DE102018105273A1 - Electronic ultra-low-leakage circuit for fast charging - Google Patents

Electronic ultra-low-leakage circuit for fast charging Download PDF

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Abstract

Zur Ladung hochkapazitiver Ladungsspeicher aus einer Ladungsquelle wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, mit einem ersten Regler (4) zur Regelung eines Ladestroms mit einem ersten Operationsverstärker (8) und einem ersten Steller (7), sowie mit einem zweiten Regler (5) zur Regelung einer Ladespannung mit einem zweiten Operationsverstärker (10) und einem zweiten Steller (9), wobei der erste Steller (7) und der zweite Steller (9) kaskadiert angeordnet sind; und wobei der zweite Regler (5) dazu ausgebildet ist den Ladestrom durch den zweiten Steller (9) auf Grundlage einer Differenz zwischen einer Soll-Spannung (Uf) und einer Ladespannung (VCC) des Ladungsspeichers mittels des zweiten Operationsvertärkers (10) zu regeln.

Figure DE102018105273A1_0000
For charging high-capacity charge accumulators from a charge source, a device is proposed, with a first regulator (4) for regulating a charging current with a first operational amplifier (8) and a first actuator (7), and with a second regulator (5) for regulating a charging voltage with a second operational amplifier (10) and a second actuator (9), wherein the first actuator (7) and the second actuator (9) are arranged in cascade; and wherein the second controller (5) is adapted to control the charging current through the second regulator (9) based on a difference between a target voltage (Uf) and a charge voltage (VCC) of the charge storage means by the second operational amplifier (10).
Figure DE102018105273A1_0000

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum schnellen und verlustarmen Aufladen hochkapazitiver Ladungsspeicher.The invention relates to a device and a method for fast and low-loss charging of high-capacity charge storage.

Hintergrundbackground

Beim Laden von hochkapazitiven Speichern besteht das Problem, dass der Speicher überladen oder die Spannungsquelle überlastet werden kann. Zudem sind bei voll geladenem Speicher Leckströme und somit Verluste durch die Ladeschaltung möglich.When loading high-capacity memories, there is the problem that the memory can be overloaded or the voltage source can be overloaded. In addition, with fully charged memory leakage currents and thus losses through the charging circuit are possible.

Bekannte Ladeschaltungen verwenden Z-Dioden zur Spannungsregulierung (Spannungsabhängige Ladung) und beispielsweise Schottky-Dioden um Stromrückflüsse aus dem Speicher in die Ladeschaltung zu verhindern. Der maximale Ladestrom ist bei bekannten Spannungsquellen-Schaltungen auf 500mA begrenzt, dieser kann jedoch in der Realität nicht erreicht werden, da die Spannungsbegrenzung mit der Z-Diode zu keinem konstanten Ladestrom führt.Known charging circuits use Z-diodes for voltage regulation (voltage-dependent charge) and, for example, Schottky diodes to prevent backflow of current from the memory into the charging circuit. The maximum charging current is limited to 500 mA in known voltage source circuits, but this can not be achieved in reality, since the voltage limitation with the Zener diode does not lead to a constant charging current.

Die Erfindung hat zur Aufgabe, diese Nachteile abzumildern.The invention has the object to mitigate these disadvantages.

Kurzbeschreibung der ErfindungBrief description of the invention

Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen können den Unteransprüchen entnommen werden.This object is achieved by the invention specified in the independent claims. Advantageous embodiments can be taken from the subclaims.

Erfindungsgemäß geschaffen ist eine Vorrichtung zur Ladung hochkapazitiver Ladungsspeicher aus mindestens einer Ladungsquelle, mit einem ersten Regler zur Regelung eines Ladestroms mit einem ersten Operationsverstärker und einem ersten Steller; sowie mit einem zweiten Regler zur Regelung einer Ladespannung mit einem zweiten Operationsverstärker und einem zweiten Steller; wobei der erste Steller und der zweite Steller kaskadiert angeordnet sind. Der zweite Operationsverstärker ist dabei dazu ausgebildet den Ladestrom auf Grundlage einer Differenz zwischen einem Sollwert der Ladespannung und einem Istwert der Ladespannung mittels des zweiten Stellers zu regeln.According to the invention, a device is provided for charging high-capacity charge accumulators from at least one charge source, with a first regulator for regulating a charging current with a first operational amplifier and a first actuator; and a second regulator for regulating a charging voltage with a second operational amplifier and a second actuator; wherein the first actuator and the second actuator are arranged in cascade. The second operational amplifier is designed to regulate the charging current based on a difference between a desired value of the charging voltage and an actual value of the charging voltage by means of the second actuator.

Zur Regelung des Ladestroms wird vorzugsweise die Differenz zwischen einem Sollwert der Ladespannung (Soll-Spannung) und dem Istwert der Ladespannung durch den zweiten Operationsverstärker integriert.To regulate the charging current, the difference between a nominal value of the charging voltage (nominal voltage) and the actual value of the charging voltage is preferably integrated by the second operational amplifier.

Des Weiteren ist es bevorzugt, dass die Differenz zwischen dem Sollwert der Ladespannung und dem Istwert der Ladespannung durch den zweiten Operationsverstärker invertiert integriert wird. Der zweite Operationsverstärker kann somit ein invertierender Operationsverstärker sein.Furthermore, it is preferred that the difference between the desired value of the charging voltage and the actual value of the charging voltage is integrated inversely by the second operational amplifier. The second operational amplifier can thus be an inverting operational amplifier.

Vorzugsweise regelt der erste Regler den Ladestrom auf Grundlage einer von einer Spannungsquelle bereitgestellten konstanten Eingangsspannung und einer Soll-Spannung, insbesondere auf Grundlage der Differenz zwischen der Soll-Spannung und der Eingangsspannung.Preferably, the first regulator regulates the charging current based on a constant input voltage provided by a voltage source and a desired voltage, in particular based on the difference between the desired voltage and the input voltage.

In manchen Ausgestaltungen der Erfindung umfasst der erste Steller einen ersten MOSFET und/oder der zweite Steller umfasst einen zweiten MOSFET. Der erste und/oder der zweite MOSFET können beispielsweise als p-Kanal MOSFET, insbesondere als selbstsperrende p-Kanal MOSFETS, ausgebildet sein.In some embodiments of the invention, the first actuator comprises a first MOSFET and / or the second actuator comprises a second MOSFET. The first and / or the second MOSFET may be formed, for example, as a p-channel MOSFET, in particular as a self-blocking p-channel MOSFETs.

