichrichters verstanden werden. Insbesondere soll unter dem Begriff „begrenzen“ verstanden werden, dass die Spannungsbegrenzungsvorrichtung ein Anliegen einer höheren Spannung als der Maximalwert verhindert.
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In einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Spannungsbegrenzungsvorrichtung zumindest ein Spannungsreferenzmittel umfasst, wodurch eine konstruktiv besonders einfache Spannungsbegrenzungsvorrichtung möglich ist. Unter einem „Spannungsreferenzmittel“ soll insbesondere ein Mittel verstanden werden, das dazu vorgesehen ist, eine Referenzspannung bereitzustellen. Vorteilhaft verursacht das Spannungsreferenzmittel in zumindest einem Betriebszustand eine Referenzspannung, die zumindest bei einem Betrieb zumindest im Wesentlichen von einem das Spannungsreferenzmittel durchfließenden Strom unabhängig ist. Das Spannungsreferenzmittel ist als ein, dem Fachmann als sinnvoll erscheinendes Spannungsreferenzmittel, vorteilhaft jedoch als ein integriertes Bauteil (z. B. TL431) oder besonders vorteilhaft als eine Zenerdiode ausgebildet. Unter einer „Zenerdiode“ soll insbesondere eine Diode verstanden werden, die dazu vorgesehen ist, ab einer in Sperrrichtung der Diode anliegenden, vorgesehenen Spannung einen wesentlichen Strom durchzulassen, insbesondere aufgrund des Zener-Effekts und/oder des Avalanche-Durchbruchs.
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In einer weiteren Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass die Abschaltvorrichtung zumindest einen Abschalttransistor aufweist, der von einem Abschaltsignal abhängig zumindest die Steuermittel beeinflusst, wodurch konstruktiv einfach ein Leerlaufbetrieb erreicht werden kann. Unter einem „Abschalttransistor“ soll insbesondere ein Transistor verstanden werden, der dazu vorgesehen ist, ein Erzeugen zumindest des Steuersignals durch die Steuermittel zu beeinflussen, so dass diese als Steuersignal eine Abschaltspannung ausgeben. Insbesondere soll unter einem „Abschaltsignal“ ein elektrisches Signal verstanden werden, das in zumindest einem Betriebszustand, beispielsweise wenn der Handwerkzeugakku vollständig geladen ist, eine synchrone Gleichrichtung durch den Brückengleichrichter unterbricht. Vorzugsweise erzeugt die Steuereinheit des Handwerkzeugakkus das Abschaltsignal.
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Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass der Brückengleichrichter eine Ansteuerschaltung umfasst, die dazu vorgesehen ist, die Gleichrichtmittel von ihrer Schaltspannung abhängig anzusteuern, wodurch eine konstruktiv einfache Steuerung möglich ist. Vorzugsweise ist die Ansteuerschaltung zumindest teilweise als ein integriertes Bauelement ausgebildet. Insbesondere soll unter einer „Schaltspannung“ eine Spannung verstanden werden, die zwischen den zwei Leistungsanschlüssen des Gleichrichtmittels anliegt. Insbesondere schaltet die Ansteuerschaltung eines der Gleichrichtmittel durch, wenn sich eine Polarität der Schaltspannung verändert. Insbesondere soll unter der Wendung „von einer Schaltspannung abhängig ansteuern“ verstanden werden, dass die Ansteuerschaltung eine Spannung zwischen den Leistungsanschlüssen des Gleichrichtmittels misst und von der gemessenen Spannung abhängig den Steueranschluss dieses Gleichrichtmittels ansteuert.
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Der erfindungsgemäße Handwerkzeugakku soll hierbei nicht auf die oben beschriebenen Anwendungen und Ausführungsformen beschränkt sein. Insbesondere kann der erfindungsgemäße Handwerkzeugakku zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten abweichende Anzahl aufweisen.
