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Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Versorgungsschaltung sowie ein elektronisches Gerät mit einer solchen Versorgungsschaltung. Insbesondere ist die Versorgungsschaltung für portable elektronische Geräte geeignet.
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Portable elektronische Geräte werden üblicherweise über Batterien oder Akkumulatoren versorgt. Beim Einsatz von Akkumulatoren werden diese entweder fest im elektronischen Gerät verbaut oder lassen sich ausnahmsweise aus dem Gerät entfernen beziehungsweise austauschen. Allerdings ist eine Standardisierung von Akkumulatoren normalerweise nicht gegeben, sondern diese unterscheiden sich sowohl in bereitgestellter Spannung als auch durch eine Vielzahl möglicher Baugrößen. Somit gestaltet sich ein Betrieb des elektronischen Geräts als schwierig, wenn die Kapazität des Akkumulators aufgebraucht ist.
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Herkömmliche Batterien und selbst wieder aufladbare Batterien für elektronische Geräte stellen zwar eine Alternative zu Akkumulatoren dar, können diese aber aus Kapazitätsgründen und/oder Umweltgründen nicht ersetzen.
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Beispielsweise beschreibt das Doculus Lumus User Manual Version 3.0 - 2020 der Fa. Charismatec ein elektronisches Prüfgerät, das eine Lithium Ionen Batterie zur Spannungsversorgung enthält. Falls die Lithium Ionen Batterie entladen ist können auch herkömmliche AAA Batterien oder Akkumulatoren verwendet werden.
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Das Dokument Lutzmayr, D. ; Slavinec, S.; Pauritsch, M.: Mobiles Low-Power-Dokumentenprüfgerät, April 2015 beschreibt eine Schaltung mit Spannungsregler zur Spannungsversorgung eines Prüfgeräts aus zwei AAA Batterien.
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Die Dokumente
US 2005 / 0 127 871 A1 ,
US 2017 / 0 094 732 A1 und
US 2003 / 0 076 051 A1 zeigen verschiedene Schaltungen mit aus Batterien gespeisten Spannungsreglern.
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Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein verbessertes Versorgungskonzept für die Versorgung portabler elektronischer Geräte anzugeben, mit dem eine höhere Flexibilität und/oder eine höhere Versorgungssicherheit erreicht werden kann.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit dem Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche. Weiterbildungen und Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
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Das verbesserte Versorgungskonzept basiert auf der Idee, dass eine Versorgungsschaltung eine Versorgungsspannung alternativ entweder aus einem Akkumulator oder aus wenigstens einer Batterie zur Verfügung stellen kann. Dabei soll der Akkumulator als primäre Versorgungsquelle dienen, insbesondere solange die im Akkumulator verfügbare Kapazität ausreichend ist. Wenn aber ein bestimmter Kapazitätslevel beziehungsweise ein bestimmter Spannungspegel aus dem Akkumulator unterschritten wird, kann beziehungsweise soll die Ausgangsspannung der Versorgungsschaltung aus der wenigstens einen Batterie zur Verfügung gestellt werden. Beispielsweise wird die Batteriespannung erst dann verwendet, wenn eine vom Akkumulator gelieferte Spannung nicht mehr ausreicht. Somit kann die Nutzung von Batterien beschränkt werden und zugleich eine hohe Flexibilisierung der Anwendung ermöglicht werden. Dadurch kann auch eine höhere Versorgungssicherheit einer an die Versorgungsschaltung angeschlossenen Schaltung erhöht werden.
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Dementsprechend umfasst eine Ausführungsform einer Versorgungsschaltung gemäß dem verbesserten Versorgungskonzept, zum Beispiel für ein elektronisches Gerät, einen ersten und einen zweiten Anschluss zum Anschließen eines Akkumulators, wobei der zweite Anschluss mit einem Bezugspotentialanschluss verbunden ist. Ferner sind ein dritter ein vierter Anschluss zum Anschließen wenigstens einer Batterie vorgesehen, wobei der vierte Anschluss mit dem Bezugspotentialanschluss oder einem weiteren Bezugspotentialanschluss verbunden ist. Die Versorgungsschaltung umfasst ferner einen Spannungsregler, der eingangsseitig mit dem ersten Anschluss und ausgangsseitig mit einem fünften Anschluss verbunden ist, sowie eine Schaltung zur Unterspannungserkennung, die eingerichtet ist, eine Spannung am ersten Anschluss mit einer Schwellspannung zu vergleichen und den Spannungsregler zu aktivieren, wenn die Spannung am ersten Anschluss größer als die Schwellspannung ist. Zwischen dem dritten Anschluss und einem Ausgangsanschluss der Versorgungsschaltung ist eine Verpolschutzeinrichtung gekoppelt. Ferner weist die Versorgungsschaltung eine Sperrdiode, insbesondere eine Schottky-Diode auf, die anodenseitig mit dem fünften Anschluss und kathodenseitig mit dem Ausgangsanschluss gekoppelt ist.