Der erste und zweite Regler führen eine Stromregelung (erster Regler) und eine Spannungsregelung (zweiter Regler) durch. Der erste Regler prägt den Ladestrom ein. Der zweite Regler regelt und begrenzt die maximale Ladespannung. Die Regler sind vorzugsweise mit Operationsverstärkern realisiert. Der erste und zweite Steller können als MOSFETS realisiert sein. Insbesondere sind die jeweiligen Steller der beiden Regelkreise kaskadiert angeordnet. So kann der Ausgang des zum ersten Regelkreis gehörigen Stellers die Eingangsgröße des zum zweiten Regelkreis gehörigen Stellers bereitstellen. Dies kann beispielsweise derart umgesetzt sein, dass der Drain-Anschluss des ersten MOSFETS mit dem Source-Anschluss des zweiten MOSFETS verbunden ist. In manchen Ausgestaltungen der Erfindung ist der Ausgang des ersten Stellers direkt mit dem Eingang des zweiten Stellers verbunden. Der erste MOSFET und/oder der zweite MOSFET werden bevorzugt im Linearbetrieb betrieben.The first and second controllers carry out a current control (first controller) and a voltage controller (second controller). The first regulator impresses the charging current. The second controller regulates and limits the maximum charging voltage. The regulators are preferably realized with operational amplifiers. The first and second controllers can be realized as MOSFETs. In particular, the respective actuators of the two control circuits are arranged in cascade. Thus, the output of the controller belonging to the first control circuit can provide the input variable of the controller belonging to the second control circuit. This can be implemented, for example, such that the drain terminal of the first MOSFET is connected to the source terminal of the second MOSFET. In some embodiments of the invention, the output of the first actuator is connected directly to the input of the second actuator. The first MOSFET and / or the second MOSFET are preferably operated in linear operation.

Beide Steller arbeiten über die gesamte Regelstrecke parallel. Insbesondere verwenden beide Regler die gleiche Führungsgröße, beispielsweise eine von der Ladeschaltung bereitgestellten Soll-Spannung. Die Gesamtregelstrecke wird dadurch in kleinere, besser regelbare Teilstrecken untergliedert. Die Soll-Spannung kann beispielsweise mittels einer Zener-Diode und/oder einem Führungsfilter stabilisiert und/oder eingestellt werden. Ferner können die Regler analoge, stetige Regler sein. Analoge, stetige Regler sind einfach und bewährt und haben bekannte Regelgesetze.Both controllers work in parallel over the entire controlled system. In particular, both controllers use the same reference variable, for example, a desired voltage provided by the charging circuit. The entire controlled system is thereby subdivided into smaller, more easily adjustable sections. The desired voltage can be stabilized and / or adjusted, for example, by means of a Zener diode and / or a guide filter. Furthermore, the controllers can be analog, continuous controllers. Analog, continuous controllers are simple and proven and have well-known control laws.

In einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst der erste Regler einen dritten Schalter, insbesondere einen dritten MOSFET. Der erste Regler ist dann dazu ausgebildet, durch den dritten MOSFET, mindestens einen zweiten Widerstand zu einem ersten Widerstand parallel zu schalten. Der Ladestrom wird dabei durch den ersten Regler zunächst statisch voreingestellt, indem durch den dritten MOSFET ein oder mehrere weitere Widerstände (parallel) hinzu oder weggeschaltet werden können. Dies kann auch über einen Mikrocontroller geschehen. Dadurch ist es möglich, mehrere verschiedene Spannungsquellen zur Ladung zu verwenden oder unterschiedlich große Ladeströme einzustellen. Der zweite Regler (Spannungsregler) begrenzt dabei auf der Basis der Differenz von Soll- und Istwert der Ladespannung die Ladespannung, indem der Ladestrom durch den zweiten Regler reduziert wird. Vorzugsweise integriert der zweite Regler über die Differenz von Soll- und Istwert der Ladespannung. Ebenso ist es bevorzugt, wenn der zweite Regler invertiert über die Differenz von Soll- und Istwert der Ladespannung integriert. Dies kann insbesondere bei einer Vorrichtung vorteilhaft sein, deren zweiter Steller einen zweiten MOSFET, insbesondere einen p-Kanal MOSFET, umfasst. Durch die Einbindung des zweiten Reglers ist es möglich, mit der Ladeschaltung auch ein angeschlossenes Gerät zu versorgen, ohne dass ein zu ladender Ladungsspeicher angeschlossen ist. Zudem wird durch die Anordnung der Regler, insbesondere durch die kaskadierten Steller, der Ladestrom über die Zeit konstant gehalten und hängt nicht von der Ladespannung ab. Dadurch kann ein konstant hoher Strom bereitgestellt werden, ohne die Spannungsquelle(n) zu überlasten. Dadurch wird die Ladezeit verkürzt.In one embodiment of the invention, the first controller comprises a third switch, in particular a third MOSFET. The first regulator is then configured to connect in parallel through the third MOSFET, at least one second resistor to a first resistor. The charging current is initially statically preset by the first controller by one or more additional resistors (parallel) can be added or disconnected by the third MOSFET. This can also be done via a microcontroller. This makes it possible to use several different voltage sources for charging or to set different sized charging currents. The second controller (voltage regulator) limits the charging voltage on the basis of the difference between the setpoint and actual value of the charging voltage by reducing the charging current through the second regulator. Preferably, the second controller integrates over the difference between the setpoint and actual value of the charging voltage. It is likewise preferred if the second regulator integrates inversely over the difference between the nominal and actual values of the charging voltage. This can be advantageous in particular in the case of a device whose second actuator comprises a second MOSFET, in particular a p-channel MOSFET. By integrating the second regulator, it is possible to supply the charging circuit with a connected device without having to charge a charge storage device to be charged. In addition, the charging current is kept constant over time by the arrangement of the controller, in particular by the cascaded controller and does not depend on the charging voltage. As a result, a constant high current can be provided without overloading the voltage source (s). This shortens the loading time.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist der erste Regler dazu ausgebildet, durch den ersten Steller/ersten MOSFET den Ladestrom anzupassen, wobei der erste Steller/erste MOSFET durch ein Ausgangssignal des ersten Operationsverstärkers gesteuert wird. Auf diese Weise greift der erste Operationsverstärker direkt in den Ladestrom ein. Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass ein Ausgangssignal des ersten Operationsverstärkers an einem Gate-Anschluss des ersten MOSFETS anliegt, um diesen zu steuern.In one embodiment of the invention, the first regulator is designed to adapt the charging current through the first regulator / first MOSFET, wherein the first regulator / first MOSFET is controlled by an output signal of the first operational amplifier. In this way, the first operational amplifier directly intervenes in the charging current. In particular, it can be provided that an output signal of the first operational amplifier is applied to a gate terminal of the first MOSFET in order to control it.

In einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Vorrichtung eine hochohmige Rückführung von dem Ladungsspeicher zu dem zweiten Regler, wobei die hochohmige Rückführung an einem positiven Eingang des zweiten Operationsverstärkers anliegt. Die Rückführung gewährleistet, dass stets ein genauer Istwert der Ladespannung am nicht-invertierenden Eingang des zweiten Operationsverstärkers anliegt. Auf diese Weise kann auf den tatsächlichen Sollwert geregelt werden.In one embodiment of the invention, the device comprises a high-impedance feedback from the charge storage to the second controller, wherein the high-impedance feedback is applied to a positive input of the second operational amplifier. The feedback ensures that there is always an accurate actual value of the charging voltage at the non-inverting input of the second operational amplifier. In this way can be regulated to the actual setpoint.