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Zeichnung
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Es zeigen:
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1 einen erfindungsgemäßen Handwerkzeugakku mit einer Ladespule und einem Brückengleichrichter,
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2 einen Schaltplan eines ersten Ausführungsbeispiels des Brückengleichrichters aus 1 und
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3 einen Schaltplan eines zweiten Ausführungsbeispiels des Brückengleichrichters aus 1.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt einen erfindungsgemäßen Handwerkzeugakku 10a mit einer Ladespule 12a, einer Elektronik 44a, Akkuzellen 46a und einer Handwerkzeugschnittstelle 48a. Die Handwerkzeugschnittstelle 48a ist dazu vorgesehen, mit einem nicht näher dargestellten Handwerkzeug verbunden eine Energie aus den Akkuzellen 46a an das Handwerkzeug zu übertragen. Die Akkuzellen 46a sind als lithiumbasierte Akkuzellen ausgebildet. Die Elektronik 44a umfasst zumindest eine Leiterplatte und von der Leiterplatte kontaktierte Bauelemente. Die Bauelemente bilden zumindest einen Brückengleichrichter 14a und eine Steuereinheit des Handwerkzeugakkus 10a. Die Ladespule 12a ist dazu vorgesehen, eine mittels eines magnetischen Wechselfelds übertragene Energie von einem Induktivladegerät zu empfangen und mittels einer Wechselspannung an den Brückengleichrichter 14a auszugeben.
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2 zeigt den Brückengleichrichter 14a des Handwerkzeugakkus 10a. Der Brückengleichrichter 14a weist zwei steuerbare Gleichrichtmittel 16a, 18a, zwei passive Gleichrichtmittel 50a, 52a, eine Abschaltvorrichtung 24a, zwei Spannungsbegrenzungsvorrichtungen 34a und eine Steuervorrichtung 54a auf.
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Ein erstes der Gleichrichtmittel 16a und ein zweites der Gleichrichtmittel 18a sind zur synchronen Gleichrichtung vorgesehen. Das erste Gleichrichtmittel 16a und das zweite Gleichrichtmittel 18a sind als n-Kanal-MOSFETs ausgebildet. Das erste Gleichrichtmittel 16a und das zweite Gleichrichtmittel 18a weisen jeweils einen Steueranschluss 56a, hier einen Gateanschluss, und zwei Leistungsanschlüsse 26a, 60a, hier einen Drain-Anschluss und einen Source-Anschluss, auf. Jeweils ein erster der Leistungsanschlüsse 26a der Gleichrichtmittel 16a, 18a, hier der Source-Anschluss, liegt an einem gleichen negativen Gleichspannungspotenzial 62a an, hier im Wesentlichen einem negativen Akkuspannungspotenzial der Akkuzellen 46a. Jeweils zweite der Leistungsanschlüsse 60a der Gleichrichtmittel 16a, 18a, hier der Drain-Anschlüsse, sind mit jeweils einem Anschluss 64a, 66a der Ladespule 12a verbunden. Dazu weist die Ladespule 12a Koppelkondensatoren 68a auf.
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Ein drittes der Gleichrichtmittel 50a und ein viertes der Gleichrichtmittel 52a sind als Dioden, vorteilhaft als Schottky-Dioden, ausgebildet. Das dritte Gleichrichtmittel 50a und das vierte Gleichrichtmittel 52a weisen jeweils zwei Leistungsanschlüsse 70a, 72a auf. Einer der Leistungsanschlüsse 70a ist jeweils mit einem der Anschlüsse 64a, 66a der Ladespule 12a verbunden. Der andere der Leistungsanschlüsse 72a ist jeweils mit einem gegenüber dem negativen Gleichspannungspotenzial 62a positiven Gleichspannungspotenzial 74a, hier im Wesentlichen einem positiven Akkuspannungspotenzial der Akkuzellen 46a, verbunden.
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Die Steuervorrichtung 54a ist dazu vorgesehen, das erste Gleichrichtmittel 16a und das zweite Gleichrichtmittel 18a anzusteuern. Die Steuervorrichtung 54a steuert das erste Gleichrichtmittel 16a und das zweite Gleichrichtmittel 18a jeweils von einer Spannung abhängig an, die an dem jeweils anderen der beiden Gleichrichtmittel 16a, 18a an einem der Leistungsanschlüsse 60a anliegt. Die Steuervorrichtung 54a weist ein erstes Steuermittel 30a und ein zweites Steuermittel 32a auf. Das erste Steuermittel 30a steuert das erste Gleichrichtmittel 16a von einer an dem zweiten Gleichrichtmittel 18a anliegenden Spannung der Ladespule 12a abhängig an. Das zweite Steuermittel 32a steuert das zweite Gleichrichtmittel 18a von einer an dem ersten Gleichrichtmittel 16a anliegenden Spannung der Ladespule 12a abhängig an. Die Steuermittel 30a, 32a sind dazu vorgesehen, das erste Gleichrichtmittel 16a und das zweite Gleichrichtmittel 18a von Signalen der Abschaltvorrichtung 24a und der Spannungsbegrenzungsvorrichtung 34a abhängig anzusteuern. Dazu sind die Abschaltvorrichtung 24a und die Spannungsbegrenzungsvorrichtung 34a mit jeweils einem Steueranschluss 58a des Steuermittels 30a, 32a verbunden.
