DE102015226250B4

DE102015226250B4 - Leistungseinsparungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102015226250B4
Application number: DE102015226250.2A
Authority: DE
Inventors: Marinus Wilhelmus Kruiskamp
Original assignee: Dialog Semiconductor BV
Current assignee: Dialog Semiconductor BV
Priority date: 2015-12-21
Filing date: 2015-12-21
Publication date: 2018-07-12
Anticipated expiration: 2035-12-22
Also published as: US20170179758A1; DE102015226250A1; US10374452B2

Abstract

Schaltung zum Steuern einer Leistungsversorgung, wobei die Schaltung umfasst:ein Speicherelement (203) zum Speichern von Energie, die von einer Energiequelle (201) gewonnen wird;eine Sicherungsbatterie (206);einen ersten Schalter (208), um das Speicherelement (203) wahlweise mit einem Ausgang (204) zu verbinden;einen zweiten Schalter (214), um die Sicherungsbatterie (206) wahlweise mit dem Ausgang (204) zu verbinden; undeine Schaltersteuerschaltung (215), die eine Spannungsüberwachungseinrichtung (207) umfasst;wobei die Spannungsüberwachungseinrichtung (207) dafür konfiguriert ist, eine Spannung des Speicherelements (203) mit einer Referenzspannung zu vergleichen; undwobei die Schaltersteuerschaltung (215) dazu konfiguriert ist:zu steuern, dass der erste Schalter (208) das Speicherelement (203) von dem Ausgang (204) trennt, und der zweite Schalter (214) die Sicherungsbatterie (206) mit dem Ausgang (204) verbindet, falls die Spannung des Speicherelements (203) unter der Referenzspannung liegt;zu entscheiden, ob die Sicherungsbatterie (206) von dem Ausgang (204) getrennt werden soll, während die Spannung des Speicherelements (203) unter der Referenzspannung liegt; undin Übereinstimmung mit der Entscheidung zu steuern, dass der zweite Schalter (214) die Sicherungsbatterie (206) von dem Ausgang (204) trennt, während die Spannung des Speicherelements (203) unter der Referenzspannung liegt;wobei die Schaltersteuerschaltung (215) mindestens eines aus Folgendem umfasst:einem Zeitgeber, wobei die Schaltersteuerschaltung (215) dazu konfiguriert ist, zu entscheiden, die Sicherungsbatterie (206) von dem Ausgang (204) zu trennen, falls die Sicherungsbatterie (206) für mehr als eine Referenzzeitdauer mit dem Ausgang (204) verbunden gewesen ist, undeinem Anschluss (211) zum Empfangen einer Signaleingabe, wobei die Schaltersteuerschaltung (215) dafür konfiguriert ist, zu entscheiden, die Sicherungsbatterie (206) von dem Ausgang (204) zu trennen, falls der Anschluss ein vorgegebenes Signal an dem Anschluss (211) von einer Schaltung (205) empfängt, die durch den Ausgang (204) versorgt ist.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung bezieht sich auf eine Leistungseinsparungsvorrichtung. Ferner bezieht sich die Erfindung auf einen automatischen Leistungsmultiplexer für eine Speicherbatterie in Energiegewinnungsanwendungen mit begrenzter Ein-Zeit.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Niederleistungsvorrichtungen können mit einer Leistungsversorgung ausgestattet sein, die eine externe Energiequelle in elektrische Leistung umwandelt. Für diesen Zweck können z. B. eine Solarzelle (oder Photovoltaikzelle, PV-Zelle), ein thermoelektrischer Generator oder ein Dynamo verwendet werden. Außerdem kann die Vorrichtung mit einem Energiegewinnungscontroller ausgestattet sein, der steuert, wie die elektrische Energie von der Leistungsversorgung gesammelt wird. Da die Menge der durch die externe Energiequelle bereitgestellten Energie nicht ununterbrochen ausreichen kann, um den Bedarf der Vorrichtung zuzuführen, kann der Gewinnungscontroller dafür konfiguriert sein, die gewonnene Energie in einem Speicherelement zu speichern. Außer dem Speicherelement kann eine Sicherungsbatterie vorgesehen sein, um die Leistungsversorgung zu übernehmen, wenn das Speicherelement leer ist. Somit kann der Controller so konfiguriert sein, dass ein Speicherelement (wie etwa ein Kondensator oder eine nachladbare Batterie) von einer oder von mehreren alternativen Energiequellen wie etwa von einer PV-Zelle geladen wird. Sobald die Spannung des Speicherelements hoch genug ist, wird das Speicherelement durch den Controller mit dem Ausgang verbunden (wobei der Ausgang hier die tatsächliche Anwendung ist, die die erzeugte elektrische Leistung verbraucht: z. B. ein Bluetooth-LE-Transceiver). Die Sicherungsbatterie ergänzt das Speicherelement in kleinen Niederleistungsanwendungen.
Während längerer Zeitdauern ohne verfügbare Leistung von der einen oder den mehreren Energiequellen wird das Speicherelement durch die Last entleert und hat es schließlich eine zu niedrige Spannung, um die Last ordnungsgemäß zu versorgen. Bevor dies geschieht, trennt der Controller den Ausgang von dem Speicherelement und verbindet er den Ausgang mit einer Sicherungsbatterie, die eine nicht nachladbare Batterie sein kann. Dies stellt sicher, dass die Last unter allen Bedingungen ordnungsgemäß versorgt wird.