In einer Ausgestaltung der Erfindung steuert ein Ausgangssignal des zweiten Operationsverstärkers den zweiten Steller/zweiten MOSFET. Der zweite Regler greift auf diese Weise selbstständig und direkt in den Ladestromfluss ein und ist dadurch in der Lage, eine Überladung des Speichers zu verhindern.In one embodiment of the invention, an output signal of the second operational amplifier controls the second regulator / second MOSFET. The second controller in this way automatically and directly intervenes in the charging current flow and is thus able to prevent overcharging of the memory.

In einer Ausgestaltung der Erfindung liegt der invertierende Eingang des zweiten Operationsverstärkers an dem nicht invertierenden Eingang des ersten Operationsverstärkers an. Dadurch greifen die Regelstrecken des ersten und des zweiten Reglers ineinander ein. Die Regelgenauigkeit wird dadurch erhöht. Dabei verwenden beide Regler vorzugsweise die gleiche Führungsgröße und interpretieren diese für sich als Soll-Spannung oder Soll-Strom.In one embodiment of the invention, the inverting input of the second operational amplifier is applied to the non-inverting input of the first operational amplifier. As a result, the controlled systems of the first and the second controller interlock. The control accuracy is thereby increased. In this case, both controllers preferably use the same reference variable and interpret it as a setpoint voltage or setpoint current.

In einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst der zweite Regler eine Ultra-Low-Leakage Diode, insbesondere eine Schottky-Diode, zum Verhindern einer Selbstentladung des Speichers. wenn keine Spannungsquelle mit der Ladeschaltung verbunden ist, beziehungsweise eine zu kleine Eingangsspannung bereitgestellt wird. Somit wird ein „Rückfluss“ von Ladungsträgern aus dem Speicher in die Schaltung und damit verbundene Verluste durch Leckströme durch die Ultra-Low- Leakage-Diode verhindert.In one embodiment of the invention, the second regulator comprises an ultra-low leakage diode, in particular a Schottky diode, for preventing self-discharge of the memory. if no voltage source is connected to the charging circuit, or too low an input voltage is provided. Thus, a "backflow" of charge carriers from the memory into the circuit and associated losses due to leakage currents through the ultra-low leakage diode is prevented.

In einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Vorrichtung einen Spannungsabgriff zum Versorgen eines angeschlossenen Geräts, wobei eine Versorgungsspannung des Gerätes gleich der Ladespannung des hochkapazitiven Speichers ist. Indem ein zu dem Ladungsspeicher paralleler Spannungsabgriff implementiert ist, kann durch die Schaltung auch ein angeschlossenes Gerät, beispielsweise ein Stelltrieb, mit Energie versorgt werden. Dies ist sowohl während des Ladevorganges, bei angeschlossenem Speicher, als auch dann möglich, wenn kein zu ladender Speicher angeschlossen ist und das Gerät normal betrieben werden soll. Die Vorrichtung erhält dadurch eine Doppelfunktion.In one embodiment of the invention, the device comprises a voltage tap for supplying a connected device, wherein a supply voltage of the device is equal to the charging voltage of the high-capacitive memory. By implementing a voltage tap parallel to the charge storage, the circuit may also power a connected device, such as an actuator. This is possible both during the charging process, when the memory is connected, and when no memory to be charged is connected and the device is to be operated normally. The device is replaced by a double function.

In einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst der erste Regler einen weiteren Spannungseingang zum Anschluss einer weiteren Spannungsquelle und einen vierten Schalter, insbesondere einen vierten MOSFET, zum parallelschalten mindestens eines dritten Widerstandes zu dem ersten und/oder dem zweiten Widerstand. Dadurch ist es möglich mehrere Spannungsquellen, z.B. verschiedene USB-Anschlüsse, entweder gleichzeitig oder alternativ zu verwenden. Durch das hinzu- oder wegschalten weiterer paralleler Widerstände kann der Ladestrom entsprechend angepasst werden.In one embodiment of the invention, the first controller comprises a further voltage input for connecting a further voltage source and a fourth switch, in particular a fourth MOSFET, for parallel switching at least one third resistor to the first and / or the second resistor. Thereby it is possible to use several voltage sources, e.g. different USB ports, either simultaneously or alternatively to use. By adding or removing further parallel resistors, the charging current can be adjusted accordingly.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Regelung eines Ladevorgangs eines hochkapazitiven Speichers aus mindestens einer Spannungsquelle geschaffen, das Verfahren umfassend das Empfangen einer ersten Eingangsspannung von einer ersten Spannungsquelle; Bereitstellen einer Soll-Spannung durch die Ladeschaltung, Bestimmen der Differenz zwischen der Soll-Spannung und der Eingangsspannung durch den ersten Regler, Anpassen des Ladestroms auf Grundlage der Differenz zwischen Soll-Spannung und Eingangsspannung; Bereitstellen einer Ladespannung des Ladungsspeichers am zweiten Regler, Bestimmen der Differenz zwischen Ladespannung und Soll-Spannung durch den zweiten Regler, Anpassen des Ladestroms auf Grundlage der Differenz zwischen Ladespannung und Soll-Spannung. Die Spannungsquelle kann insbesondere eine konstante Eingangsspannung bereitstellen.According to another aspect of the invention, there is provided a method of controlling a charging of a high capacitive memory from at least one voltage source, the method comprising receiving a first input voltage from a first voltage source; Providing a desired voltage through the charging circuit, determining the difference between the desired voltage and the input voltage through the first regulator, adjusting the charging current based on the difference between the desired voltage and Input voltage; Providing a charge voltage of the charge storage at the second regulator, determining the difference between charge voltage and target voltage by the second regulator, adjusting the charge current based on the difference between charge voltage and target voltage. In particular, the voltage source can provide a constant input voltage.

In einer Ausgestaltung des Verfahrens umfasst das Anpassen des Ladestroms durch den ersten Regler das Schalten mindestens eines zweiten Widerstandes parallel zu einem ersten Widerstand. Dadurch wird das statische Einstellen des Ladestromes ermöglicht. Vorzugsweise erfolgt das Parallelschalten des zweiten Widerstands zum ersten Widerstand durch das Schalten des dritten Schalters, insbesondere des dritten MOSFETs.In one embodiment of the method, adjusting the charging current by the first regulator comprises switching at least one second resistor in parallel with a first resistor. This allows the static adjustment of the charging current. The parallel connection of the second resistor to the first resistor preferably takes place by the switching of the third switch, in particular of the third MOSFET.

In manchen Ausgestaltungen umfasst das Verfahren weiter das Empfangen eines Schaltsignals durch den ersten Regler, wobei der erste Regler den dritten Schalter in Abhängigkeit von dem Schaltsignal schaltet. Das Schaltsignal kann beispielsweise von einem Mikrocontroller bereitgestellt werden.In some embodiments, the method further comprises receiving a switching signal by the first controller, the first controller switching the third switch in response to the switching signal. The switching signal can be provided, for example, by a microcontroller.