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Die Steuervorrichtung 54a begrenzt eine maximal an den Steueranschlüssen 56a der Gleichrichtmittel 16a, 18a anliegende Spannung, von der Spannungsbegrenzungsvorrichtung 34a abhängig. Die Spannungsbegrenzungsvorrichtung 34a weist zwei Spannungsreferenzmittel 36a und zwei Belastungswiderstände 76a auf. Die Spannungsreferenzmittel 36a sind als Zenerdioden ausgebildet. Die Spannungsreferenzmittel 36a weisen eine Referenzspannung, hier also eine Zenerspannung, auf, die unter einer maximalen Gate-Source-Spannung der Gleichrichtmittel 16a, 18a, hier 12 Volt, liegt. Die Belastungswiderstände 76a weisen einen Widerstand zumindest im Kiloohmbereich, vorteilhaft im Megaohmbereich, auf. Die Belastungswiderstände 76a sind, wie 2 zeigt, jeweils mit einem der Anschlüsse 64a, 66a der Ladespule 12a und einem der Spannungsreferenzmittel 36a verbunden. Die Steueranschlüsse 56a der Steuermittel 30a, 32a werden mit einer Spannung angesteuert, die zwischen den Belastungswiderständen 76a und einem der Spannungsreferenzmittel 36a anliegt, also einer Spannung mit einem Spannungsverlauf der an der Ladespule anliegenden Spannung, wobei ein maximaler Wert auf die Zenerspannung begrenzt ist.
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Während eines Gleichrichtbetriebs liegt zu einem Zeitpunkt an einem ersten der Anschlüsse 64a der Ladespule 12a eine positive Spannung 78a an und an einem zweiten der Anschlüsse 66a der Ladespule 12a eine negative Spannung 80a an.
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Bei einem Gleichrichtbetrieb sind das dritte Gleichrichtmittel 50a und das vierte Gleichrichtmittel 52a leitend, sobald an ihnen die positive Spannung 78a der Anschlüsse 64a, 66a der Ladespule 12a anliegt.
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Das erste Gleichrichtmittel 16a, an dem zu diesem Zeitpunkt die positive Spannung 78a anliegt, ist von der Steuervorrichtung 54a hochohmig geschaltet. An dem Steueranschluss 56a des ersten Gleichrichtmittels 16a liegt im Wesentlichen die negative Spannung 80a an, da eine Bodydiode 82a des ersten Steuermittels 30a, das das erste Gleichrichtmittel 16a ansteuert, den Steueranschluss 56a des ersten Gleichrichtmittels 16a entlädt.
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Das zweite steuerbare Gleichrichtmittel 18a, an dem die negative Spannung 80a anliegt, ist von der Steuervorrichtung 54a leitend geschaltet. An dem Steueranschluss 56a des zweiten, zu diesem Zeitpunkt leitenden Gleichrichtmittels 18a liegt im Wesentlichen die Referenzspannung eines der Spannungsreferenzmittel 36a an, da ein zweites der Steuermittel 32a, das das zweite, zu diesem Zeitpunkt leitende Gleichrichtmittel 18a ansteuert, so lange die positive Spannung 80a durchschaltet, bis der Steueranschluss 56a dieses Gleichrichtmittels 18a im Wesentlichen bis zur Zenerspannung des Spannungsreferenzmittels 36a geladen ist.
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Die Abschaltvorrichtung 24a ist dazu vorgesehen, eine synchrone Gleichrichtung der Energie der Ladespule 12a zu unterbrechen. Dazu sperrt die Abschaltvorrichtung 24a in einem Leerlaufbetrieb das erste Gleichrichtmittel 16a und das zweite Gleichrichtmittel 18a gleichzeitig, indem die Abschaltvorrichtung 24a das erste Gleichrichtmittel 16a und das zweite Gleichrichtmittel 18a gleichzeitig hochohmig schaltet. Dazu stellen die Steuermittel 30a, 32a Steuersignale des ersten Gleichrichtmittels 16a und des zweiten Gleichrichtmittels 18a gleichzeitig auf eine Abschaltspannung ein. Dazu weist die Abschaltvorrichtung 24a Abschalttransistoren 38a auf. Die Abschalttransistoren 38a sind dazu vorgesehen, von einem Abschaltsignal abhängig das Spannungsreferenzmittel 36a kurzzuschließen. Dadurch wird eine maximal an den Steueranschlüssen 56a der steuerbaren Gleichrichtmittel 16a, 18a anliegende Spannung auf das Massepotenzial reduziert. Ein Schaltmittel 84a der Steuereinheit steuert die Abschalttransistoren 38a mittels eines Spannungsteilers 85a.