1 stellt eine beispielhafte Leistungsversorgungsschaltung dar. Die Schaltung umfasst eine alternative Energieversorgung 1 wie etwa eine Photovoltaikzelle, die mit einem Speicherelement 2 zum Speichern der von der alternativen Energieversorgung 1 gewonnenen Energie verbunden ist. Außerdem umfasst die Schaltung eine Sicherungsbatterie 3 und eine Last 4. Die Last 4 ist eine Schaltung, die die Energie von der alternativen Energieversorgung 1, von dem Speicherelement 2 und von der Sicherungsbatterie 3 verbrauchen kann. Zu diesem Zweck wird die Last 4 mit dem Ausgangsanschluss 13 der Leistungsversorgungsschaltung verbunden. Falls die alternative Energieversorgung 1 und/oder das Speicherelement 2 ausreichend Spannung aufweisen, verbindet der Schalter 8 diese Quellen 1, 2 mit dem Ausgangsanschluss 13 und somit mit der Last 4. Andernfalls verbindet der Schalter 9 die Sicherungsbatterie 3 mit dem Ausgangsanschluss 13. Dies wird dadurch erreicht, dass die Leistungsversorgungsschaltung einen Komparator 5, einen invertierenden Verstärker 6, einen Verstärker 7 und Schalter 8 und 9 umfasst. Das Ladegerät 11 bildet eine Schnittstelle zwischen der alternativen Energieversorgung 1 und dem Speicherelement 2. Das Ladegerät kann z. B. als ein Gleichstromwandler implementiert sein.
Die obigen Informationen sind nur als Hintergrundinformationen dargestellt, um beim Verständnis der vorliegenden Offenbarung zu helfen. Es ist keine Bestimmung vorgenommen worden und keine Behauptung aufgestellt worden, ob irgendetwas des Obigen als Stand der Technik hinsichtlich der vorliegenden Erfindung anwendbar ist.
Die EP 1 575 177 A1 beschreibt einen Batterieschaltkreis für eine tragbare Kommunikationsvorrichtung, ein entsprechendes Batterieschaltverfahren und ein entsprechendes Batterieschaltprogramm. Insbesondere wird dort ein Auswahlschalter beschrieben, der die Ausgangsspannung einer ersten Batterie und einer zweiten Batterie überwacht. Wenn die geladene Energie der ersten Batterie vollständig verbraucht ist, veranlasst der Auswahlschalter, dass ein zweites Schaltelement angeschaltet wird, so dass die zweite Batterie, die geladene Energie enthält, durch das zweite Schaltelement mit einer Lastschaltung verbunden wird.
Die DE 199 34 708 A1 offenbart eine Stromversorgung für eine tragbare Fernbedieneinheit.
In der DE 10 2012 112 825 A1 wird ein elektronisches Gerät mit einer Batteriegerätenergieschutz- und Reset-Schaltung und ein entsprechendes Verfahren zum Betrieb desselben gezeigt.
Die DE 20 2004 012 389 U1 beschreibt eine chirurgische Maschine.
Die US 2010 / 0 109 931 A1 behandelt ein Eintreten in einen Batterieleistung-niedrig-Modus unter Verwendung eines Befehls für Drahtlosvorrichtungen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein Aspekt der Erfindung betrifft eine Schaltung wie in Anspruch 1 beansprucht.
Die Sicherungsbatterie kann automatisch von dem Ausgang getrennt werden, auch wenn nicht genügend Energie in dem Speicherelement verfügbar ist. Dies verhindert, dass die Sicherungsbatterie unnötig entleert wird, falls eine Vorrichtung für eine längere Zeitdauer nicht verwendet wird. Dennoch kann die Sicherungsbatterie kürzere Zeitdauern des Energiemangels überbrücken. Somit wird die Lebensdauer der Sicherungsbatterie, bevor sie leer ist, erhöht.
Die Schaltersteuerschaltung kann einen Zeitgeber umfassen und dafür konfiguriert ist, den zweiten Schalter zum Trennen der Sicherungsbatterie von dem Ausgang zu steuern, falls die Sicherungsbatterie für mehr als eine Referenzzeitdauer mit dem Ausgang verbunden gewesen ist. Dies verhindert eine Entleerung der Sicherungsbatterie, da die Sicherungsbatterie nicht länger als eine Referenzzeitdauer verwendet wird.
Die Schaltersteuerschaltung kann einen Anschluss zum Empfangen einer Signaleingabe umfassen und ist dafür konfiguriert zu entscheiden, dass die Sicherungsbatterie getrennt werden soll, falls der Anschluss an dem Anschluss ein vorgegebenes Signal empfängt. Dies ermöglicht, dass die Sicherungsbatterie z. B. getrennt wird, nachdem die Anwendung bestimmte Abschaltoperationen ausgeführt hat.
Der Anschluss kann dafür konfiguriert sein, von einer Schaltung, die durch den Ausgang mit Leistung versorgt wird, das vorgegebene Signal zu empfangen. Dies ermöglicht, dass die Schaltung, die mit Leistung versorgt wird, bestimmt, ob die Leistung von der Sicherungsbatterie noch notwendig ist.
Ferner kann die Schaltersteuerschaltung dafür konfiguriert sein zu detektieren, ob das Speicherelement durch die Energiequelle geladen wird, nachdem sie die Sicherungsbatterie von dem Ausgang getrennt hat, und die Sicherungsbatterie mit dem Ausgang zu verbinden, falls das Speicherelement durch die Energiequelle geladen wird. Auf diese Weise wird die Leistung schneller verfügbar gemacht, nachdem die Energiequelle Energie bereitzustellen beginnt.
Ferner kann die Schaltersteuerschaltung dafür konfiguriert sein, das Speicherelement wieder mit dem Ausgang zu verbinden und die Sicherungsbatterie von dem Ausgang zu trennen, falls die Spannung des Speicherelements über einem weiteren Referenzwert liegt. Auf diese Weise wird der Normalbetrieb der Leistungsversorgung wieder hergestellt.
Die Sicherungsbatterie kann eine nicht nachladbare Batterie sein. Da die Sicherungsbatterie nicht sehr viel verwendet wird, kann die nicht nachladbare Batterie eine lange Lebensdauer aufweisen, bevor sie entleert ist.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren nach Anspruch 7.
Der Fachmann auf dem Gebiet wird verstehen, dass die oben beschriebenen Merkmale in irgendeiner für nützlich gehaltenen Art kombiniert werden können. Darüber hinaus können in Bezug auf das System beschriebene Abwandlungen und Änderungen gleichfalls auf das Verfahren und auf das Computerprogrammprodukt angewendet werden und können in Bezug auf das Verfahren beschriebene Abwandlungen und Änderungen gleichfalls auf das System und auf das Computerprogrammprodukt angewendet werden.
Figurenliste
Im Folgenden werden Aspekte der Erfindung mittels Beispielen mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schematisch und brauchen nicht maßstabsgerecht zu sein.

