DE102015104654B3

DE102015104654B3 - Energieversorgungsanordnung und deren Verwendung

Info

Publication number: DE102015104654B3
Application number: DE102015104654.7A
Authority: DE
Inventors: Rainer Staude; Rudolf Häußermann
Original assignee: Fujitsu Technology Solutions Intellectual Property GmbH
Current assignee: Fujitsu Technology Solutions Intellectual Property GmbH
Priority date: 2014-10-20
Filing date: 2015-03-26
Publication date: 2016-02-04
Anticipated expiration: 2035-03-27
Also published as: GB201703262D0; WO2016062459A1; US10379590B2; US20170300097A1; GB2546015A; GB2546015B

Abstract

Energieversorgungsanordnung, umfassend: – einen Versorgungseingang, der eine erste Spannung (VIN) mit einem maximalen Ausgangsstrom bereitstellt; – einen mit dem Versorgungseingang verbundenen ersten Spannungswandler zum Umwandeln der ersten Spannung (VIN) in eine zweite Spannung; – einen mit dem ersten Spannungswandler verbundenen Zwischenspeicher (12) zum Zwischenspeichern elektrischer Energie der zweiten Spannung; – wenigstens einen mit dem Versorgungseingang verbundenen ersten Versorgungsausgang (8, 38) zum Bereitstellen der ersten Spannung (VOUT1); – wenigstens einen mit dem Zwischenspeicher (12) verbundenen zweiten Versorgungsausgang (9, 39) zum Bereitstellen einer weiteren Versorgungsspannung (VOUT2); – eine Messeinrichtung zum Messen eines über den Versorgungseingang aufgenommenen und/oder eines über den ersten Versorgungsausgang (8, 38) abgegebenen Stroms; und – eine Steuerschaltung (22) zur Ansteuerung des ersten Spannungswandlers, wobei die Steuerschaltung (22) dazu eingerichtet ist, den ersten Spannungswandler basierend auf dem gemessenen Strom so anzusteuern, dass der über den wenigstens einen ersten Versorgungsausgang (8, 38) abgegebene und der von dem ersten Spannungswandler aufgenommene Strom zusammen den maximalen Ausgangsstrom nicht überschreiten.

Description

Die Erfindung betrifft eine Energieversorgungsanordnung, umfassend einen Versorgungseingang, der eine erste Spannung mit einem maximalen Ausgangsstrom bereitstellt, wenigstens einem ersten Versorgungsausgang und wenigstens einem zweiten Versorgungsausgang. Der Erfindung betrifft des Weiteren die Verwendung einer derartigen Energieversorgungsanordnung in einem Kassensystem und einem Powered-USB-Hostadapter.
Zusammen mit Personal Computern (PCs) für Kassensystemanwendungen (englisch: Point of Sales – POS) kommt spezielle Peripherie für POS-Anwendungen zum Einsatz. Diese Peripherie wird über ein spezielles Powered-USB-Kabel mit dem PC verbunden. Beim Einsatz von Geräten ohne internes Netzteil oder ohne speziellen Powered-USB-Anschluss, beispielsweise bei so genannten Tablet-Computern, wird derartige Peripherie gegebenenfalls über einen externen Powered-USB-Hostadapter betrieben. Diese Peripherie besitzt entweder eine 12 V- oder eine 24 V-Versorgungsspannung. Der Industriestandard Powered-USB wird beispielsweise in dem Dokument „Retail USB, USB PlusPower, USB +Power – Electro-Mechanical Specification, Version 0.8 g” der Website http://www.PoweredUSB.org beschrieben. Gegenüber konventionellen USB-Anschlüssen weisen Powered-USB-Anschlüsse zusätzliche Kontakte zur Stromversorgung von Powered-USB-Peripheriegeräten auf.