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Der Akkumulator und die wenigstens eine Batterie sind nicht zwingend Bestandteil der Versorgungsschaltung. Der Spannungsregler ist beispielsweise als Linearregler, etwa als Längsregler oder als low-drop Längsregler ausgebildet. Solche Längsregler sind auch als low-drop-out Regler, LDO bekannt.
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Der Spannungsregler erfüllt beispielsweise die Funktion, eine Spannung, die von einem angeschlossenen Akkumulator bereitgestellt wird, auf eine gewünschte konstante Spannung umzusetzen, welche in der vorliegenden Ausführung am fünften Anschluss bereitgestellt wird. Damit der Spannungsregler allerdings arbeiten kann, wird dieser von der Schaltung zur Unterspannungserkennung beim Vorliegen einer ausreichend hohen Spannung am ersten Anschluss aktiviert. Beispielsweise befindet sich der Spannungsregler ohne Aktivierung durch die Schaltung zur Unterspannungserkennung in einem deaktivierten Zustand, so dass keine Spannung am fünften Anschluss abgegeben wird.
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Beispielsweise ist die Schaltung zur Unterspannungserkennung dabei eingerichtet, ein logisches Detektionssignal in Abhängigkeit des Vergleichs der Spannung am ersten Anschluss mit der Schwellspannung abzugeben. Ein solches Detektionssignal kann dann zur Aktivierung des Spannungsreglers verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich kann das Detektionssignal auch beispielsweise von einer versorgten Schaltung ausgewertet werden, um etwa basierend darauf Betriebszustände anzupassen und/oder den Ladezustand des Akkumulators zu signalisieren.
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Wenn also die vom Akkumulator bereitgestellte Spannung ausreichend hoch ist und der Spannungsregler dementsprechend aktiviert ist, wird die am fünften Anschluss vom Spannungsregler bereitgestellte Spannung über die in Durchlassrichtung geschaltete Sperrdiode an den Ausgangsanschluss abgegeben. Dementsprechend wird die abgegebene Ausgangsspannung in diesem Zustand vom Akkumulator versorgt.
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Wenn allerdings die Spannung am Akkumulator zu gering ist, kann eine von der wenigstens einen Batterie bereitgestellte Spannung über die Verpolschutzeinrichtung an den Ausgangsanschluss geführt werden. Dabei ist gleichzeitig gewährleistet, dass falsch eingelegte oder angeschlossene Batterien für die am Ausgangsanschluss abgegebene Spannung sozusagen unberücksichtigt bleiben. Zudem kann verhindert werden, dass bei angeschlossenen Batterien und aktiviertem Spannungsregler Ströme vom Ausgangsanschluss in die Batterien fließen.
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Um einen Verpolschutz bei falsch eingelegten Batterien zu erzielen, kann man zum Schutz der Schaltung eine Diode einsetzen, welche in Durchflussrichtung vom dritten Anschluss zum Ausgangsanschluss gepolt ist, was zu einem Spannungsabfall an dieser Diode führt.
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Erfindungsgemäß ist aber die Verpolschutzeinrichtung durch einen p-Kanal Anreicherungstransistor, insbesondere Feldeffekttransistor bzw. MOSFET, gebildet, dessen Drain-Anschluss mit dem dritten Anschluss gekoppelt ist, dessen Source-Anschluss mit dem Ausgangsanschluss gekoppelt ist und dessen Gate-Anschluss niederohmig, insbesondere direkt, mit dem fünften Anschluss und hochohmig mit dem vierten Anschluss gekoppelt ist.