Das Schaltsignal kann beispielsweise mit einem Steuereingang des vierten Schalters, beispielsweise des vierten MOSFETs verbunden sein, wobei der vierte Schalter derart mit dem dritten Schalter gekoppelt ist, dass der dritte Schalter leitend geschaltet wird, sobald der vierte Schalter leitend geschaltet wird. Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass das Gate des vierten MOSFETs leitend geschaltet wird, sobald ein hoher Pegel des Schaltsignals anliegt, wodurch schließlich der dritte MOSFET leitend wird und damit der zweite Widerstand parallel zum ersten Widerstand geschaltet wird.The switching signal may, for example, be connected to a control input of the fourth switch, for example of the fourth MOSFET, wherein the fourth switch is coupled to the third switch such that the third switch is turned on as soon as the fourth switch is turned on. In particular, it can be provided that the gate of the fourth MOSFET is turned on as soon as a high level of the switching signal is applied, whereby finally the third MOSFET becomes conductive and thus the second resistor is connected in parallel to the first resistor.

In manchen Ausgestaltungen des Verfahrens erfolgt das Empfangen der Differenz auf Grundlage einer Rückführung von dem Ladungsspeicher zu dem zweiten Regler, insbesondere zu dem zweiten Operationsverstärker. Die Rückführung gewährleistet, dass stets ein genauer Istwert der Ladespannung am nicht-invertierenden Eingang des zweiten Operationsverstärkers anliegt. Auf diese Weise kann auf den tatsächlichen Sollwert geregelt werden. Vorzugsweise ist die Rückführung eine hochohmige Rückführung. Alternativ kann die Rückführung niederohmig implementiert sein, wobei zwischen der Rückführung und dem Spannungsausgang eine Diode, insbesondere eine Ultra-Low-Leakage-Diode, angeordnet ist, so dass ein Rückfluss von Ladungsträgern in die Ladeschaltung verhindert oder vernachlässigbar klein gehalten wird.In some embodiments of the method, the difference is received on the basis of a feedback from the charge store to the second regulator, in particular to the second operational amplifier. The feedback ensures that there is always an accurate actual value of the charging voltage at the non-inverting input of the second operational amplifier. In this way can be regulated to the actual setpoint. Preferably, the feedback is a high-impedance feedback. Alternatively, the feedback can be implemented with low resistance, wherein a diode, in particular an ultra-low leakage diode, is arranged between the feedback and the voltage output, so that a backflow of charge carriers into the charging circuit is prevented or kept negligibly small.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein System geschaffen, umfassend eine Spannungsquelle, einen Ladungsspeicher und eine Vorrichtung gemäß der Erfindung.According to another aspect of the invention, there is provided a system comprising a voltage source, a charge storage device and a device according to the invention.

In einer Ausgestaltung umfasst das System ein Gerät. Das Gerät kann beispielsweise ein Ventiltrieb in einem automatischen Heizungsventil (Thermostatic Radiator Valve, TRV) sein, insbesondere in einem automatischen Heizungsventil, das durch eine Energy-Harvesting-Einrichtung mit Energie versorgt wird. Die Energy-Harvesting-Einrichtung kann insbesondere ein thermoelektrischer Gernerator (TEG) sein, der aus einer Temperaturdifferenz eine elektrische Spannung generiert. Die Warm-Seite des TEGs kann dabei durch ein Heizungsrohr oder durch ein anderes von warmem Heizungswasser durchflossenes Bauteil mit Wärme gespeist werden, während die Kaltseite durch die Umgebungsluft gestellt wird.In one embodiment, the system includes a device. The device may, for example, be a valvetrain in a Thermostatic Radiator Valve (TRV), in particular in an automatic heater valve which is powered by an energy harvesting device. In particular, the energy harvesting device can be a thermoelectric generator (TEG), which generates an electrical voltage from a temperature difference. The warm side of the TEG can be supplied with heat by a heating pipe or by another component through which heating water flows while the cold side is exposed to the ambient air.

Nachstehend ist anhand der Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen:Hereinafter, an embodiment of the invention is described in more detail with reference to the drawings. Show it:

Figurenlistelist of figures

  • Die 1, eine Ladeschaltung aus dem Stand der Technik;The 1 a charging circuit of the prior art;
  • die 2, ein Ersatzschaltbild einer beispielhaften Ausführungsform gemäß der Erfindung;the 2 Fig. 12 is an equivalent circuit diagram of an exemplary embodiment according to the invention;
  • die 3, ein Spannungs-Zeit-Diagramm eines Ladevorgangs eines Speichers mittels einer beispielhaften erfindungsgemäßen Vorrichtung;the 3 a voltage-time diagram of a charging process of a memory by means of an exemplary device according to the invention;
  • die 4, ein Spannungs-Zeitdiagramm einer Ausgangsspannung einer Vorrichtung gemäß 3, wenn kein Speicher geladen wird;the 4 , a voltage-time diagram of an output voltage of a device according to 3 when no memory is loaded;
  • die 5, ein weiteres Ersatzschaltbild einer beispielhaften Ausführungsform gemäß der Erfindung.the 5 FIG. 10 is another equivalent circuit diagram of an exemplary embodiment according to the invention.

Figurenbeschreibungfigure description

Die 1 zeigt eine Ladeschaltung aus dem Stand der Technik. Die Ladeschaltung umfasst eine Z-Diode D5 zur Spannungsregelung und eine weitere Diode D9, beispielsweise eine Schottky-Diode, zum Verhindern des Rückflusses von Ladungsträgern aus dem Ladungsspeicher in die Ladeschaltung. Die Diode D5 ist dabei zwischen die Ausgangsspannung VCC und Masse geschaltet, wobei die Diode D9 zwischen VCC und der Diode D5 angeordnet ist. Je weiter der Speicher aufgeladen wird, d.h. je höher die Ladespannung wird, desto größer wird der Strom durch die Diode D5. Dies führt zu größeren dissipativen Verlusten und schließlich zu einem geringeren effektiven Ladestrom. Aufgrund des reduzierten Ladestroms wird folglich die Ladezeit erhöht. In dieser und den folgenden Figuren durchgestrichene Komponenten sind in den dargestellten Schaltungen als „nicht bestückt“ zu verstehen. Die durchgestrichenen Komponenten beziehen sich auf alternative oder optionale Ausgestaltungen der jeweiligen Schaltung.The 1 shows a charging circuit of the prior art. The charging circuit includes a Z -Diode D5 for voltage regulation and another diode D9 For example, a Schottky diode for preventing the backflow of charge carriers from the charge storage in the charging circuit. The diode D5 is between the output voltage VCC and ground connected, the diode D9 between VCC and the diode D5 is arranged. The further the memory is charged, ie the higher the charging voltage, the greater the current through the diode D5 , This leads to larger dissipative losses and finally to a lower effective charging current. Due to the reduced charging current, consequently, the charging time is increased. In this and the following figures crossed-out components are to be understood in the illustrated circuits as "not equipped". The crossed out Components refer to alternative or optional configurations of the particular circuit.