Ein Problem in diesem Umfeld ist, das die Powered-USB-Peripherie sehr hohe Spitzenleistung während dem Betrieb benötigt. Die Netzteile konventioneller PC-Standardsysteme, insbesondere sogenannter Thin-Clients, sind nicht ausgelegt, um zusätzlich die Spitzenleistung der Powered-USB-Geräte zu unterstützen. Bei der Verwendung von externen Powered-USB-Hostadaptern führt eine Dimensionierung für die Spitzenleistung zumindest in einem Betrieb mit einer sehr viel niedrigeren Leistung zu einer niedrigen Energieeffizienz.
Aus der WO 2008/079528 A2 ist eine Stromsensorvorrichtung und ein Verfahren zur unterbrechungsfreien Stromversorgung (USV) bekannt. Bei einer USV ist ein Stromsensor zum Steuern des Betriebs eines USV-Hauptstromkreis so in Serie mit einer Versorgungswechselspannung angeordnet, dass der Nettostrom von allen mit dem USV-Hauptstromkreis verbundenen Komponenten gemessen wird. Von einer Steuerschaltung empfangene Rückmeldungen von dem Stromsensor werden verwendet, um einen Betrieb der USV mit einem einheitlichen Leistungsfaktor zu erreichen. Die Lage und der Betrieb des Stromsensors sind an Einzel- und Dreiphasenbetrieb anpassbar.
Aus der US 5,087,871 A ist eine Stromversorgungseinrichtung mit einer zwischen einer eingangsseitigen Versorgungsspannung und einem ausgangsseitigen Speicherkondensator liegenden Einschaltstrombegrenzungsschaltung mit einem ersten Halbleiterschalter bekannt. Parallel zu dessen Schaltstrecke ist ein Parallelwiderstand und parallel zu dessen Steuerstrecke sind die Parallelschaltung aus einem ersten Kondensator und einem ersten Widerstand sowie die Schaltstrecke eines zweiten Halbleiterschalters angeordnet. Die Steuerelektrode des zweiten Halbleiterschalters ist an den Abgriff eines ersten Spannungsteilers mit einem parallel zu diesem liegenden zweiten Kondensator angeschlossen, wobei parallel zur Steuerstrecke des zweiten Halbleiterschalters die Schaltstrecke eines dritten Halbleiterschalters liegt, der in Abhängigkeit eines von einer Schwellwertschaltung gelieferten Steuerstromes beim Unterschreiten eines Schwellwertes der Versorgungsspannung gesperrt wird.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Energieversorgungsanordnungen und deren Verwendungen zu beschreiben, die einen energieeffizienten Betrieb von Peripheriegeräten, wie insbesondere Powered-USB-Geräten, mit unterschiedlichen Versorgungsspannungen gestatten, wobei eine Überlastung einer Versorgungsschaltung, insbesondere eines Netzteils eines konventionellen PC-Standardsystems, verhindert wird.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Energieversorgungsanordnung beschrieben. Die Energieversorgungsanordnung umfasst einen Versorgungseingang, der eine erste Spannung mit einem maximalen Ausgangsstrom bereitstellt, einen mit dem Versorgungseingang verbundenen ersten Spannungswandler zum Umwandeln der ersten Spannung in eine zweite Spannung und einen mit dem ersten Spannungswandler verbundenen Zwischenspeicher zum Zwischenspeichern elektrischer Energie der zweiten Spannung. Die Energieversorgungsanordnung umfasst des Weiteren wenigstens einen mit dem Versorgungseingang verbundenen ersten Versorgungsausgang zum Bereitstellen der ersten Spannung, wenigstens einen mit dem Zwischenspeicher verbundenen zweiten Versorgungsausgang zum Bereitstellen einer weiteren Versorgungsspannung sowie eine Messeinrichtung zum Messen eines über den Versorgungseingang aufgenommenen und/oder eines über den ersten Versorgungsausgang abgegebenen Stroms. Die Energieversorgungsanordnung umfasst des Weiteren eine Steuerschaltung zur Ansteuerung des ersten Spannungswandlers, wobei die Steuerschaltung dazu eingerichtet ist, den ersten Spannungswandler basierend auf dem gemessenen Strom so anzusteuern, dass der über den wenigstens einen ersten Versorgungsausgang abgegebene und der von dem ersten Spannungswandler aufgenommene Strom zusammen den maximalen Ausgangsstrom nicht überschreiten.