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Beispielsweise weist ein solcher p-Kanal Anreicherungstransistor inhärent eine Bulk-Diode auf, die zwischen Drain und Source in Durchlassrichtung gepolt ist. Der p-Kanal Anreicherungstransistor leitet beispielsweise, wenn das Potential am Gate-Anschluss um einen Durchlassschwellwert negativer als das Potential am Source-Anschluss wird. Beim Anlegen einer korrekt gepolten positiven Spannung zwischen dem dritten und vierten Anschluss leitet zunächst die Bulk-Diode, so dass am Source-Anschluss im Wesentlichen die von der Batterie abgegebene Spannung ankommt, verringert lediglich durch einen Spannungsabfall an der Bulk-Diode. Durch die hochohmige Verbindung des Gate-Anschlusses mit dem vierten Anschluss, also dem anderen, negativen Batteriepol, entspricht das Gate-Potential im Wesentlichen dem Potential des negativen Pols der Batterie. Da die Spannung an dem Source-Anschluss nun positiver ist als der Durchlassschwellwert, leitet der Transistor mit geringem Kanalwiderstand und überbrückt damit den Bulk-Dioden-Abfall.
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Beim Anlegen einer falsch gepolten, negativen Spannung am dritten Anschluss hingegen sperrt die Bulk-Diode und der MOSFET kommt nicht in den leitenden Zustand.
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Wenn allerdings vom Spannungsregler am fünften Anschluss eine Spannung, insbesondere eine ausreichend hohe Spannung abgegeben wird, wird der Gate-Anschluss durch die hochohmige Verbindung nicht auf das Potential am vierten Anschluss gezogen, sondern entspricht der vom Spannungsregler abgegebenen Spannung. Dementsprechend kommt der Transistor nicht in den leitenden Zustand, sondern wird weiter gesperrt. Dadurch wird eine Nutzung beziehungsweise ein Entladen einer angeschlossenen Batterie verhindert. Ebenso wird das versehentliche Laden dieser Batterie verhindert. Durch die Schaltung zur Unterspannungserkennung kann auch verhindert werden, dass bei zu niedriger Kapazität des Akkumulators dieser tiefentladen wird, welches eine Schädigung der Elektroden des Akkumulators bewirken könnte. Die Schaltung zur Unterspannungserkennung kann beispielsweise als Komparator mit oder ohne Hysterese ausgeführt werden.
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Somit wird mit dem verbesserten Versorgungskonzept erreicht, dass Geräte mit angeschlossenem Akkumulator, beispielsweise Lithiumionen- oder Lithiumpolymer-Akkumulatoren zusätzlich mit Batterien versorgt werden können, wobei die Umschaltung automatisch erfolgt. Zusätzlich ist die Versorgungsschaltung vor falsch eingelegten Batterien geschützt. Dabei erfolgt eine prioritäre Versorgung aus dem Akkumulator. Ferner ist ein Tiefentladeschutz für den Akkumulator durch eine automatische Abschaltung des Schaltungszweigs des Akkumulators, also vornehmlich des Spannungsreglers, sowie eine Minimierung der weiteren Entladung nach der Abschaltung gewährleistet. Falls dich der Akkumulator erholt, also wieder eine ausreichend hohe Spannung abgeben kann, kann nochmals eine kurzzeitige Notfunktion gewährt werden.
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Es erfolgt eine automatische Umschaltung auf eine Versorgung durch angeschlossene Batterien, wenn der Akkumulator leer ist. Dabei dürfen die Batterien angeschlossen bleiben, egal ob der Akkumulator voll oder leer ist. Zudem ist ein nahezu verlustfreier Verpolungsschutz für angeschlossene Batterien gewährleistet.
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Falls von der Schaltung zur Unterspannungserkennung ein Detektionssignal abgegeben wird, kann in einer angeschlossenen Schaltung eine Spannungsüberwachung der aktiven Spannungsquelle trotz möglicher unterschiedlicher Spannungspegel erfolgen, etwa über einen Mikrocontroller in der versorgten Schaltung.
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In verschiedenen Ausgestaltungen umfasst die Versorgungsschaltung ferner einen Laderegler zum Aufladen eines am ersten und zweiten Anschluss angeschlossenen Akkumulators. Der Laderegler wird beispielsweise über einen extern zur Verfügung gestellten Ladestrom beziehungsweise eine Ladespannung versorgt.
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Der Laderegler ist beispielsweise mit dem ersten und zweiten Anschluss gekoppelt, um das Aufladen des Akkumulators zu ermöglichen.