Die 2 zeigt ein Ersatzschaltbild einer beispielhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Ladung eines hochkapazitiven Speichers 2 aus mindestens einer ersten Ladungsquelle 3 (Spannungsquelle). Die Vorrichtung 1 umfasst einen ersten Regler 4 und einen zweiten Regler 5. Der erste Regler 4 umfasst einen ersten MOSFET 7, einen dritten MOSFET 6 und einen ersten Operationsverstärker 8. Der zweite Regler 5 umfasst einen zweiten MOSFET 9, sowie einen zweiten Operationsverstärker 10. Parallel zu dem Speicher 2 ist ein Spannungsabgriff 11 zur Energieversorgung eines Geräts 12 implementiert. Eine hochohmige Rückführung 13 liegt zwischen der Ladespannung und einem invertierenden Eingang des zweiten Operationsverstärkers 10. Der zweite Operationsverstärker 10 vergleicht die Ladespannung aus der hochohmigen Rückführung 13 mit einer Sollwert-Spannung Uf. Die Sollwert-Spannung Uf wird aus der Spannungsquelle 3 gespeist und im Beispiel von einer Zener-Diode Q2 und einem mit der Zener-Diode Q2 verbundenem Führungsfilter FF1 gestellt. Der Führungsfilter FF1 ist im Beispiel als RC-Glied realisiert, bestehend aus einem Widerstand R13 und einer Kapazität C10. Auf Grundlage der Differenz zwischen den Eingangsspannungen integriert der zweite Operationsverstärker 10 invertiert und gibt ein Signal 14 aus, welches den zweiten MOSFET 9 ansteuert. Der zweite MOSFET 9 unterbricht, reduziert oder erhöht den Stromfluss zum Speicher 2, wenn er geschaltet wird. Insbesondere kann der zweite MOSFET 9 im Linearbetrieb betrieben werden, so dass der Stromfluss zum Speicher 2 entsprechend eingestellt werden kann. Der invertierende Eingang des zweiten Operationsverstärkers 10 ist mit dem nicht-invertierenden Eingang des ersten Operationsverstärkers 8 gekoppelt. Insbesondere kann es, wie im Beispiel dargestellt, vorgesehen sein, dass der invertierende Eingang des zweiten Operationsverstärkers 10 über einen Führungsfilter (im Beispiel der Führungsfilter FF1) mit dem nicht-invertierenden Eingang des ersten Operationsverstärkers 8 gekoppelt ist. Außerdem ist im Beispiel ein Widerstand R55 zwischen dem invertierenden Eingang des zweiten Operationsverstärkers 10 und dem Führungsfilter FF1 angeordnet. Der erste Operationsverstärker 8 schaltet in Abhängigkeit der Spannung von der Ladungsquelle 3 und einer Spannung, die hinter gegebenenfalls durch den ersten MOSFET 6 zugeschalteten zweiten Widerständen 15 abfällt, den ersten MOSFET 7 und regelt so den Ladestrom. Durch das Zuschalten der zweiten Widerstände 15 zu dem ersten Widerstand 16 wird der Ladestrom durch den ersten Regler 4 aus einer oder mehreren Spannungsquellen 3 entsprechend dem von der Spannungsquelle 3 gespeisten Strom angepasst und statisch eingeprägt. Insbesondere kann dadurch ein schnelleres Laden des Ladungsspeichers ermöglicht werden, wenn eine leistungsfähigere Spannungs-/Stromquelle zur Verfügung steht. Eine Ultra-Low-Leakage-Diode 17 liegt zwischen der Ladeschaltung und dem Speicher 2 und verhindert den Rückfluss von Ladungsträgern aus dem Speicher 2 in die Ladeschaltung.The 2 shows an equivalent circuit diagram of an exemplary embodiment of a device according to the invention 1 for charging a high-capacity memory 2 from at least a first charge source 3 (Voltage source). The device 1 includes a first regulator 4 and a second regulator 5 , The first controller 4 includes a first MOSFET 7 , a third MOSFET 6 and a first operational amplifier 8th , The second controller 5 includes a second MOSFET 9 , as well as a second operational amplifier 10 , Parallel to the memory 2 is a voltage tap 11 for powering a device 12 implemented. A high-impedance feedback 13 is between the charging voltage and an inverting input of the second operational amplifier 10 , The second operational amplifier 10 compares the charging voltage from the high-impedance feedback 13 with a setpoint voltage Uf , The setpoint voltage Uf gets out of the voltage source 3 powered and in the example of a zener diode Q2 and one with the zener diode Q2 connected guide filter FF1 posed. The guide filter FF1 is implemented in the example as an RC element, consisting of a resistor R13 and a capacity C10 , Based on the difference between the input voltages, the second operational amplifier integrates 10 inverted and gives a signal 14 from which the second MOSFET 9 controls. The second MOSFET 9 interrupts, reduces or increases the flow of current to the store 2 when he is switched. In particular, the second MOSFET 9 be operated in linear mode, so that the current flow to the memory 2 can be adjusted accordingly. The inverting input of the second operational amplifier 10 is connected to the non-inverting input of the first operational amplifier 8th coupled. In particular, as shown in the example, it may be provided that the inverting input of the second operational amplifier 10 via a guide filter (in the example of the guide filter FF1 ) to the non-inverting input of the first operational amplifier 8th is coupled. In addition, in the example, a resistor R55 between the inverting input of the second operational amplifier 10 and the guide filter FF1 arranged. The first operational amplifier 8th switches depending on the voltage from the charge source 3 and a voltage behind possibly through the first MOSFET 6 switched on second resistors 15 drops, the first MOSFET 7 and thus regulates the charging current. By connecting the second resistors 15 to the first resistance 16 the charging current is through the first regulator 4 from one or more voltage sources 3 according to the voltage source 3 supplied current adjusted and statically impressed. In particular, this allows a faster charging of the charge storage device, if a more powerful voltage / current source is available. An ultra-low leakage diode 17 lies between the charging circuit and the memory 2 and prevents the return of charge carriers from the memory 2 in the charging circuit.