Eine derartige Anordnung dient unter anderem zum Zwischenspeichern wenigstens eines Teils einer über einen Versorgungseingang aufgenommenen Leistung in einen Zwischenspeicher. Von dem Versorgungseingang kann ein erster Versorgungsausgang direkt versorgt werden. Zugleich kann aus der in dem Zwischenspeicher zwischengespeicherten elektrischen Energie eine weitere Versorgungsspannung an einem zweiten Versorgungsausgang bereitgestellt werden, ohne dass Leistungsspitzen eines dort angeschlossenen Verbrauchers unmittelbar auf den Versorgungseingang durchschlagen. Dabei wird sowohl der direkt an dem ersten Versorgungsausgang als auch der mittelbar über den Zwischenspeicher an dem zweiten Versorgungsausgang abgegebene Strom für die Energieaufnahme an dem Versorgungseingang berücksichtigt, sodass eine Überlastung des Versorgungseingangs verhindert wird.
In wenigstens einer Ausgestaltung ist die Messeinrichtung zum Messen eines über den Versorgungseingang aufgenommenen Stroms eingerichtet und die Steuerschaltung umfasst einen Vergleicher, der dazu eingerichtet ist, den von der Messeinrichtung gemessenen Strom mit dem maximalen Ausgangsstrom zu vergleichen und den ersten Spannungswandler basierend auf dem Vergleich anzusteuern. Eine derartige Ausgestaltung ermöglicht eine besonders einfache Implementierung der Steuerschaltung durch analoge und/oder diskrete Schaltungskomponenten.
Gemäß wenigstens einer Ausgestaltung umfasst die Energieversorgungsanordnung weiter einen zwischen dem Zwischenspeicher und dem wenigstens einen zweiten Versorgungsausgang angeordneten zweiten Spannungswandler zum Umwandeln der zweiten Spannung in die weitere Versorgungsspannung. Durch Zwischenschaltung eines zweiten Spannungswandlers zwischen den Zwischenspeicher und den wenigstens einen zweiten Versorgungsausgang können Spannungseinbrüche an dem Zwischenspeicher auf Seiten des zweiten Versorgungsausgangs kompensiert werden, sodass es dort bei Lastspitzen zu keinem Spannungseinbruch kommt.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Verwendung einer Energieversorgungsanordnung gemäß dem ersten Aspekt in einem Kassensystem beschrieben. Das Kassensystem umfasst eine zentrale Datenverarbeitungseinheit mit einem Netzteil und wenigstens ein mit der zentralen Datenverarbeitungseinheit gekoppeltes Peripheriegerät. Dabei wird das Peripheriegerät von der zentralen Datenverarbeitungseinheit mit elektrischer Energie versorgt, und die Energieversorgungsanordnung ist zwischen das Netzteil der zentralen Datenverarbeitungseinheit und das wenigstens eine Peripheriegerät geschaltet. Dabei ist das Netzteil mit dem Versorgungseingang und das wenigstens eine Peripheriegerät entweder mit dem ersten oder mit dem zweiten Versorgungsausgang der Energieversorgungsanordnung verbunden.
Ein derartiges Kassensystem gestattet die Verwendung von üblichen Peripheriegeräten für sogenannte POS-Anwendungen in Verbindung mit konventionellen PC-Standardsysteme, insbesondere sogenannten Thin-Clients, mit einem verhältnismäßig leistungsschwach ausgestatteten Netzteil.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird die Verwendung einer Energieversorgungsanordnung gemäß dem ersten Aspekt in einem Powered-USB-Hostadapter gemäß Anspruch 12 beschrieben. Ein derartiger Powered-USB-Hostadapter eignet sich insbesondere zum Betrieb von Peripheriegeräten mit einer hohen Spitzenleitung an einem Netzteil mit einer maximalen Ausgangsleistung unterhalb dieser Spitzenleistung. Beispielsweise ermöglicht er den Betrieb von Powered-USB-Peripheriegeräten an einem Tablet-Computer unter Verwendung eines relativ kleinen Netzteils.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen sowie den angehängten Patentansprüchen offenbart.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die angehängten Figuren im Detail beschrieben. In den Figuren zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines ersten Kassensystems,
2 eine schematische Darstellung eines ersten, möglichen Lösungsansatzes,
3 eine schematische Darstellung eines zweiten, erfindungsgemäßen Lösungsansatzes und
4 eine schematische Darstellung eines zweiten Kassensystems.