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Der Laderegler kann auch zum Versorgen des Spannungsreglers eingerichtet sein. Beispielsweise kann eine vom Laderegler abgegebene Spannung am ersten Anschluss unmittelbar vom Spannungsregler verarbeitet werden, wenn diese ausreichend hoch ist, den Spannungsregler mittels der Schaltung zur Unterspannungserkennung zu aktivieren.
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Wenn kein Akkumulator eingebaut oder angeschlossen ist, oder wenn der Akkumulator defekt ist, kann dennoch mittels eingelegter beziehungsweise angeschlossener Batterien eine Spannung am Ausgangsanschluss abgegeben werden. Dies ermöglicht zusätzlich eine flexible Nutzung der Versorgungsschaltung.
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Eine Versorgungsschaltung gemäß einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen lässt sich beispielsweise in einem elektronischen Gerät zum Versorgen des elektronischen Geräts verwenden. Ein solches elektronisches Gerät ist beispielsweise portabel ausgeführt.
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Beispielsweise umfasst ein solches elektronisches Gerät ein Gehäuse, in welchem ein am ersten und zweiten Anschluss angeschlossener Akkumulator verbaut ist und welches ein verschließbares Batteriefach mit Batteriekontakten umfasst, die mit dem dritten und vierten Anschluss verbunden sind. Beispielsweise wird unter verschließbarem Batteriefach verstanden, dass sich Batterien in einfacher Weise durch Öffnen und Schließen des Batteriefachs in das Batteriefach einlegen und entnehmen lassen. Dies lässt sich beispielsweise mit verschiedenen Rast-, Klemm- oder Schraubmechanismen erreichen, die allesamt ein vollständiges Öffnen des elektronischen Geräts vermeiden.
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Das elektronische Gerät ist beispielsweise als eine Lichtlupe ausgeführt, die eine oder mehrere Vergrößerungslinsen zur optischen Vergrößerung eines Objekts sowie wenigstens ein lichtemittierendes Element zur Beleuchtung des Objekts umfasst. Das lichtemittierende Element wird dabei über eine am Ausgangsanschluss bereitgestellte Spannung versorgt. Beispielsweise enthält das elektronische Gerät auch eine Treiberschaltung, welche zum Ansteuern des wenigstens einen lichtemittierenden Elements basierend auf der von der Versorgungsschaltung bereitgestellten Spannung eingerichtet ist.
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Das verbesserte Versorgungskonzept wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Hierbei sind gleichartige Elemente oder Elemente gleicher Funktionen mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Daher wird auf eine wiederholte Erläuterung einzelner Elemente gegebenenfalls verzichtet.
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Es zeigen:
- 1 ein Ausführungsbeispiel einer Versorgungsschaltung,
- 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Versorgungsschaltung, und
- 3 ein Ausführungsbeispiel eines elektronischen Geräts mit einer Versorgungsschaltung.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Versorgungsschaltung gemäß dem verbesserten Versorgungskonzept, welche beispielsweise für ein elektronisches Gerät, insbesondere ein portables elektronisches Gerät verwendbar ist. Die Versorgungsschaltung umfasst einen ersten und einen zweiten Anschluss T1, T2 zum Anschließen eines Akkumulators ACC, der nicht zwingend Bestandteil der Versorgungsschaltung ist. Der zweite Anschluss T2 ist mit einem Bezugspotentialanschluss GND verbunden. Die Versorgungsschaltung umfasst ferner einen dritten und einen vierten Anschluss T3, T4 zum Anschließen wenigstens einer Batterie BAT, welcher ebenfalls nicht zwingend Bestandteil der Versorgungsschaltung ist. Der vierte Anschluss T4 ist dabei mit dem Bezugspotentialanschluss GND verbunden. Alternativ könnte auch ein weiterer Bezugspotentialanschluss vorgesehen sein, so dass der vierte Anschluss T4 mit diesem weiteren Bezugspotentialanschluss verbunden ist. Die Versorgungsschaltung umfasst ferner einen Ausgangsanschluss TO.