1 zeigt einen Stromlaufplan einer Leistungsversorgungsschaltung, die eine externe Energiequelle und eine Sicherungsbatterie enthält (Stand der Technik).
2 zeigt einen Stromlaufplan einer Leistungsversorgungsschaltung.
3 zeigt einen Stromlaufplan einer alternativen Leistungsversorgungsschaltung.
4 zeigt einen Ablaufplan eines Verfahrens zum Zuführen von Leistung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Aspekte der Erfindung behandeln Situationen, in denen keine Leistung von einer alternativen Energiequelle verfügbar ist, und ohne Notwendigkeit zum Versorgen der Last (und somit ohne Notwendigkeit zum Entleeren der Sicherungsbatterie). Ein Beispiel dieser Situation ist eine Vorrichtung, die sich mehrere Monate auf einem Regal im Dunkeln in einem Geschäft befindet. Falls die Vorrichtung z. B. durch eine Photovoltaikzelle mit Leistung versorgt wird, wird das Speicherelement nicht gefüllt, solange die Solarzelle im Dunkeln gehalten wird. Falls die Sicherungsbatterie für diese gesamte Zeitdauer mit der Last verbunden ist, wird die nicht nachladbare Sicherungsbatterie entleert und könnte schon leer werden, bevor das Produkt verkauft wird.
Ein anderes Beispiel ist ein Fahrradcomputer oder ein Geschwindigkeitsmesssensor, der an einem Rennrad befestigt ist. Der Fahrradcomputer könnte z. B. durch Bewegung des Fahrrads oder durch eine Photovoltaikzelle mit Leistung versorgt werden. Falls das Fahrrad im Winter nicht verwendet wird (und falls die Vorrichtung während dieser Zeit keine Energie von der Sonne oder von der Bewegung gewinnen kann), kann es unerwünscht sein, dass die Vorrichtung die nicht nachladbare Batterie am Laufen hält (und entleert).
In Übereinstimmung mit einem Aspekt kann ein Multiplexer geschaffen werden, der die Last entweder mit einem Speicherelement oder mit einer Sicherungsbatterie verbinden kann. Es kann ein Mittel vorgesehen sein, um zu detektieren, ob die Spannung des Speicherelements ausreicht, um die Last zu versorgen. Ferner kann ein Mittel vorgesehen sein, um die Sicherungsbatterie von dem Ausgang zu trennen, obwohl das Speicherelement nicht ausreicht, um die Last zu versorgen. Die Trennung kann z. B. mittels eines Zeitgebers gesteuert werden, der die Dauer begrenzt, die die Sicherungsbatterie mit dem Ausgang verbunden ist. Sobald der Ausgang mit dem Speicherelement verbunden ist, wird der Zeitgeber zurückgesetzt. Alternativ entscheidet die Anwendung (die Last, die durch die Ausgabe des Multiplexers mit Leistung versorgt wird), ob die Sicherungsbatterie getrennt werden kann. Dies kann mittels Nutzerinteraktion (Drücken einer Schaltfläche) oder durch eine autonome Entscheidung durch die Anwendung (wenn die Anwendung intelligent genug ist, um selbst zu ermitteln, dass sie ausgeschaltet werden kann) verwirklicht werden. Eine solche autonome Entscheidung könnte durch ein Softwareprogramm getroffen werden, das als Teil der Anwendung ausgeführt wird.
Eine Energiegewinnungslösung kann mit einer Sicherungsbatterie versehen sein, wobei ihre Sicherungsbatterie nur während einer begrenzten Zeitdauer, nachdem die Spannung des Speicherelements unter seine normale Betriebsspannung gefallen ist, mit dem Ausgang verbunden ist.
In bestimmten Ausführungsformen gibt es einen Ein/AusSchalter, der durch einen Nutzer betätigt werden kann, um zu verhindern, dass die Sicherungsbatterie während längerer Zeitdauern der Inaktivität erschöpft wird. In bestimmten Ausführungsformen kann die Sicherungsbatterie in der Vorrichtung vorinstalliert sein, da eine Entleerung der Sicherungsbatterie vor ihrem ersten Verkauf durch die oben beschriebenen Schaltersteuerungen verhindert werden kann. In diesem Fall kann die Batterie während der Herstellung in dem Produkt angeordnet werden. Da die Verwendung der Sicherungsbatterie begrenzt ist, kann die Sicherungsbatterie in bestimmten Ausführungsformen üblicherweise solange wie die Produktlebensdauer oder länger halten. Dies ermöglicht es, das Produkt zu verschweißen, und kann die Notwendigkeit beseitigen zu ermöglichen, dass das Batteriefach durch den Nutzer geöffnet wird. Dies kann die Herstellung preiswerter machen und kann das Produkt robuster und/oder wasserdichter machen.
In bestimmten Ausführungsformen wird eine Energiegewinnungseinrichtung mit Sicherungsbatterie geschaffen. Darüber hinaus wird ein Multiplexer geschaffen, der entweder das Speicherelement oder die Sicherungsbatterie mit dem Ausgang verbindet. Die maximale Dauer, die die Sicherungsbatterie mit dem Ausgang verbunden ist, ist hier auf einen bestimmten Wert begrenzt. Falls diese Zeit abläuft (und falls die durch das Speicherelement bereitgestellte Spannung immer noch nicht ausreicht), wird der Ausgang potentialfrei, bis die durch das Speicherelement bereitgestellte Spannung ausreicht, um die Last zu versorgen. Es kann ein einfacher Zeitgeber, z. B. ein Zähler, implementiert sein, um ein Signal bereitzustellen, wenn die maximale Dauer abgelaufen ist. Der Zähler kann auf null zurückgesetzt werden, wenn das Speicherelement von dem Ausgang getrennt wird, und periodisch erhöht werden. Der Zählerwert kann durch einen Komparator mit einem Referenzwert verglichen werden, um für den relevanten Multiplexer ein Signal zu erzeugen, wenn der Zählerwert den Referenzwert übersteigt.