1 zeigt ein erstes Kassensystem 1. Das Kassensystem 1 umfasst einen Personalcomputer 2 in Form eines sogenannten Thin-Clients, der eine zentrale Datenverarbeitungseinheit für das Kassensystem 1 bildet. Im beschriebenen Ausführungsbeispiel umfasst der Personalcomputer 2 ein eingebautes Netzteil 3, eine Systemplatine 4 sowie ein später im Detail beschriebenes Expansionsboard 5. Auf der Systemplatine 4 sind unter anderem ein Prozessor sowie weitere Systemkomponenten des Personalcomputers 2 angeordnet.
Im in der 1 dargestellten Ausführungsbeispiel dient die Systemplatine 4 zugleich zur Verteilung der von dem Netzteil 3 abgegebenen Versorgungsspannung. Unter anderem wird die von dem Netzteil 3 an die Systemplatine 4 abgegebene Versorgungsspannung auch an das Expansionsboard 5 bereitgestellt. In einer alternativen, nicht dargestellten Ausführungsform ist das Expansionsboard 5 direkt mit dem Netzteil 3 verbunden. Auf diese Weise können besonders leistungsfähige Peripheriegeräte unter Umgehung der Systemplatine 4 von dem Netzteil 3 mit einer Versorgungsspannung versorgt werden. In einer weiteren Ausgestaltung, kann es sich bei dem Netzteil 3 auch um ein externes Netzteil handeln, das mit dem Personalcomputer 2 über eine Versorgungsleitung verbunden ist.
Das Kassensystem 1 umfasst des Weiteren zwei Peripheriegeräte 6 und 7. Das erste Peripheriegerät 6, beispielsweise ein Bezahlterminal zum Einlesen von Magnet- und Chipkarten, ist über einen ersten Versorgungsausgang 8 mit dem Expansionsboard 5 verbunden. Beispielsweise wird über den ersten Versorgungsausgang 8 eine Versorgungsspannung von 12 V bereitgestellt. Das zweite Peripheriegerät 7, beispielsweise für einen Drucker des Kassensystems 1, ist über einen zweiten Versorgungsausgang 9 mit dem Expansionsboard 5 verbunden. Über den zweiten Versorgungsausgang 9 wird im Ausführungsbeispiel eine Versorgungsspannung von 24 V bereitgestellt.
Um die Unterstützung für diese POS-Peripheriegeräte 6 und 7 bei einem Standard System nachzurüsten wurde ein erstes Powered-USB-Expansionboard 10 entwickelt. Zur Lösung des oben genannten Problems wurde auf dem ersten Powered-USB-Expansionsboard 10 gemäß 2 eine Schaltung 11 zur Begrenzung der Eingangsleistung sowie ein Energiespeicher 12 integriert, der die notwendige Spitzenleistung für die Powered-USB-Devices zur Verfügung stellt. Damit ist ein sicherer Betrieb möglich, ohne die Netzteile 3 konventioneller Systeme zu überlasten.
Der erste, nicht beanspruchte Lösungsansatz sieht vor, die Eingangsspannung V_IN von 12 V auf 60 V mithilfe eines Aufwärts-Reglers 13 (englisch: „Boost Converter”) zu erhöhen. Der Aufwärts-Regler 13 wird in einer Konstantstrom-Betriebsart (englisch: „Constant Current Mode”) betrieben und begrenzt so bei Überlast den Eingangsstrom. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Leistung des Aufwärtsregler 13 auf einen festen Wert von 150 W zuzüglich etwaiger Toleranzen begrenzt. Bei Überlast kann die 60 V-Spannung am Ausgang des Reglers 13 entsprechend der Last bis auf 30 V einbrechen. Kondensatoren einer Kondensatorbank 14 auf der 60 V-Spannung werden bei Überlast entladen und liefern so die notwendige Energie um die Spitzenleistung zu überbrücken. Aus der 60 V-Spannung werden dann mittels zwei nachgeschalteter Abwärts-Regler 15 und 16 (englisch: „Buck Converter”) die 12 V- und 24 V-Versorgungsspannung V_OUT1 und V_OUT2 für die Powered-USB-Devices 6 und 7 erzeugt.