Die 3 zeigt ein Spannungs-Zeit-Diagramm 18 eines Ladevorgangs eines Speichers 2 mittels einer beispielhaften erfindungsgemäßen Vorrichtung 1. Der Graph 19 repräsentiert den Anstieg der Ladespannung (LicVoltage) über die Zeit, während der Graph 20 den Ladestrom in Abhängigkeit der Zeit und der Spannungsquelle zeigt. Der Ladestrom wird durch die Vorrichtung 1 der Strom-/Spannungsquelle angepasst und dann konstant gehalten. Im Beispiel beginnt der Ladevorgang mit einer USB-Spannungsquelle, die eine Eingangsspannung von 5V an der Ladeschaltung bereitstellt und einen Ladestrom von circa 0,1 A ermöglicht. Nach 100s wird auf eine USB-Spannungsquelle gewechselt, die bei ebenfalls 5V einen Ladestrom von 0,5A bereitstellt. Entsprechend schaltet die Ladeschaltung den zweiten Widerstand 15 durch leitendschalten des dritten Schalters 6 parallel zum ersten Widerstand 16, so dass der Ladestrom erhöht und der Ladungsspeicher 2 schneller geladen wird. Die Ladespannung 19 bildet in beiden Abschnitten (Abschnitte 0s < t < 100s und t ≥ 100s) eine Gerade, deren Steigung vom Ladestrom abhängt. Die Steigung ist, bis kurz vor Erreichen der maximalen Ladespannung 21 konstant (bis circa t = 410s) und nähert sich dann asymptotisch an einen maximalen Wert 21 der Ladespannung 19 an.The 3 shows a voltage-time diagram 18 a load of a memory 2 by means of an exemplary device according to the invention 1 , The graph 19 represents the increase of the charging voltage (LicVoltage) over time, while the graph 20 shows the charging current as a function of time and the voltage source. The charging current is through the device 1 adapted to the current / voltage source and then kept constant. In the example, the charging process starts with a USB voltage source that provides an input voltage of 5V to the charging circuit and allows a charge current of approximately 0.1A. To 100s is switched to a USB power source, which also provides 5V a charging current of 0.5A. Accordingly, the charging circuit switches the second resistor 15 by turning on the third switch 6 parallel to the first resistor 16 , so that the charging current increases and the charge storage 2 is loaded faster. The charging voltage 19 forms in both sections (sections 0s <t <100s and t ≥ 100s) a straight line whose slope depends on the charging current. The slope is until shortly before reaching the maximum charging voltage 21 constant (until about t = 410s) and then asymptotically approaches a maximum value 21 the charging voltage 19 on.

Die 4 zeigt ein Spannungs-Zeitdiagramm 22 einer Ausgangsspannung 23 einer Vorrichtung 1 gemäß 2, wenn kein Speicher 2 geladen wird. Diese ist zeitlich konstant. Die 5 zeigt ein weiteres Ersatzschaltbild einer beispielhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1. Die 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel der in 2 gezeigten Prinzipschaltung. Die in der 5 gezeigte Schaltung der Vorrichtung 1 umfasst einen Signaleingang 24 und einen vierten MOSFET 25. Der Signaleingang ist mit einem Gate-Anschluss des vierten MOSFETS 25 und über einen Widerstand 26 mit Masse GND sowie mit einem Source-Anschluss des vierten MOSFETS 25 verbunden. Liegt nun am Signaleingang 24 ein hoher Pegel an, wird der vierte MOSFET 25 leitend geschaltet. Ein Drain-Anschluss des vierten MOSFETS 25 ist wiederum mit einem Gate-Anschluss des dritten MOSFETS 6 verbunden, so dass dieser leitend geschaltet wird, sobald der vierte MOSFET 25 leitend ist. Wird der dritte MOSFET 6 leitend, wird dadurch der zweite Widerstand 15 parallel zu dem ersten 16 Widerstand geschaltet, um den Ladestrom statisch festzulegen.The 4 shows a voltage-time diagram 22 an output voltage 23 a device 1 according to 2 if no memory 2 is loaded. This is constant over time. The 5 shows a further equivalent circuit diagram of an exemplary embodiment of the device according to the invention 1 , The 5 shows an embodiment of the in 2 shown principle circuit. The in the 5 shown circuit of the device 1 includes a signal input 24 and a fourth MOSFET 25 , The signal input is connected to a gate terminal of the fourth MOSFET 25 and about a resistance 26 to ground GND and to a source terminal of the fourth MOSFET 25 connected. Is now at the signal input 24 a high level becomes the fourth MOSFET 25 switched on. A drain terminal of the fourth MOSFET 25 is in turn connected to a gate terminal of the third MOSFET 6 connected so that it is turned on, as soon as the fourth MOSFET 25 is conductive. Will be the third MOSFET 6 conducting, thereby becomes the second resistor 15 parallel to the first 16 Resistor connected to statically set the charge current.

Im Beispiel ist der zweite Widerstand 15 durch eine Parallelschaltung eines Widerstandes R36 mit einem Widerstand R40 realisiert. Analog können noch weitere parallelzuschaltbare Widerstände vorgesehen sein. Dadurch können auch mehr als zwei Lademodi implementiert werden. Beispielsweise kann durch einen weiteren Widerstand, der parallel zu dem ersten und/oder zweiten Widerstand geschaltet werden kann, ein dritter Lademodus der Vorrichtung implementiert werden.In the example is the second resistor 15 by a parallel connection of a resistor R36 with a resistance R40 realized. Analogously, further resistors connected in parallel can be provided. This also allows more than two load modes to be implemented. For example, a third charging mode of the device can be implemented by a further resistor which can be connected in parallel with the first and / or second resistor.

Der Spannungseingang ist über einen Widerstand R42 und einen Widerstand R43 mit der Kathode einer Zener-Diode D11 zur Spannungsstabilisierung verbunden, wobei die Anode der Zener-Diode D11 an Masse GND liegt. Somit liegt die stabilisierte Eingangsspannung abzüglich des Spannungsabfalls an der Zener-Diode D11 und den Spannungsabfällen der relevanten Widerständen als eine stabilisierte Eingangsspannung Ux an einem Ausgang der parallelgeschalteten Widerstände 15, 16 an.The voltage input is via a resistor R42 and a resistance R43 with the cathode of a zener diode D11 connected to the voltage stabilization, wherein the anode of the Zener diode D11 to mass GND lies. Thus, the stabilized input voltage minus the voltage drop across the zener diode D11 and the voltage drops of the relevant resistors as a stabilized input voltage Ux at an output of the parallel-connected resistors 15 . 16 on.