In dem oben beschriebenen System kann es notwendig sein, dass das Speicherelement bis auf einen bestimmten Grad geladen wird, bevor der Ausgang mit dem Speicherelement verbunden wird. Bei einem vollständig erschöpften Speicherelement kann dies durchaus einige Zeit dauern. Als ein Beispiel wird die Fahrradgeschwindigkeitsmessung an einem Fahrrad betrachtet, das im Winter in der Garage gewesen ist. Falls das Fahrrad dann für eine Fahrt herausgeholt wird, kann es eine Zeit dauern, bis die Speicherbatterie genug geladen ist, damit die Anwendung arbeitet. Allerdings ist die Tatsache, dass die Speicherbatterie geladen wird, eine gute Angabe, dass das Fahrrad verwendet wird und dass die Speicherbatterie bald gefüllt sein wird. Somit sollte es besser sein, die Anwendung (an der Sicherungsbatterie) bereits freizugeben.
Angesichts dessen wird die Sicherungsbatterie in bestimmten Ausführungsformen mit dem Ausgang verbunden, wenn die alternative Energiequelle das Speicherelement lädt, die Spannung aber noch nicht ausreicht, um die Last zu versorgen. Dies kann mittels eines durch eine Energiegewinnungseinrichtung erzeugten Signals detektiert werden. Energiegewinnungsschaltungen sind im Gebiet an sich bekannt. Der Ausgang wird dann jedes Mal, wenn alternative Energie verfügbar ist (unabhängig davon, ob die durch die alternative Energiequelle erzeugte Energie bereits ausreicht, um die mit dem Ausgang verbundene Anwendung mit Leistung zu versorgen), mit Leistung versorgt und getrennt, wenn für eine längere Zeitdauer keine alternative Energie verfügbar ist.
In bestimmten Ausführungsformen wird das Signal, das angibt, dass das Ladegerät lädt und dass die Sicherungsbatterie somit mit dem Ausgang verbunden sein sollte, aktiv gehalten, bis das Ladegerät für eine längere Zeitdauer nicht mehr lädt (was verhindern soll, dass der Sicherungsschalter häufig geöffnet/geschlossen wird, wenn die alternative Energie keine konstante, sondern eine gepulste Quelle ist).
In bestimmten Ausführungsformen ist zu dem ODER von einer Nutzeraktion (z. B. dem Druck einer Schaltfläche) eine zusätzliche Eingabe hinzugefügt. Auf diese Weise kann der Nutzer die Entscheidung, die Anwendung ausgeschaltet zu halten, außer Kraft setzen.
2 stellt eine Leistungsversorgungsschaltung 213 dar, die eine Sicherungsbatterie 206 enthält. Es ist ein Eingangsanschluss 201 vorgesehen, um ihn mit einer Quelle externer Energie zu verbinden. Die Quelle externer Energie kann z. B. eine Photovoltaikzelle, einen Dynamo, ein thermoelektrisches Element und/oder eine andere Komponente, die externe Energie in elektrische Energie umwandelt, umfassen. Der Eingangsanschluss 201 ist mit einem optionalen Ladegerät oder Hochsetzsteller 202, das bzw. der zur effizienten Gewinnung der Energie vorgesehen sein kann, verbunden. Die alternative Energiequelle ist über den Eingangsanschluss 201 und das optionale Ladegerät oder den optionalen Hochsetzsteller 202 mit einem Speicherelement 203 verbunden. Das Speicherelement 203 kann irgendein nachladbares Depot für elektrische Energie wie etwa eine nachladbare Batterie oder ein Kondensator sein. Das Speicherelement 203 kann außerdem einen Masseanschluss aufweisen. Ferner ist das Speicherelement 203 über einen Schalter 208 eines Multiplexers 212 mit einem Ausgangsanschluss 204 verbunden. Der Ausgangsanschluss 204 kann mit einer Last 205 verbunden werden. Die Last 205 umfasst elektrische Bauelemente einer Anwendung (nicht gezeigt), die die durch die Leistungsversorgungsschaltung 213 zugeführte Leistung verbraucht.
Ferner umfasst die Leistungsversorgungsschaltung 213 eine Sicherungsbatterie 206. Die Sicherungsbatterie kann irgendein Depot für elektrische Energie wie etwa eine nachladbare Batterie oder eine nicht nachladbare Batterie sein. In bestimmten Ausführungsformen kann die Sicherungsbatterie 206 dafür ausgelegt sein, Energie für eine längere Zeitdauer als das Speicherelement 203 zu erhalten.
Ferner umfasst die Leistungsversorgungsschaltung 213 einen Spannungsüberwachungsblock 207. Der Spannungsüberwachungsblock 207 repräsentiert elektrische Bauelemente, die die Spannung über das Speicherelement 203 überwachen und die gemessene Spannung mit einer Referenzspannung vergleichen. Somit kann der Spannungsüberwachungsblock 207 einen Komparator und eine Schaltung, die die Referenzspannung erzeugt, umfassen. In bestimmten Ausführungsformen ist die Referenzspannung eine vorgegebene Spannung. Die vorgegebene Spannung kann ein Entwurfsparameter sein, der hinsichtlich der Anforderungen der Last 205 ausgewählt wird. Alternativ kann die Referenzspannung auf der Spannung über die Sicherungsbatterie 206 beruhen.
In bestimmten Ausführungsformen umfasst der Spannungsüberwachungsblock 207 einen Komparator mit einer optionalen Hysterese, der V(STORAGE), die Spannung über das Speicherelement 203, und V(BACKUP), die Spannung über die Sicherungsbatterie 206, vergleicht. In Pseudocode, der hier als ein veranschaulichendes Beispiel wiedergegeben ist, kann der Vergleich wie folgt implementiert werden:

    IF V(STORAGE) > V(BACKUP) + hystl
    THEN signal := yes
    ELSE IF V(STORAGE) < V(BACKUP) - hyst2
        THEN signal := no
        ELSE signal will stay unchanged.

In dem obigen Pseudocode sind hystl und hyst2 Konstanten.

In bestimmten alternativen Ausführungsformen kann der Spannungsüberwachungsblock 207 mittels zweier Komparatoren implementiert sein, die die absolute Spannung von STORAGE und BA-CKUP betrachten. In Pseudocode, der hier als ein veranschaulichendes Beispiel wiedergegeben ist, kann dieser Vergleich wie folgt implementiert werden:

    IF V(STORAGE) > threshold1
    THEN storage_ok := yes
    ELSE IF V(STORAGE) < threshold2
        THEN storage_ok := no
        ELSE storage_ok will stay unchanged;
    IF V(BACKUP) > threshold3
    THEN backup_ok := yes
    ELSE IF V(BACKUP) < threshold4
        THEN backup_ok := no
        ELSE backup_ok will stay unchanged;
    signal := (storage_ok = no) AND (backup_ok = yes).

In dem obigen Pseudocode sind thresold1, threshold2, threshold3 und threshold4 konstante Werte, wobei thresold1 > threshold2 und threshold3 > threshold4 ist.

In bestimmten Ausführungsformen kann der Spannungsüberwachungsblock 207 mittels eines Komparators implementiert sein, der die absolute Spannung von STORAGE betrachtet (ohne V(BACKUP) zu betrachten). In Pseudocode, der hier als ein veranschaulichendes Beispiel wiedergegeben ist, kann dieser Vergleich wie folgt implementiert werden:

    IF V(STORAGE) > thresholdl
    THEN signal := no
    ELSE IF V(STORAGE) < threshold2
        THEN signal := yes
        ELSE signal will stay unchanged.

In dem obigen Pseudocode sind threshold1 und threshold2 konstante Werte, wobei threshold1 > threshold2 ist.

Der oben erwähnte Pseudocode kann mittels elektrischer Bauelemente auf eine dem Fachmann auf dem Gebiet bekannte Weise implementiert werden. Alternativ kann ein Mikroprozessor verwendet werden, um den Pseudocode mittels eines Computerprogramms zu implementieren. Das Symbol „signal“ in den obigen Pseudocodebeispielen bezeichnet das durch die Spannungsüberwachungseinrichtung 207 erzeugte Ausgangssignal. Anhand von 2 wird das Signal für den ersten Schalter 208 und über den Inverter 209 für den Sicherungssteuerblock 210 bereitgestellt. Falls das Signal „ja“ ist, schließt sich der erste Schalter 208, und falls das Signal „nein“ ist, öffnet sich der erste Schalter 208.