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In der 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Die nachfolgende Beschreibung und die Zeichnung beschränken sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen, wobei bezüglich gleich bezeichneter Bauteile, insbesondere in Bezug auf Bauteile mit gleichen Bezugszeichen, grundsätzlich auch auf die Zeichnungen und/oder die Beschreibung des anderen Ausführungsbeispiels der 1 und 2 verwiesen werden kann. Zur Unterscheidung der Ausführungsbeispiele ist der Buchstabe a den Bezugszeichen des Ausführungsbeispiels in den 1 und 2 nachgestellt. In dem Ausführungsbeispiel der 3 ist der Buchstabe a durch den Buchstaben b ersetzt.
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3 zeigt einen Brückengleichrichter 14b eines Handwerkzeugakkus. Der Brückengleichrichter 14b weist vier Gleichrichtmittel 16b, 18b, 20b, 22b zur synchronen Gleichrichtung auf. Des Weiteren weist der Brückengleichrichter 14b eine Abschaltvorrichtung 24b und eine Spannungsbegrenzungsvorrichtung 34b und eine Ansteuerschaltung 42b auf.
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Der Brückengleichrichter 14b ist dazu vorgesehen, eine Energie in Form einer Wechselspannung, die zwischen Anschlüssen 64b, 66b einer Ladespule des Handwerkzeugakkus anliegt, in eine Energie in Form einer Gleichspannung mit einem negativen Gleichspannungspotenzial 62b und einem positiven Gleichspannungspotenzial 74b zu wandeln. Das negative Gleichspannungspotenzial 62b entspricht im Wesentlichen einer negativen Spannung von Akkuzellen des Handwerkzeugakkus und bildet eine Masse einer Elektronik des Handwerkzeugakkus. Das positive Gleichspannungspotenzial 74b entspricht im Wesentlichen einer positiven Spannung der Akkuzellen des Handwerkzeugakkus.
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Ein erstes der Gleichrichtmittel 16b und ein zweites der Gleichrichtmittel 18b sind als p-Kanal-MOSFETs ausgebildet. Das erste Gleichrichtmittel 16b und das zweite Gleichrichtmittel 18b sind zwischen Anschlüssen 64b, 66b einer Ladespule des Handwerkzeugakkus und dem positiven Gleichspannungspotenzial 74b angeordnet. Somit liegt an Leistungsanschlüssen 26b des ersten Gleichrichtmittels 16b und des zweiten Gleichrichtmittels 18b jeweils das gleiche positive Gleichspannungspotenzial 74b an. Eine Steuervorrichtung 54b des Brückengleichrichters 14b weist zwei Steuermittel 30b, 32b auf, die als p-Kanal-MOSFETs ausgebildet sind.
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Durch die Verwendung von p-Kanal-MOSFETs in diesem Ausführungsbeispiel kann der Schaltungsaufbau eines negativen Zweigs des Brückengleichrichters 14a des Ausführungsbeispiels der 1 und 2 auf einen positiven Zweig des Brückengleichrichters 14b des Ausführungsbeispiels der 3 übertragen werden.
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Zusätzlich weist die Steuervorrichtung 54b zwei Belastungswiderstände 86b auf, die dazu vorgesehen sind, die zwei Steuermittel 30b, 32b zu belasten, wenn an die Steuermittel 30b, 32b leitend geschaltet sind. Dadurch kann ein vorteilhafter Schutz gegen elektromagnetische Störungen erreicht werden. Die zwei Belastungswiderstände 86b der Steuervorrichtung 54b weisen einen hohen Widerstand, hier 100 kΩ, auf.
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Die Spannungsbegrenzungsvorrichtung 34b umfasst ein einzelnes Spannungsreferenzmittel 36b, zwei Dioden 88b, zwei Belastungswiderstände 76b und einen Filterkondensator 90b. Das Spannungsreferenzmittel 36b ist als eine Zenerdiode ausgebildet. In einem Gleichrichtbetrieb fließt über das Spannungsreferenzmittel 36b, eine der Dioden 88b und einen der Belastungswiderstände 76b ein Strom von dem positiven Gleichspannungspotenzial 74b zu dem Anschluss 64b, 66b der Ladespule, der zu diesem Zeitpunkt des Gleichrichtbetriebs ein negatives Potenzial aufweist. Dadurch fällt an dem Spannungsreferenzmittel 36b eine Referenzspannung ab. Die Referenzspannung bildet ein Steuersignal des Steuermittels 30b, 32b, das das Gleichrichtmittel 16b, 18b durchschaltet, an dem das positive Potenzial der Anschlüsse 64b, 66b der Ladespule anliegt. Die Belastungswiderstände 76b weisen einen sehr hohen Widerstand, hier 10 MΩ, auf. Der Filterkondensator 90b glättet eine zwischen dem Spannungsreferenzmittel 36b und den zwei Dioden 88b anliegende Spannung.