Am Spannungsausgang wird die Ladespannung VCC zum Laden eines Ladungsspeichers bereitgestellt. Direkt am Spannungsausgang ist eine hochohmige Rückführung 13 vorgesehen, die mit einem Eingang des zweiten Operationsverstärkers 10 verbunden ist. Die hochohmige Rückführung 13 verbindet den Spannungsausgang VCC über einen hochohmigen Widerstand, im Beispiel als Reihenschaltung eines Widerstandes R60 mit einem Widerstand R61 realisiert, mit einem Eingang des zweiten Operationsverstärkers 10. Alternativ kann auch eine Rückführung 13` von dem Spannungsausgang VCC zum Eingang des zweiten Operationsverstärkers 10 vorgesehen sein, die nicht hochohmig ausgeführt ist. Die Rückführung 13` ist dann jedoch nicht direkt mit dem Spannungsausgang VCC verbunden, sondern über eine Diode 17, insbesondere ein Ultra-Low-Leakage-Diode, mit dem Spannungsausgang VCC gekoppelt. Dadurch kann auch in dieser Variante ein Rückfluss von Ladungsträgern vom Spannungsausgang VCC in die Ladeschaltung verhindert oder zumindest vernachlässigbar klein gehalten werden. Die Rückführung 13` weist einen Widerstand R47 und einen Widerstand R53 auf, die im Beispiel der 5 durchgestrichen, also nicht bestückt, dargestellt sind.At the voltage output becomes the charging voltage VCC provided for loading a charge storage. Directly at the voltage output is a high-impedance feedback 13 provided with an input of the second operational amplifier 10 connected is. The high-impedance feedback 13 connects the voltage output VCC via a high-impedance resistor, in the example as a series connection of a resistor R60 with a resistance R61 realized with an input of the second operational amplifier 10 , Alternatively, a return 13` from the voltage output VCC to the input of the second operational amplifier 10 be provided, which is not executed high impedance. The return 13` But then it is not directly with the voltage output VCC connected but via a diode 17 , in particular an ultra-low leakage diode, with the voltage output VCC coupled. As a result, in this variant, a return flow of charge carriers from the voltage output VCC prevented in the charging circuit or kept at least negligible small. The return 13` has a resistance R47 and a resistance R53 on, in the example of the 5 crossed out, so not equipped, are shown.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Vorrichtungdevice
22
SpeicherStorage
33
Ladungsquellecharge source
44
erster Reglerfirst controller
55
zweiter Reglersecond controller
66
dritter MOSFETthird MOSFET
77
erster MOSFETfirst MOSFET
88th
erster Operationsverstärkerfirst operational amplifier
99
zweiter MOSFETsecond MOSFET
1010
zweiter Operationsverstärkersecond operational amplifier
1111
Spannungsabgriffvoltage tap
1212
Gerätdevice
1313
Rückführungreturn
13`13`
Rückführungreturn
1414
Signalsignal
1515
zweiter Widerstandsecond resistance
1616
erster Widerstandfirst resistance
1717
Ultra-Low-Leakage-DiodeUltra-low-leakage diode
1818
Spannungs-Zeit-Diagramm während eines LadevorgangsVoltage-time diagram during a charging process
1919
Ladespannung am Speicher (U LIC) während eines LadevorgangesCharging voltage at the memory (U LIC) during a charging process
2020
Verlauf des Ladestroms während eines LadevorgangesCourse of the charging current during a charging process
2121
maximal erreichbare Ladespannung des Speichersmaximum achievable charging voltage of the memory
2222
Spannungs-Zeit-Diagramm ohne angeschlossenen SpeicherVoltage-time diagram without connected memory
2323
Ausgangsspannungoutput voltage
2424
weitere Spannungsquelleadditional voltage source
2525
vierter MOSFETfourth MOSFET
2626
dritter Widerstandthird resistance
UfUf
Soll-SpannungTarget voltage
UxUx
stabilisierte Eingangsspannungstabilized input voltage
FF1FF1
Führungsfilterfeedthrough filter

Claims (22)