In bestimmten Ausführungsformen steuert die Spannungsüberwachungseinrichtung 207 den ersten Schalter 208 des Multiplexers 212, um das Speicherelement 203 mit dem Ausgangsanschluss 204 zu verbinden, solange die Spannung über das Speicherelement 203 über dem Referenzwert liegt. Dies kann mittels eines geeigneten Signals, wie es im Gebiet an sich bekannt ist, erfolgen. Außerdem wird das Signal über einen optionalen Inverter 209 an einen Sicherungssteuerblock 210 gesendet. Der Sicherungssteuerblock 210 steuert den zweiten Schalter 214. Wenn die Spannungsüberwachungseinrichtung 207 das Signal sendet, das angibt, dass die Spannung über das Speicherelement 203 unter der Referenzspannung liegt, sendet der Sicherungssteuerblock 210 ein Signal an den zweiten Schalter, um die Sicherungsbatterie 206 mit dem Ausgangsanschluss 204 (und somit mit der Last 205) zu verbinden. Außerdem startet der Sicherungssteuerblock 210 daraufhin einen Zeitgeber. Während der Zeitgeber läuft, prüft der Sicherungssteuerblock 210 das Signal, das von der Spannungsüberwachungseinrichtung 207 empfangen wird.

Während das Speicherelement 203 von dem Ausgangsanschluss 204 getrennt ist, vergleicht die Spannungsüberwachungseinrichtung 207 die Spannung über das Speicherelement 203 mit einer weiteren Referenzspannung. Die weitere Referenzspannung kann z. B. dieselbe wie die Referenzspannung sein. Alternativ kann die weitere Referenzspannung höher als die Referenzspannung sein. Wenn die Spannungsüberwachungseinrichtung 207 detektiert, dass die Spannung über das Speicherelement 203 höher als die weitere Referenzspannung ist, sendet die Spannungsüberwachungseinrichtung an den ersten Schalter 208 ein Signal, um das Speicherelement 203 mit dem Ausgangsanschluss 204 zu verbinden, und sendet sie ein Signal an den Sicherungssteuerblock 210.

Falls der Sicherungssteuerblock 210 das Signal, das angibt, dass die Spannung über das Speicherelement 203 über einer weiteren Referenzspannung liegt, empfängt, sendet der Sicherungssteuerblock 210 an den zweiten Schalter 214 ein Signal, um die Sicherungsbatterie 206 von dem Ausgangsanschluss 204 zu trennen. Darüber hinaus sendet der Sicherungssteuerblock 210 außerdem ein Signal an den zweiten Schalter 214, um die Sicherungsbatterie 206 von dem Ausgangsanschluss 204 zu trennen, wenn der Sicherungssteuerblock 210 detektiert, dass der Zeitgeber für eine Referenzzeitdauer gelaufen ist. Der Zeitgeber des Sicherungssteuerblocks 210 kann z. B. mittels eines Zählers implementiert werden, der mit einer durch einen Oszillator bestimmten Häufigkeit inkrementiert wird. Alternativ kann der Zeitgeber mittels eines Kondensators und eines Widerstands implementiert sein. Solche Zeitgeber sind umfassend bekannt und hier nicht ausführlicher beschrieben.

Optional kann der Sicherungssteuerblock 210 einen Eingangsanschluss 211 umfassen. Dieser Eingangsanschluss kann mit irgendeiner externen Schaltung, insbesondere mit der Last 205, die durch den Ausgangsanschluss 204 mit Leistung versorgt wird, verbunden sein. Wenn der Sicherungssteuerblock 210 über seinen Eingangsanschluss ein geeignetes Signal empfängt, trennt der Sicherungssteuerblock 210 außerdem die Sicherungsbatterie 206 von dem Ausgangsanschluss 204.

Im Folgenden können die Spannungsüberwachungseinrichtung 207 und der Sicherungssteuerblock 210 zusammen durch die Schaltersteuerschaltung 215 bezeichnet sein. Es wird beobachtet, dass die Funktionalität der Schaltersteuerschaltung 215 alternativ mittels eines Mikrocontrollers implementiert werden kann.

In einer alternativen Ausführungsform in Übereinstimmung mit 2 umfasst der Sicherungssteuerblock 210 den Eingangsanschluss 211, umfasst er aber keinen Zeitgeber. Somit ist die Funktionalität des Zeitgebers durch den Eingangsanschluss 211 ersetzt. Wenn der Sicherungssteuerblock 210 über seinen Eingangsanschluss ein geeignetes Signal empfängt, trennt der Sicherungssteuerblock 210 die Sicherungsbatterie 206 von dem Ausgangsanschluss 204. Allerdings verfolgt der Sicherungssteuerblock 210 nicht, wie lange die Sicherungsbatterie verbunden ist. Alternativ kann eine solche Zeitgebungsfunktionalität in der Last 205 implementiert werden, die das Signal an dem Eingangsanschluss 211 in Abhängigkeit von einem solchen Zeitgeber erzeugen kann. Alternativ kann die Last 205 auf andere Weise (was durch die bestimmte Anwendung bestimmt wird) bestimmen, wann das Signal zum Trennen der Sicherungsbatterie gesendet werden soll.

3 stellt eine alternative Ausführungsform der Leistungsversorgungsschaltung dar. Die alternativen Ausführungsformen können mit denselben Blöcken wie in 2 und mit den entsprechenden Varianten und Abwandlungen davon implementiert werden. Die ähnlichen Objekte sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und hier nicht erneut beschrieben.