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Ein drittes der Gleichrichtmittel 20b und ein viertes der Gleichrichtmittel 22b sind als n-Kanal-MOSFETs ausgebildet. Das dritte Gleichrichtmittel 20b und das vierte Gleichrichtmittel 22b sind zwischen den Anschlüssen 64b, 66b der Ladespule und dem negativen Gleichspannungspotenzial 62b angeordnet. Somit liegt an den Leistungsanschlüssen 28b des dritten Gleichrichtmittels 20b und des vierten Gleichrichtmittels 22b jeweils das gleiche negative Gleichspannungspotenzial 62b an. Die Ansteuerschaltung 42b ist dazu vorgesehen, Spannungen zwischen den Anschlüssen 64b, 66b der Ladespule und dem negativen Gleichspannungspotenzial 62b zu messen. Dazu ist die Ansteuerschaltung 42b über jeweils einen Koppelwiderstand 92b mit den Anschlüssen 64b, 66b der Ladespule verbunden. Zudem ist die Ansteuerschaltung 42b mit dem negativen Gleichspannungspotenzial 62b verbunden. Die Ansteuerschaltung 42b ist als ein integrierter Schaltkreis ausgebildet, hier als ein Schaltkreis vom Typ TEA1795T.
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Die Abschaltvorrichtung 24b ist dazu vorgesehen, die vier Gleichrichtmittel 16b, 18b, 20b, 22b in einem Leerlaufbetrieb gleichzeitig passiv zu schalten. Dazu weist die Abschaltvorrichtung 24b zumindest einen ersten Abschalttransistor 38b und einen zweiten Abschalttransistor 40b auf.
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Ein Spannungsausgang 94b einer Steuereinheit des Handwerkzeugakkus versorgt die Ansteuerschaltung 42b bei dem Gleichrichtbetrieb mit einer Betriebsspannung. Wenn der Spannungsausgang 94b die Betriebsspannung in einem Leerlaufbetrieb abschaltet, sperrt die Ansteuerschaltung 42b das dritte und das vierte Gleichrichtmittel 20b, 22b.
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Der Spannungsausgang 94b der Steuereinheit des Handwerkzeugakkus steuert den ersten Abschalttransistor 38b. Dazu umfasst die Abschaltvorrichtung 24b einen Koppelwiderstand 96b, der einen hohen Widerstand von hier 1 MΩ, aufweist. Der erste Abschalttransistor 38b zieht bei dem Gleichrichtbetrieb ein Steuersignal des zweiten Abschalttransistors 40b im Wesentlichen auf das negative Gleichspannungspotenzial 62b.
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Der zweite Abschalttransistor 40b ist als ein n-Kanal-JFET ausgebildet. Der zweite Abschalttransistor 40b ist parallel zu dem Spannungsreferenzmittel 36b der Spannungsbegrenzungsvorrichtung 34b geschaltet. Wenn ein Steuersignal des zweiten Abschalttransistors 40b im Wesentlichen das negative Gleichspannungspotenzial 62b aufweist, ist der zweite Abschalttransistor 40b gesperrt. Somit kann die Spannungsbegrenzungsvorrichtung 34b wie oben beschrieben in einem Gleichrichtbetrieb arbeiten.
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Die Abschaltvorrichtung 24b umfasst einen Koppelwiderstand 98b, der zwischen einem Gate-Anschluss und einem Drain-Anschluss- oder Source-Anschluss des zweiten Abschalttransistors 40b angeordnet ist. Der zweite Abschalttransistor 40b ist leitend, wenn über den Koppelwiderstand 98b eine Spannung kleiner als ca. 2 Volt anfällt. Der zweite Abschalttransistor 40b überbrückt das Spannungsreferenzmittel 36b, wenn es leitend ist, und reduziert damit einen maximalen Wert von Steuersignalen des ersten Gleichrichtmittels 16b und des zweiten Gleichrichtmittels 18b so weit, dass diese lediglich unsynchron gleichrichten..