Bei diesem Konzept ist es notwendig, die komplette Leistung, zuerst auf 60 V hoch und dann wieder herunter zu regeln. Dadurch entsteht eine hohe Verlustleistung auf dem Powered-USB-Expansionboard 10.
Bei dem zweiten, anspruchsgemäßen Lösungsansatz gemäß 3 bleibt das Konzept grob erhalten. Für bereits bezüglich der 2 beschriebene Schaltungsteile wird daher auf die obige Beschreibung verwiesen. Bei dem Expansionsboard 20 gemäß der 3 wird allerdings für die 12 V-Spannung V_OUT1 für die 12 V-Verbraucher direkt die Eingangsspannung V_IN von dem Netzteil 3 verwendet. Somit entfallen der 12 V-Regler 15 und die Verluste, um die benötigte Energie der 12 V-Verbraucher 6 zuerst auf 60 V hoch und dann wieder auf 12 V herunter zu regeln. Außerdem kann der Aufwärts-Regler 13 kleiner und kostengünstiger ausgelegt werden. Das Powered-USB-Expansionboard 20 hat dadurch eine bessere Energieeffizienz und wird zudem billiger.
Um bei dem zweiten Lösungsansatz nach wie vor sicherzustellen, dass der Eingangsstrom begrenzt wird und die Spitzenleistung für die angeschlossenen Powered-USB-Devices 6 und 7 zur Verfügung gestellt wird, werden folgende neuen Schaltungsteile benötigt:

– eine Schaltung 21 zur Messung des Eingangsstrom (dargestellt) oder des an den 12 V-Verbraucher 7 abgegebenen Ausgangsstroms (nicht dargestellt)
– eine Schaltung 22 um das Strom-Limit des 60 V-Aufwärts-Reglers 13 in Abhängigkeit der Eingangsleistung zu reduzieren.

Eine weitere Voraussetzung ist, dass die Spitzenleistung der 12 V-Verbraucher 6 die max. Eingangsleistung des Powered-USB-Expansionboard 20 nicht übersteigen darf. Diese Voraussetzung ist im konkreten Anwendungsfall gegeben.
In Abhängigkeit des Eingangsstroms wird die Leistungsgrenze (englisch „Power Limit”) des Aufwärts-Reglers 13 dynamisch angepasst, so dass die Eingangsleistung immer innerhalb der maximalen Eingangsleistung des Powered-USB-Expansionboard 20 bleibt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird durch einen Regler 23, beispielsweise einen PI-Regler, ein maximaler Eingangsstrom des Aufwärts-Reglers 13 so eingestellt, dass der an der Schaltung 21 gemessene Strom einen maximalen Wert von 12,5 A (entsprechend 150 W Leistung bei einer Eingangsspannung von 12 V) nicht überschreitet.
Die Kapazität der Kondensatorbank 14 auf der 60 V Spannung ist gleich groß wie bei dem ersten Lösungsansatz gemäß 2. Somit kann gleich viel Energie zur Überbrückung von Spitzen wie beim ersten Lösungsansatz zur Verfügung gestellt werden.
Durch die beschriebene Schaltung gemäß 3 kann auf einfache Weise der Vorteil einer direkten Versorgung von Peripheriegeräten 6 mit einer ersten Versorgungsspannung von insbesondere 12 V mit der gepufferten Versorgung weiterer Peripheriegeräte 7 mit einer weiteren Versorgungsspannung, insbesondere einer Versorgungsspannung von 24 V, kombiniert werden. Dabei wird der Einfluss der ersten Versorgungsspannung auf die gesamte Eingangsleistung berücksichtigt, sodass durch die Peripheriegeräte 6 und 7 erzeugte Leistungsspitzen nicht zu einer Überlastsituation an dem Versorgungseingang des Expansionsboards 20 führen.