Vorrichtung zur Ladung hochkapazitiver Ladungsspeicher aus mindestens einer Ladungsquelle, mit: einem ersten Regler (4) mit einem ersten Operationsverstärker (8) und einem ersten Steller (7) zur Regelung eines Ladestroms, sowie mit einem zweiten Regler (5) mit einem zweiten Operationsverstärker (10) und einem zweiten Steller (9) zur Regelung einer Ladespannung, wobei der erste Steller (7) und der zweite Steller (9) kaskadiert angeordnet sind; und wobei der zweite Regler (5) dazu ausgebildet ist den Ladestrom durch den zweiten Steller (9) auf Grundlage einer Differenz zwischen einer Soll-Spannung (Uf) und einer Ladespannung (VCC) des Ladungsspeichers mittels des zweiten Operationsvertärkers (10) zu regeln.Device for charging high-capacity charge accumulators from at least one charge source, comprising: a first controller (4) with a first operational amplifier (8) and a first controller (7) for controlling a charging current, and with a second controller (5) with a second operational amplifier (10) and a second controller (9) for controlling a Charging voltage, wherein the first actuator (7) and the second actuator (9) are arranged in cascade; and wherein the second regulator (5) is adapted to control the charging current through the second actuator (9) based on a difference between a target voltage (Uf) and a charge voltage (VCC) of the charge storage means by the second operational amplifier (10). Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Regelung des Ladestroms die Differenz zwischen dem Sollwert der Ladespannung und dem Istwert der Ladespannung (VCC) durch den zweiten Operationsverstärker (10) integriert wird.Device after Claim 1 , characterized in that for controlling the charging current, the difference between the desired value of the charging voltage and the actual value of the charging voltage (VCC) is integrated by the second operational amplifier (10). Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz zwischen dem Sollwert der Ladespannung und dem Istwert der Ladespannung (VCC) durch den zweiten Operationsverstärker (10) invertiert integriert wird.Device after Claim 1 or 2 , characterized in that the difference between the desired value of the charging voltage and the actual value of the charging voltage (VCC) by the second operational amplifier (10) is integrated inverted. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der erste Regler (4) mindestens einen dritten Schalter (6, Q11), insbesondere einen dritten MOSFET, aufweist und dazu ausgebildet ist, mittels des dritten Schalters (6) mindestens einen zweiten Widerstand (15, R36, R40) zu einem ersten Widerstand (16, R37) parallel zu schalten.Device according to one of Claims 1 to 3 wherein the first controller (4) has at least one third switch (6, Q11), in particular a third MOSFET, and is configured to connect at least one second resistor (15, R36, R40) to a first one by means of the third switch (6) Resistor (16, R37) in parallel. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei der erste Regler (4) einen Signaleingang (HIGHLOAD_EN) zum Empfangen eines Steuersignals umfasst, wobei der erste Regler (4) einen vierten Schalter (25, Q12) umfasst und wobei der vierte Schalter (25, Q12) auf Grundlage des Steuersignals den dritten Schalter (6, Q11) schaltet, um den zweiten Widerstand (15, R36, R40) parallel zu dem ersten Widerstand (16, R37) zu schalten.Device after Claim 4 wherein the first controller (4) comprises a signal input (HIGHLOAD_EN) for receiving a control signal, the first controller (4) comprising a fourth switch (25, Q12), and the fourth switch (25, Q12) based on the control signal third switch (6, Q11) switches to switch the second resistor (15, R36, R40) in parallel with the first resistor (16, R37). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der erste Regler (4) dazu ausgebildet ist durch den ersten Steller (7, Q9) den Ladestrom anzupassen, wobei der erste Steller (7, Q9) durch ein Ausgangssignal des ersten Operationsverstärkers (8) gesteuert wird.Device according to one of Claims 1 to 5 wherein the first controller (4) is adapted to adjust the charging current by the first actuator (7, Q9), wherein the first actuator (7, Q9) is controlled by an output signal of the first operational amplifier (8). Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei der erste Operationsverstärker (8) den ersten ersten Steller (7, Q9) auf Grundlage einer Differenz zwischen einer Eingangsspannung (+5V_USB, Ux) der Ladeschaltung und einer von der Ladeschaltung bereitgestellten Soll-Spannung (Uf) ansteuert.Device after Claim 6 wherein the first operational amplifier (8) drives the first first regulator (7, Q9) based on a difference between an input voltage (+ 5V_USB, Ux) of the charging circuit and a target voltage (Uf) provided by the charging circuit. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend eine hochohmige Rückführung (13) von dem Ladungsspeicher zu dem zweiten Regler (5), wobei die hochohmige Rückführung (13) an einem positiven Eingang des zweiten Operationsverstärkers (10) anliegt.Device according to one of the preceding claims, comprising a high-impedance feedback (13) from the charge storage device to the second regulator (5), the high-impedance feedback (13) being applied to a positive input of the second operational amplifier (10). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Rückführung (13') von einer Anode einer am Ladungsspeicher angeordneten Diode (D4, 17) zu dem zweiten Regler (5) umfasst, wobei die Rückführung (13`) an einem Eingang des zweiten Operationsverstärkers (10) anliegt.Device according to one of Claims 1 to 7 , characterized in that the device comprises a return (13 ') from an anode of a charge storage arranged diode (D4, 17) to the second controller (5), wherein the feedback (13') at an input of the second operational amplifier (10 ) is present. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Ausgangssignal des zweiten Operationsverstärkers (10) den zweiten Steller (9) steuert.Device according to one of the preceding claims, wherein an output signal of the second operational amplifier (10) controls the second actuator (9). Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem ersten Regler (4) und dem zweiten Regler (5) dasselbe Führungssignal anliegt.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the same control signal is applied to the first controller (4) and the second controller (5). Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein invertierender Eingang des zweiten Operationsverstärkers (10) an einem nicht invertierenden Eingang des ersten Operationsverstärkers (8) anliegt.Device according to one of the preceding claims, wherein an inverting input of the second operational amplifier (10) at a non-inverting input of the first operational amplifier (8) is applied. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Regler (5) eine Ultra-Low-Leakage Diode, insbesondere eine Schottky-Diode zum Verhindern von Leckströmen bei geladenem Speicher umfasst.Device according to one of the preceding claims, wherein the second controller (5) comprises an ultra-low leakage diode, in particular a Schottky diode for preventing leakage when the memory is loaded. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend einen Spannungsabgriff zum Versorgen eines angeschlossenen Geräts, wobei eine Versorgungsspannung des Gerätes gleich der Ladespannung (VCC) des hochkapazitiven Speichers ist.Device according to one of the preceding claims, comprising a voltage tap for supplying a connected device, wherein a supply voltage of the device is equal to the charging voltage (VCC) of the high-capacitive memory. Verfahren zur Regelung eines Ladevorgangs eines hochkapazitiven Speichers aus mindestens einer Spannungsquelle, das Verfahren umfassend: Empfangen einer ersten Eingangsspannung (+5V_USB) von einer ersten Spannungsquelle; Bereitstellen einer Soll-Spannung (Uf) durch die Ladeschaltung an einem ersten Regler (4), Bestimmen der Differenz zwischen der Soll-Spannung (Uf) und der Eingangsspannung (+5V_USB, Ux) durch den ersten Regler (4), Anpassen des Ladestroms auf Grundlage der Differenz zwischen der Soll-Spannung (Uf) und der Eingangsspannung (+5V_USB, Ux) durch den ersten Regler; Bereitstellen der Soll-Spannung (Uf) sowie einer Ladespannung (VCC) des Ladungsspeichers an einem zweiten Regler (5), Bestimmen der Differenz zwischen Ladespannung (VCC) und Soll-Spannung (Uf) durch den zweiten Regler (5), Anpassen des Ladestroms durch den zweiten Regler (5) auf Grundlage der Differenz zwischen Ladespannung (VCC) und Soll-Spannung (Uf).A method for controlling a charging process of a high-capacitive memory from at least one voltage source, the method comprising Receiving a first input voltage (+ 5V_USB) from a first voltage source; Providing a desired voltage (Uf) through the charging circuit to a first regulator (4), Determining the difference between the setpoint voltage (Uf) and the input voltage (+ 5V_USB, Ux) by the first controller (4), Adjusting the charging current based on the difference between the target voltage (Uf) and the input voltage (+ 5V_USB, Ux) by the first regulator; Providing the desired voltage (Uf) and a charging voltage (VCC) of the charge storage device to a second regulator (5), Determining the difference between the charging voltage (VCC) and the setpoint voltage (Uf) by the second regulator (5), Adjusting the charging current by the second regulator (5) based on the difference between the charging voltage (VCC) and the target voltage (Uf). Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Anpassen des Ladestroms durch den zweiten Regler (5) das Integrieren der Differenz zwischen der Ladespannung (VCC) und der Soll-Spannung (Uf) umfasst.Method according to Claim 15 wherein adjusting the charging current by the second regulator (5) comprises integrating the difference between the charging voltage (VCC) and the target voltage (Uf). Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Integrieren durch den zweiten Regler (5) das Invertieren der Differenz zwischen der Ladespannung (VCC) und der Soll-Spannung (Uf) umfasst.Method according to Claim 16 wherein the integrating by the second controller (5) comprises inverting the difference between the charging voltage (VCC) and the target voltage (Uf). Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei das Anpassen des Ladestroms durch den ersten Regler (4) umfasst: Schalten, insbesondere durch einen MOSFET, mindestens eines zweiten Widerstandes (15, R36, R40) parallel zu einem ersten Widerstand (16, R37). Method according to one of Claims 15 to 17 wherein adjusting the charging current by the first regulator (4) comprises: switching, in particular by a MOSFET, at least one second resistor (15, R36, R40) in parallel with a first resistor (16, R37). Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei das Empfangen der Differenz zwischen der Ladespannung (VCC) und der Soll-Spannung (Uf) durch den zweiten Regler (5) auf Grundlage einer hochohmigen Rückführung (13) von dem Ladungsspeicher zu dem zweiten Regler (5) erfolgt.Method according to one of Claims 15 to 18 wherein the receiving of the difference between the charging voltage (VCC) and the target voltage (Uf) by the second regulator (5) based on a high-impedance feedback (13) from the charge storage to the second controller (5). Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, umfassend: Empfangen eines Steuersignals (HIGHLOAD_EN) durch den ersten Regler (4), wobei der erste Regler (4) den dritten Schalter (6) auf Grundlage des Steuersignals schaltet, um den mindestens einen zweiten Widerstand (15, R36, R40) parallel zu dem ersten Widerstand (16, R37) zu schalten.Method according to one of Claims 15 to 19 comprising: receiving by the first controller (4) a control signal (HIGHLOAD_EN), the first controller (4) switching the third switch (6) based on the control signal to parallel the at least one second resistor (15, R36, R40) to switch to the first resistor (16, R37). System, umfassend eine Spannungsquelle, einen Ladungsspeicher und eine Vorrichtung nach den Ansprüchen 1-14.A system comprising a voltage source, a charge storage device and a device according to the Claims 1 - 14 , System nach Anspruch 21, umfassend ein elektrisch betriebenes Gerät.System after Claim 21 comprising an electrically powered device.
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Non-Patent Citations (1)

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Title
Artikel: „Operationsverstärker", in Wikipedia – Die freie Enzyklopädie, Bearbeitungsstand: 05.03.2018, URL: https://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Operationsverst%C3%A4rker&oldid=174732481 [abgerufen am 05.02.2019] *

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