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Die Versorgungsschaltung enthält einen Spannungsregler VR, der eingangsseitig mit dem ersten Anschluss T1 und ausgangsseitig mit einem fünften Anschluss T5 verbunden ist, sowie eine Schaltung COMP zur Unterspannungserkennung. Die Schaltung COMP zur Unterspannungserkennung ist mit dem ersten Anschluss T1 gekoppelt, insbesondere um die Spannung am ersten Anschluss T1 auszuwerten. Ausgangsseitig ist die Schaltung COMP zur Unterspannungserkennung mit dem Spannungsregler VR verbunden, sowie mit einem Vergleichsanschluss TC. Die Schaltung COMP zur Unterspannungserkennung ist dabei eingerichtet, eine Spannung am ersten Anschluss T1 mit einer Schwellspannung zu vergleichen und den Spannungsregler VR zu aktivieren, wenn die Spannung am ersten Anschluss T1 größer als die Schwellspannung ist. Im aktiven Zustand erzeugt der Spannungsregler VR an seinem Ausgang, also am fünften Anschluss T5, eine entsprechend geregelte Spannung basierend auf der am ersten Anschluss T1 bereitgestellten Spannung.
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Ferner ist eine Sperrdiode SD vorgesehen, welche vorliegend als Schottky-Diode ausgeführt ist und anodenseitig mit dem fünften Anschluss T5 und kathodenseitig mit dem Ausgangsanschluss TO gekoppelt ist.
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Die Versorgungsschaltung umfasst ferner eine Verpolschutzeinrichtung POL, die zwischen den dritten Anschluss T3 und den Ausgangsanschluss TO gekoppelt ist. Die Schaltung COMP zur Unterspannungserkennung ist beispielsweise als Komparator ausgeführt, welcher eine Spannung des angeschlossenen Akkumulators ACC überwacht. Nur wenn diese Spannung über einer definierten Schwellspannung liegt, wird der Spannungsregler VR aktiviert, so dass nur in diesem Zustand eine geregelte Spannung am fünften Anschluss T5 abgegeben wird. Die Schaltung COMP zur Unterspannungserkennung ist beispielsweise mit einer Hysterese ausgeführt, so dass der Spannungsregler VR unter einem definierten Wert abgeschaltet wird. Die Hysterese ist beispielsweise auf einen Wert von circa 0,2 V eingestellt. Damit kann das System nochmals zumindest für kurze Zeit genutzt werden, wenn der Akkumulator ACC schon fast aber noch nicht ganz leer ist.
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Wenn das System durch den Akkumulator versorgt wird, kann das über ein entsprechendes Detektionssignal am Anschluss TC signalisiert werden, etwa an einen Mikrokontroller einer versorgten Nutzschaltung. Somit kann beispielsweise in einer Software des Mikrokontrollers auf den Spannungspegel des Akkumulators ACC reagiert und/oder der Zustand einen Benutzer signalisiert werden.
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Die Spannung des Spannungsregler VR wird über die Sperrdiode SD, welche bezüglich des Ausgangsanschlusses TO in Durchlassrichtung gepolt ist, dem Ausgangsanschluss zugeführt.
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Wenn der Akkumulator leer ist, also eine abgegebene Spannung kleiner als die vorgegebene Schwellspannung ist, wird der Spannungsregler VR durch die Schaltung COMP zur Unterspannungserkennung ausgeschaltet bzw. nicht mehr aktiviert. Dadurch wird der Ruhestrom aus dem Akkumulator ACC verhindert beziehungsweise stark minimiert.
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Wenn kein Akkumulator ACC verbaut oder angeschlossen ist, bleibt der Spannungsregler VR ebenfalls ausgeschaltet.
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Die Verpolschutzeinrichtung POL zwischen dem dritten Anschluss T3 und dem Ausgangsanschluss TO verhindert zum einen, dass eine falsch angeschlossene Batterie, also mit verkehrter Polung, auf den Ausgangsanschluss TO wirken kann. Vielmehr wird eine Spannungsübertragung beziehungsweise ein Stromfluss nur bei richtiger Polung ermöglicht. Zudem wird über die Kombination aus Verpolschutzeinrichtung POL und Sperrdiode SD auch verhindert, dass eine angeschlossene Batterie BAT bei aktivierten Spannungsregler VR genutzt wird. Vielmehr kann eine Batterie BAT nur zur Spannungsversorgung genutzt werden, wenn der Spannungsregler VR deaktiviert ist.
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Somit ist eine primäre Versorgung einer versorgten Schaltung am Ausgangsanschluss TO durch den Akkumulator ACC gewährleistet, während bei zu niedriger Kapazität des Akkumulators beziehungsweise zu niedriger Spannung auf die Nutzung der Batteriespannung umgeschalten wird.
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2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Versorgungsschaltung, welches grundsätzlich auf der in 1 beschriebenen Ausführungsform basiert. Dementsprechend wird im Folgenden nur auf Abweichungen zu der in 1 dargestellten Ausführungsform verwiesen.