Die Ausführungsform aus 3 umfasst einen ‚Schnellstartblock‘ 301. Der Schnellstartblock 301 hilft, die Last schnell zu starten, nachdem die externe Energiequelle aktiv geworden ist, noch bevor das Speicherelement 203 ordnungsgemäß geladen worden ist. Das Ladegerät oder der Hochsetzsteller 202 ist dafür konfiguriert, ein Signal zu erzeugen, wenn es bzw. wenn er an dem Eingangsanschluss 201 eine Ladung zu empfangen beginnt. Dieses Signal wird an den Schnellstartblock gesendet. Außerdem empfängt der Schnellstartblock ein Signal von der Spannungsüberwachungseinrichtung 207. Wenn der Schnellstartblock auf der Grundlage der Signale, die er empfängt, bestimmt, dass die externe Energiequelle aktiv geworden ist, während die Spannung über das Speicherelement 203 unter der geeigneten Referenzspannung liegt, sendet der Schnellstartblock 301 ein Steuersignal an den zweiten Schalter 214, um die Sicherungsbatterie 206 mit dem Ausgangsanschluss 204 zu verbinden. Der ODER-Block 302 ist vorgesehen, um zu steuern, dass der zweite Schalter jedes Mal und solange der Sicherungssteuerblock 210 oder der Schnellstartblock 301 ein Signal sendet, das angibt, dass er geschlossen sein sollte, geschlossen ist. Wenn sowohl der Sicherungssteuerblock 210 als auch der Schnellstartblock 301 ein Signal sendet, das angibt, dass sich der zweite Schalter 214 öffnen sollte, sendet der ODER-Block an den zweiten Schalter 214 ein Steuersignal, damit er sich öffnet. In bestimmten Ausführungsformen kann der Schnellstartblock mittels eines einfachen UND-Ports implementiert werden, wobei z. B. der Inverter 209 genutzt wird. In alternativen Ausführungsformen können der Schnellstartblock 301 und der ODER-Block 302 mittels eines optionalen Mikrocontrollers implementiert sein.

4 stellt ein durch eine Leistungsversorgungsschaltung ausgeführtes Verfahren dar. In Schritt 401 wird Energie von einer externen Quelle in einem Speicherelement 401 gespeichert. In Schritt 402 wird die Spannung über das Speicherelement durch einen Komparator mit einer Referenzspannung verglichen. In Schritt 403 wird geprüft, ob die Spannung unter der Referenzspannung liegt. Wenn nicht, wird das Verfahren von Schritt 401 fortgesetzt.

Wenn ja, wird das Speicherelement in Schritt 404 von einem Ausgangsanschluss getrennt und wird mit dem Ausgangsanschluss einer Sicherungsbatterie verbunden. In Schritt 405 wird geprüft, ob die Spannung über das Speicherelement über einem weiteren Referenzwert liegt. Wenn ja, wird das Speicherelement in Schritt 406 mit dem Ausgangsanschluss verbunden und wird die Sicherungsbatterie von dem Ausgangsanschluss getrennt und wird der Prozess von Schritt 401 fortgesetzt.

Wenn nein, wird in Schritt 407 geprüft, ob die Sicherungsbatterie getrennt werden sollte. Wenn nicht, wird der Prozess von Schritt 405 fortgesetzt. Wenn ja, wird die Sicherungsbatterie in Schritt 408 von dem Ausgangsanschluss getrennt.

Ein Beispiel einer Schaltung zum Steuern einer Leistungsversorgung umfasst:

ein Speicherelement zum Speichern von Energie, die von einer Energiequelle gewonnen wird;
eine Sicherungsbatterie;
eine Spannungsüberwachungseinrichtung, die dafür konfiguriert ist, eine Spannung des Speicherelements mit einer Referenzspannung zu vergleichen;
einen ersten Schalter, um das Speicherelement wahlweise mit einem Ausgang zu verbinden;
einen zweiten Schalter, um die Sicherungsbatterie wahlweise mit dem Ausgang zu verbinden; und
eine Schaltersteuerschaltung zum:
- Steuern des ersten Schalters zum Trennen des Speicherelements von dem Ausgang und des zweiten Schalters zum Verbinden der Sicherungsbatterie mit dem Ausgang, falls die Spannung des Speicherelements unter der Referenzspannung liegt;
- Entscheiden, ob die Sicherungsbatterie getrennt werden soll, während die Spannung des Speicherelements unter der Referenzspannung liegt; und
- Steuern des zweiten Schalters zum Trennen der Sicherungsbatterie von dem Ausgang, während die Spannung des Speicherelements unter der Referenzspannung liegt, in Übereinstimmung mit der Entscheidung.

Die hier beschriebenen Beispiele und Ausführungsformen dienen zur Veranschaulichung und nicht zur Beschränkung der Erfindung. Der Fachmann auf dem Gebiet kann alternative Ausführungsformen entwerfen, ohne von dem Schutzumfang der Ansprüche abzuweichen. Bezugszeichen in Klammern sind nicht als Beschränkung des Schutzumfangs der Ansprüche zu interpretieren. Objekte, die in den Ansprüchen oder in der Beschreibung als getrennte Entitäten beschrieben sind, können als einzelnes Hardware- oder Softwareobjekt implementiert werden, das die beschriebenen Merkmale der Objekte kombiniert.