Die unter Bezugnahme auf die 2 und 3 beschriebenen Lösungskonzepte eignen sich auch zur Verwendung in anderen Systemtopologien, beispielsweise mit einem Hostsystem ohne eingebautes Netzteil oder ohne eingebauten Powered-USB-Versorgungsausgang.
4 zeigt ein zweites Kassensystem 30. Das Kassensystem 30 umfasst einen Tablet-Computer 31, auf dem eine sogenannte POS-Anwendung des Kassensystems 30 abläuft. Im beschriebenen Ausführungsbeispiel umfasst der Tablet-Computer 31 einen USB-Anschluss 32 und einen Versorgungseingang 33. Bei dem USB-Anschluss 32 handelt es sich um einen konventionellen USB-Anschluss gemäß einem der auf der Website http://www.usb.org veröffentlichten USB-Standards 1.0, 1.1, 2.0, 3.0, 3.1 oder höher ohne zusätzliche Kontakte zur Stromversorgung von Powered-USB-Peripheriegeräten. Im Ausführungsbeispiel wird der Tablet-Computer 31 über ein mit dem Versorgungseingang 33 verbundenes, externes Netzteil 34, beispielsweise ein Steckernetzteil, mit einer Betriebsspannung versorgt. Alternativ oder zusätzlich kann der Tablet-Computer 31 auch aus einer eingebauten, wiederaufladbaren Batterie (nicht dargestellt) oder den USB-Anschluss 32, mit einer Betriebsspannung versorgt werden. Die Leistung des Netzteils 34 oder die Kapazität der Batterie reichen jedoch nicht aus, um Powered-USB-Peripheriegeräte mit einer Betriebsenergie zu versorgen.
Dementsprechend umfasst das Kassensystem 30 einen externen Powered-USB-Hostadapter 35, der über einen weiteren USB-Anschluss 36 und ein gewöhnliches USB-Kabel 37 mit dem Tablet-Computer 31 verbunden ist. Zusammen bilden der Tablet-Computer 31 und der damit verbundene Powered-USB-Hostadapter 35 eine zentrale Datenverarbeitungseinheit des Kassensystems 30.
Der Powered-USB-Hostadapter 35 weist des weiteren zwei Versorgungsausgänge 38 und 39 auf, die zur Versorgung von in der 4 nicht dargestellten Powered-USB-Peripheriegeräten mit einer Versorgungsspannung von 12 V bzw. 24 V dienen können. Um die dafür erforderliche Leistung bereitzustellen, umfasst der Powered-USB-Hostadapter 35 ein eigenes Netzteil 40. In der dargestellten Ausführungsform ist das Netzteil 40 Teil des Powered-USB-Hostadapters 35. Selbstverständlich kann es sich auch dabei um ein externes Netzteil handeln. Gegebenenfalls kann auch ein externes Netzteil verwendet werden, dass sowohl den Tablet-Computer 31 als auch den Powered-USB-Hostadapters 35 mit einer Betriebsspannung versorgt. Zum Beispiel kann der Tablet-Computer 31 über die USB-Anschlüsse 36 und 32 und das USB-Kabel 37 mit einer Betriebsenergie versorgt werden.
Auf einer Platine des Powered-USB-Hostadapters 35 ist des Weiteren eine Energieversorgungsschaltung 41 angeordnet, die den hostseitigen USB-Anschluss 36, die peripherieseitigen Versorgungsausgänge 38 und 39 und das Netzteil 40 miteinander verbindet. Dabei entspricht der Aufbau der Energieversorgungsschaltung 41 im Wesentlichen dem des unter Bezugnahme auf die 3 erläuterten zweiten Powered-USB-Expansionsboard 20. In der Energieversorgungsschaltung 41 wird die bereitgestellte Eingangsspannung V_IN von 12 V allerdings nicht von dem Tablet-Computer 31 beziehungsweise über den USB-Anschluss 36, sondern über das Netzteil 40 des Powered-USB-Hostadapters 35 bereitgestellt. Gleichzeitig wird eine USB-Datenverbindung zwischen dem USB-Anschluss 36 und den entsprechenden Kontakten der Versorgungsausgänge 38 und 39 hergestellt. Bezüglich der Funktionsweise der Energieversorgungsschaltung 41 wird auf die obigen Ausführungen zu 3 verwiesen.