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Beispielsweise isst die Schaltung COMP zur Unterspannungserkennung zusätzlich mit dem ersten und zweiten Anschluss T1, T2 verbunden, um eine Spannungsversorgung der Schaltung COMP zu gewährleisten.
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Die Verpolschutzeinrichtung POL ist in der dargestellten Ausführungsform durch einen p-Kanal Anreicherungstransistor gebildet, dessen Drain-Anschluss mit dem dritten Anschluss T3 gekoppelt ist, dessen Source-Anschluss mit dem Ausgangsanschluss TO gekoppelt ist und dessen Gate-Anschluss niederohmig, insbesondere direkt mit dem fünften Anschluss T5 gekoppelt ist. Ferner ist der Gate-Anschluss über einen hochohmigen Widerstand R, etwa in der Größenordnung von 1 MQ, mit dem vierten Anschluss T4, also dem negativen Batteriepol gekoppelt. Der p-Kanal Anreicherungstransistor weist eine inhärente Bulk-Diode zwischen dem Drain-Anschluss und dem Source-Anschluss auf. Der p-Kanaltransistor leitet nur, wenn das Potential am Gate-Anschluss um einen Durchlassschwellwert negativer als das Potential am Source-Anschluss wird. Wenn der Spannungsregler VR aktiviert ist und somit eine Spannung am fünften Anschluss T5 abgibt, kann daher ein leitender Zustand des Transistors nicht erreicht werden. Ein Stromfluss von der Batterie BAT zum Ausgangsanschluss TO ist dementsprechend nicht möglich, wenn der Spannungsregler VR aktiviert ist. Ebenso wird folglich auch eine Ladung der Batterie BAT aus dem Spannungsregler VR verhindert.
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Bei deaktiviertem Spannungsregler VR wird durch die hochohmige Verbindung des vierten und fünften Anschlusses T4, T5 über den Widerstand R das Gatepotential auf das Potential des negativen Batteriepols gezogen. Bei inkorrekt angeschlossener Polung der Batterie, also wenn eine positive Spannung am vierten Anschluss T4 gegeben ist, wird wieder inhärent ein Leiten des Transistors verhindert.
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Bei korrekter Polung der Batterie BAT entsteht durch die positiv gepolte Bulk-Diode ein Stromfluss, so dass am Source-Anschluss im Wesentlichen die positive Batteriespannung ankommt, verringert lediglich durch einen Spannungsabfall an der Bulk-Diode. Weil nun die Spannung am Source-Anschluss positiver ist als die Durchlassschwellspannung, leitet der p-Kanal Anreicherungstransistor und dem Strom steht nur noch ein geringer Kanalwiderstand im Weg. Ein Stromfluss vom Ausgangsanschluss TO in Richtung des fünften Anschlusses T5 ist durch die Sperrdiode SD verhindert. Die Sperrdiode SD verhindert somit, dass sich der p-Kanal Anreicherungstransistor selbst abschaltet.
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Durch das Detektionssignal am Anschluss TC kann somit einem Nutzer ferner signalisiert werden, dass eine Versorgung aus der Batterie BAT erfolgt.
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Es ist zu beachten, dass die Funktion der Verpolschutzeinrichtung POL auch über den Zustand von Anschluss T5, insbesondere dessen Potential gesteuert wird, damit die Batterie BAT nicht aufgeladen wird.
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2 zeigt auch einen optionalen Laderegler CH in der Versorgungsschaltung, welcher zum Aufladen eines am ersten und zweiten Anschluss T1, T2 angeschlossenen Akkumulators eingerichtet ist. Der Laderegler CH wird beispielsweise über eine extern zur Verfügung gestellte Spannungsversorgung gespeist. Bei entsprechender Auslegung kann der Laderegler CH auch zum Versorgen des Spannungsreglers eingerichtet sein, so dass selbst bei nicht angeschlossenem Akkumulator ein Betrieb der Versorgungsschaltung mit aktiviertem Spannungsregler VR möglich ist. Sobald die externe Spannungsversorgung des Ladereglers CH wegfällt, schaltet die Versorgungsschaltung wiederum automatisch auf den Batteriebetrieb um.
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Die Versorgungsschaltung kann beispielsweise in einem elektronischen Gerät zum Versorgen des elektronischen Geräts eingesetzt werden.