Claims

Schaltung zum Steuern einer Leistungsversorgung, wobei die Schaltung umfasst: ein Speicherelement (203) zum Speichern von Energie, die von einer Energiequelle (201) gewonnen wird; eine Sicherungsbatterie (206); einen ersten Schalter (208), um das Speicherelement (203) wahlweise mit einem Ausgang (204) zu verbinden; einen zweiten Schalter (214), um die Sicherungsbatterie (206) wahlweise mit dem Ausgang (204) zu verbinden; und eine Schaltersteuerschaltung (215), die eine Spannungsüberwachungseinrichtung (207) umfasst; wobei die Spannungsüberwachungseinrichtung (207) dafür konfiguriert ist, eine Spannung des Speicherelements (203) mit einer Referenzspannung zu vergleichen; und wobei die Schaltersteuerschaltung (215) dazu konfiguriert ist: zu steuern, dass der erste Schalter (208) das Speicherelement (203) von dem Ausgang (204) trennt, und der zweite Schalter (214) die Sicherungsbatterie (206) mit dem Ausgang (204) verbindet, falls die Spannung des Speicherelements (203) unter der Referenzspannung liegt; zu entscheiden, ob die Sicherungsbatterie (206) von dem Ausgang (204) getrennt werden soll, während die Spannung des Speicherelements (203) unter der Referenzspannung liegt; und in Übereinstimmung mit der Entscheidung zu steuern, dass der zweite Schalter (214) die Sicherungsbatterie (206) von dem Ausgang (204) trennt, während die Spannung des Speicherelements (203) unter der Referenzspannung liegt; wobei die Schaltersteuerschaltung (215) mindestens eines aus Folgendem umfasst: einem Zeitgeber, wobei die Schaltersteuerschaltung (215) dazu konfiguriert ist, zu entscheiden, die Sicherungsbatterie (206) von dem Ausgang (204) zu trennen, falls die Sicherungsbatterie (206) für mehr als eine Referenzzeitdauer mit dem Ausgang (204) verbunden gewesen ist, und einem Anschluss (211) zum Empfangen einer Signaleingabe, wobei die Schaltersteuerschaltung (215) dafür konfiguriert ist, zu entscheiden, die Sicherungsbatterie (206) von dem Ausgang (204) zu trennen, falls der Anschluss ein vorgegebenes Signal an dem Anschluss (211) von einer Schaltung (205) empfängt, die durch den Ausgang (204) versorgt ist.
Schaltung nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die Schaltersteuerschaltung (215) ferner dafür konfiguriert ist zu detektieren, ob das Speicherelement (203) durch die Energiequelle (201) geladen wird, nachdem sie die Sicherungsbatterie (206) von dem Ausgang (204) getrennt hat, und die Sicherungsbatterie (206) mit dem Ausgang (204) zu verbinden, falls das Speicherelement (203) durch die Energiequelle (201) geladen wird.
Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Schaltersteuerschaltung (215) ferner dafür konfiguriert ist, das Speicherelement (203) wieder mit dem Ausgang (204) zu verbinden und die Sicherungsbatterie (206) von dem Ausgang (204) zu trennen, falls die Spannung des Speicherelements (203) über einem weiteren Referenzwert liegt.
Schaltung nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die Spannungsüberwachungseinrichtung (207) dafür konfiguriert ist, die Referenzspannung auf der Grundlage einer Spannung der Sicherungsbatterie (206) zu bestimmen.
Schaltung nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die Referenzspannung einen vorgegebenen festen Wert aufweist.
Schaltung nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die Sicherungsbatterie (206) eine nicht nachladbare Batterie ist.
Verfahren, das durch eine Schaltung ausgeführt wird, wobei die Schaltung ein Speicherelement (203), eine Sicherungsbatterie (206), eine Spannungsüberwachungseinrichtung (207), einen ersten Schalter (208), einen zweiten Schalter (214) und eine Schaltersteuerschaltung (215) umfasst, wobei das Verfahren umfasst: Speichern (401) der von der Energiequelle gewonnenen Energie durch das Speicherelement (203); Vergleichen (402) einer Spannung des Speicherelements (203) mit einer Referenzspannung durch die Spannungsüberwachungseinrichtung (207); Steuern des ersten Schalters (208) zum Trennen (404) des Speicherelements (203) von dem Ausgang (204) und des zweiten Schalters (214) zum Verbinden (404) der Sicherungsbatterie (206) mit dem Ausgang (204) in Ansprechen darauf, dass die Spannungsüberwachungseinrichtung (207) detektiert, dass die Spannung des Speicherelements (203) unter einer Referenzspannung liegt, durch die Schaltersteuerschaltung (215); Entscheiden (407), ob die Sicherungsbatterie (206) getrennt werden soll, während die Spannung des Speicherelements (203) unter der Referenzspannung liegt, durch die Schaltersteuerschaltung (215), und Steuern des zweiten Schalters (214) zum Trennen (408) der Sicherungsbatterie (206) von dem Ausgang (204), während die Spannung des Speicherelements (203) unter der Referenzspannung liegt, in Übereinstimmung mit der Entscheidung durch die Schaltersteuerschaltung (215) und mindestens einem aus: Entscheiden durch die Schaltersteuerschaltung (215), die Sicherungsbatterie (206) von dem Ausgang (204) zu trennen, falls die Sicherungsbatterie (206) für mehr als eine Referenzzeitdauer mit dem Ausgang (204) verbunden gewesen ist, und Entscheiden durch die Schaltersteuerschaltung (215), die Sicherungsbatterie (206) von dem Ausgang (204) zu trennen, falls der Anschluss ein vorgegebenes Signal an dem Anschluss (211) von einer Schaltung (205) empfängt, die durch den Ausgang (204) versorgt ist.