Das Kassensystem 30 und der darin enthaltenen Powered-USB-Hostadapters 35 weisen gegenüber einem vollwertigen Personal Computer einen verringerten Energiebedarf auf. Zudem wird die Energieeffizient dadurch verbessert, dass das Netzteil 40 des Powered-USB-Hostadapters 35 aufgrund der Energieversorgungsschaltung 41 für eine geringere Ausgangsleistung dimensioniert werden kann, als auf Seiten der Versorgungsausgänge 38 und 39 als Spitzenleistung zur Verfügung steht. Beispielsweise kann ein Netzteil 40 mit einer Ausgangsleistung von 150 W verwendet werden, um einen Drucker oder ein ähnliches Powered-USB-Peripheriegerät mit einer Spitzenleistung von bis zu 300 W und einer durchschnittlichen Energieaufnahme von 60 bis 150 W zu versorgen.
Bezugszeichenliste

1: Kassensystem
2: Personalcomputer
3: Netzteil
4: Systemplatine
5: Expansionsboard
6: erstes Peripheriegerät
7: zweites Peripheriegerät
8: erster Versorgungsausgang
9: zweiter Versorgungsausgang
10: erstes Powered-USB-Expansionsboard
11: Schaltung zur Begrenzung der Eingangsleistung
12: Energiespeicher
13: Aufwärtsregler
14: Kondensatorbank
15: erster Abwärtsregler
16: zweiter Abwärtsregler
20: zweites Powered-USB-Expansionsboard
21: Schaltung zur Messung des Eingangsstroms
22: Schaltung zur Reduzierung des Stromlimits
23: Regler
30: Kassensystem
31: Tablet-Computer
32: USB-Anschluss (des Tablet-Computers)
33: Versorgungseingang (des Tablet-Computers)
34: externes Netzteil (des Tablet-Computers)
35: Powered-USB-Hostadapter
36: USB-Anschluss (des Powered USB-Hostadapters)
37: USB-Kabel
38: erster Versorgungsausgang
39: zweiter Versorgungsausgang
40: Netzteil (des Powered USB-Hostadapters)
41: Energieversorgungsschaltung
V_IN: Eingangsspannung
V_OUT1: erste Versorgungsspannung
V_OUT2: zweite Versorgungsspannung

Claims

Energieversorgungsanordnung, umfassend: – einen Versorgungseingang, der eine erste Spannung (V_IN) mit einem maximalen Ausgangsstrom bereitstellt; – einen mit dem Versorgungseingang verbundenen ersten Spannungswandler zum Umwandeln der ersten Spannung (V_IN) in eine zweite Spannung; – einen mit dem ersten Spannungswandler verbundenen Zwischenspeicher (12) zum Zwischenspeichern elektrischer Energie der zweiten Spannung; – wenigstens einen mit dem Versorgungseingang verbundenen ersten Versorgungsausgang (8, 38) zum Bereitstellen der ersten Spannung (V_OUT1); – wenigstens einen mit dem Zwischenspeicher (12) verbundenen zweiten Versorgungsausgang (9, 39) zum Bereitstellen einer weiteren Versorgungsspannung (V_OUT2); – eine Messeinrichtung zum Messen eines über den Versorgungseingang aufgenommenen und/oder eines über den ersten Versorgungsausgang (8, 38) abgegebenen Stroms; und – eine Steuerschaltung (22) zur Ansteuerung des ersten Spannungswandlers, wobei die Steuerschaltung (22) dazu eingerichtet ist, den ersten Spannungswandler basierend auf dem gemessenen Strom so anzusteuern, dass der über den wenigstens einen ersten Versorgungsausgang (8, 38) abgegebene und der von dem ersten Spannungswandler aufgenommene Strom zusammen den maximalen Ausgangsstrom nicht überschreiten.
Energieversorgungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die Messeinrichtung zum Messen eines über den Versorgungseingang aufgenommenen Stroms eingerichtet ist und die Steuerschaltung (22) einen Vergleicher umfasst, der dazu eingerichtet ist, den von der Messeinrichtung gemessenen Strom mit dem maximalen Ausgangsstrom zu vergleichen und den ersten Spannungswandler basierend auf dem Vergleich anzusteuern.
Energieversorgungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die zweite Spannung wenigstens doppelt so groß ist wie die erste Spannung (V_IN).
Energieversorgungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der erste Spannungswandler als Aufwärtswandler (13) ausgestaltet ist.
Energieversorgungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, weiter umfassend einen zwischen dem Zwischenspeicher (12) und dem wenigstens einen zweiten Versorgungsausgang (9, 39) angeordneten zweiten Spannungswandler zum Umwandeln der zweite Spannung in die weitere Versorgungsspannung (V_OUT2).
Energieversorgungsanordnung nach Anspruch 5, wobei die zweite Spannung wenigstens doppelt so groß ist wie die weitere Versorgungsspannung (V_OUT2).
Energieversorgungsanordnung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei der zweite Spannungswandler als Abwärtswandler (16) ausgestaltet ist.
Energieversorgungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem der Zwischenspeicher (12) als Kondensatorbank (14) ausgestaltet ist.
Verwendung einer Energieversorgungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 in einem Kassensystem (1, 30), wobei das Kassensystem (1, 30) Folgendes umfasst: – eine zentrale Datenverarbeitungseinheit mit einem Netzteil (3, 40); – wenigstens ein mit der zentralen Datenverarbeitungseinheit gekoppeltes Peripheriegerät (6, 7); wobei – das Peripheriegerät (6, 7) von der zentralen Datenverarbeitungseinheit mit elektrischer Energie versorgt wird; – die Energieversorgungsanordnung zwischen das Netzteil (3, 40) der zentralen Datenverarbeitungseinheit und das wenigstens eine Peripheriegerät (6, 7) geschaltet ist; und – das Netzteil (3, 40) mit dem Versorgungseingang und das wenigstens eine Peripheriegerät (6, 7) entweder mit dem ersten Versorgungsausgang (8, 38) oder mit dem zweiten Versorgungsausgang (9, 39) der Energieversorgungsanordnung verbunden ist.
Verwendung nach Anspruch 9, bei dem die zentrale Datenverarbeitungseinheit als Personalcomputer (2), insbesondere als so genannter Thin-Client mit einem internen Netzteil (3), ausgestaltet ist, der das wenigstens eine Peripheriegerät (6, 7) über eine Standardschnittstelle, insbesondere eine Powered-USB-Schnittstelle, mit elektrischer Energie versorgt.
Verwendung nach Anspruch 9, bei dem die zentrale Datenverarbeitungseinheit einen Tablet-Computer (31) und wenigstens eine mit dem Tablet-Computer (31) und dem Netzteil (40) verbundenen Energieversorgungsschaltung (41) umfasst, wobei der Tablet-Computer (31) und die Energieversorgungsschaltung (41) über eine Standard-Schnittstelle, insbesondere eine konventionelle USB-Schnittstelle, miteinander verbunden sind.
Verwendung einer Energieversorgungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 in einem Powered-USB-Hostadapter (35), wobei der Powered-USB-Hostadapter Folgendes umfasst: – wenigstens einen USB-Anschluss (36) zum Anschließen des Powered-USB-Hostadapter (35) an ein Hostsystem; und – ein Netzteil (40) zum Bereitstellen einer ersten Spannung (V_IN) mit einem maximalen Ausgangsstrom; wobei – der erste Spannungswandler der Energieversorgungsanordnung mit dem Netzteil (40) des Powered-USB-Hostadapter (35) verbundenen ist.