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3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines solchen elektronischen Geräts, insbesondere in portabler Form mit einer Versorgungsschaltung SUP gemäß einer der oben beschriebenen Ausführungsformen und einem am ersten und zweiten Anschluss T1, T2 angeschlossenen Akkumulator ACC. Das elektronische Gerät weist ein Batteriefach mit Batteriekontakten auf, die mit dem dritten und vierten Anschluss T3, T4 verbunden sind. In dem Ausführungsbeispiel sind schematisch zwei Batteriezellen, etwa herkömmliche AA-Batterien angedeutet, die über die entsprechenden Batteriekontakte ihre Spannung der Versorgungsschaltung SUP zur Verfügung stellen. Jedoch ist die Anwendung nicht auf solche Batteriezellen beschränkt.
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Das Batteriefach ist vorzugsweise verschließbar, so dass ein einfaches Wechseln der Batterien möglich ist. Der Akkumulator ACC hingegen ist fest im Gehäuse verbaut und nicht für einen Benutzer zugänglich, zumindest nicht ohne das Gehäuse öffnen und gegebenenfalls beschädigen zu müssen.
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Das elektronische Gerät ist beispielsweise als Lichtlupe ausgeführt, die eine oder mehrere Vergrößerungslinsen zur optischen Vergrößerung eines Objekts sowie wenigstens ein lichtemittierendes Element zur Beleuchtung des Objekts umfasst. Das wenigstens eine lichtemittierende Element wird dabei auf Basis der am Ausgangsanschluss TO bereitgestellten Spannung versorgt. Hierzu ist beispielsweise eine Treiberschaltung als Nutzschaltung im elektronischen Gerät vorgesehen.
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Das verbesserte Versorgungskonzept ermöglicht insbesondere bei einem Einsatz in mobilen Geräten eine Backup Möglichkeit für einen Benutzer bei leerem Akkumulator, ohne mechanische Modifikationen wie einen Ausbau des Akkumulators vornehmen zu müssen. Dadurch wird eine Gefahr eines Verlusts oder einer Beschädigung minimiert. Ferner ist insbesondere beim Vorsehen eines Ladereglers in der Versorgungsschaltung keinerlei Umschaltung oder Rückbau notwendig, wenn das elektronische Gerät mit der Versorgungsschaltung, beziehungsweiser der Akkumulator geladen wird. Insbesondere kann eine Nutzschaltung beziehungsweise ein elektronisches Gerät weiter genutzt werden, während der Akkumulator geladen wird.
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Die Umschaltung zwischen einem Betrieb mittels Akkumulator und Betrieb mittels Batterie erfordert keinerlei elektromechanische Bauteile. Die Umschaltung erfolgt vollautomatisch. Die Nutzung der Versorgungsschaltung kann während der Herstellung parametrisiert werden, indem der Einbau eines Akkumulators und/oder einer Ladeschaltung optional vorgenommen werden können. Ebenso ist das Vorsehen eines Batteriefachs als Bestückungs- beziehungsweise Verbauoption in der Fertigung parametrierbar.
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Ein verbauter Akkumulator wird durch den minimierten Entladungsstrom bei deaktiviertem Spannungsregler maximal geschützt. Durch die Verpolschutzeinrichtung ist eine Fehlbedienung der Versorgungsschaltung zudem nahezu ausgeschlossen.
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Die Versorgungsschaltung ist grundsätzlich unabhängig von der Art des verwendeten Akkumulators und/oder der Kapazität des Akkumulators. Zudem können auch die Batterien mit beliebiger Kapazität verwendet werden. Insbesondere ist auch die Nutzung wieder aufladbarer Batterien an den Batterieanschlüssen möglich.
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Bei entsprechender Dimensionierung der Versorgungsschaltung ist eine Funktion des automatischen Umschaltens auch bei höheren benötigten Leistungen möglich. Ferner lassen sich durch die Feldeffekttransistortechnologie, insbesondere mit entsprechenden MOSFETs, auch Spannungen bis circa 20 V realisieren.
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Bezugszeichenliste
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- T1 bis T5
- Anschluss
- TC, TO
- Anschluss
- ACC
- Akkumulator
- BAT
- Batterie
- GND
- Bezugspotentialanschluss
- COMP
- Schaltung zur Unterspannungserkennung
- VR
- Spannungsregelung
- POL
- Verpolschutzeinrichtung
- SD
- Sperrdiode
- CH
- Laderegler
- SUP
- Versorgungsschaltung
