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Die
Erfindung betrifft eine Netzspannungsversorgungseinrichtung mit
einem an ein Spannungsnetz anschließbaren Netzspannungswandler zur
Energieversorgung zumindest eines Verbrauchers nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1. Dieser Stand der Technik ist aus der
DE 195 30 594 C1 bekannt.
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Netzspannungsversorgungseinrichtungen sind
bekannt und werden im privaten oder professionellen Bereich zur
Energieversorgung von netzbetriebenen Geräten eingesetzt. In großem Maße können diese
netzbetriebenen Geräte
in einen Stand-by-Modus gesetzt werden, in dem nicht wie im eigentlichen
Betriebszustand alle Gerätefunktionen verfügbar sind,
sondern gewöhnlich
nur wenige, aber relevante Steuerfunktionen genutzt werden können. Häufig beschränken sich
die Möglichkeiten
lediglich auf die Funktion des Ein- oder Ausschaltens, beispielsweise
das manuelle Einschalten eines Fernsehgerätes über eine Fernbedienung. Daneben
ist im Stand-by-Betrieb teilweise eine Echtzeituhr für Steueraufgaben
der Hauptfunktionen erforderlich, sowie eventuell ein Speicher mit
Controller zur Verwaltung, Abarbeitung und Steuerung verschiedener
Daten beziehungsweise Funktionen, wie Zustandsanzeige, Infospeicherung
(zum Beispiel Sprache im Anrufbeantworter) usw.
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Bei
Konsumgeräten
dient der Stand-by-Betrieb teilweise dem Bedienungskomfort, wie
beispielsweise das Ein- und Ausschalten eines Fernsehgeräts. Unter
bestimmten Bedingungen ist ein Stand-by-Betrieb jedoch technisch
notwendig, beispielsweise bei Videorecordern mit Zeitsteuerung, bei
verschiedenen Telekom-Endgeräten,
wie Telefaxgeräte,
Anrufbeantworter usw., die funktionstechnisch so weit aktiviert
sein müssen,
daß sie
zum Beispiel ankommende Anrufe jederzeit erkennen können.
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Eine
grobe Betriebszustandsanalyse gebräuchlicher Geräte ergibt
eine durchschnittliche Hauptgeräte-Einschaltdauer zwischen
1 % und 10 % der gesamten Betriebszeit einschließlich Wartephasen. Daraus ergibt
sich, daß die
Geräte überwiegend im
Ruhezustand (90 % bis 99 %) verweilen. Der Energiebedarf der netzbetriebenen
Geräte
ist zwar bei beiden Betriebsarten (Stand-by-Betrieb und Betriebszustand)
unterschiedlich (z. B. 5 bis 10 Watt im Stand-by-Betrieb und ca. 50 Watt im Betriebszustand),
kann aber auch im Wartezustand nicht vernachlässigt werden, zumal bei vielen
Geräten,
zum Beispiel mit getrenntem Steckernetzteil, die transformatische
Spannungswandlung im Ruhebetrieb die Netzversorgung mit einer nicht
zu vernachlässigenden
Wirk- und induktiven Blindleistung belastet.
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Eine
Möglichkeit
zum Reduzieren des Energieverbrauchs bei einem durch einen Spannungswandler
versorgten Elektrogerät
ist aus der
DE 195 30
594 C1 bekannt.
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Insbesondere
ist zwischen dem Netzanschluß und
dem Primäreingang
des Spannungswandlers ein Schaltelement vorgesehen. Sekundärseitig
liegt ein Gleichrichter, der einen Energiespeicher speist. Außerdem wird
die Ausgangsspannung des Gleichrichters am Ausgang der Netzspannungsversorgungseinrichitung
bereitgestellt. An diesen Ausgang ist ein Verbraucher direkt anschließbar.
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Für die Steuerung
des Schaltelements ist eine Überwachungsschaltung
vorgesehen, die das Schaltelement, insbesondere das Relais, schaltet,
so daß der
Spannungswandler mit dem Stromnetz verbindbar und von diesem trennbar
ist. Die Ansteuerung des Schaltelements erfolgt einerseits in Abhängigkeit
vom Ladezustand des Energiespeichers und andererseits, wenn der
Verbraucher es erfordert.
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Nachteilig
bei der Netzspannungsversorgungseinrichtung nach Entgegenhaltung 1 ist,
daß -wenn
der Energiespeicher aufgrund Entladung geladen werden soll- auch
zwangsläufig
der am Ausgang angeschlossene Verbraucher mit Energie versorgt wird.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, eine Netzspannungsversorgungseinrichtung
vorzusehen, die eine weitere Reduzierung des Energiebedarfs eines
netzbetriebenen Verbrauchers im Stand-by-Betrieb ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird mit einer Netzspannungsversorgungseinrichtung gelöst, die
die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. Dadurch, daß dem Netzspannungswandler
ein von der Steuerungs- (und Überwachungs-)
Einrichtung gesteuertes Schaltelement vorgeschaltet ist, läßt sich
der Netzspannungswandler vom Spannungsnetz trennen. Der geringe
Energiebedarf der diesbezüglich
optimierten Steuerungseinrichtung zur Bereitstellung der im Stand-by-Betrieb
notwendigen Funktionen wird über ein
Energiespeicherelement er zielt. Damit läßt sich der Energieverbrauch
aus dem Versorgungsnetz im Stand-by-Betrieb praktisch vermeiden,
da keine Energieverluste im Netzspannungswandler auftreten. Die
zentrale Steuerungseinrichtung umfaßt eine Überwachungseinheit, die für den Verbraucher
bestimmte Steuerungsbefehle empfängt
und abhängig davon
das Schaltelement ansteuert. Mit Hilfe der Überwachungseinheit ist es also
möglich,
von außen beispielsweise
mittels einer Fernbedienung im Stand-by-Betrieb den Steuerungsbefehl "Einschalten" abzusetzen, wobei
als Reaktion das Schaltelement angesteuert wird und den Netzspannungswandler
mit dem Spannungsnetz verbindet. Als Energiespeicherelement wird
ein wiederaufladbares Energiespeicherelement, beispielsweise ein
Akkumulator (im folgenden kurz Akku genannt) eingesetzt, damit bei
Unterschreiten des Grenzwerts ein Ladevorgang gestartet werden kann.
Zudem umfaßt
die Steuerungseinrichtung ein über
die Überwachungseinheit steuerbares
weiteres Schaltelement, das eine Trennung des Verbrauchers vom Netzspannungswandler ermöglicht.
Damit läßt sich
ein Aufladen des Energiespeicherelements über das Netz, das heißt mit aktiviertem
ersten Schaltelement, bewerkstelligen, ohne daß der Verbraucher ebenfalls
vom Netz versorgt wird.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform
ist die Überwachungseinheit
mit einem Spannungsausgang des Netzspannungswandlers verbunden,
um dessen Ausgangsspannung zu detektieren. Damit ist es möglich, die
Verfügbarkeit
der Netzversorgung oder zum Beispiel die Funktion des Schaltelements
zu überwachen
und im Fehlerfall zu reagieren, beispielsweise durch optische und/oder
akustische Anzeige und/oder durch erneutes automatisches Ansteuern
des Schaltelements.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Überwachungseinheit
mit der Energiespeichereinheit zur Energieversorgung und Detektion
dessen Ausgangsspannung verbunden. Damit läßt sich die für den Stand-by-Betrieb
notwendige Spannung überwachen
und bei Unterschreiten eines bestimmten vorgebbaren Grenzwertes
reagieren, beispielsweise mittels einer akustischen und/oder optischen
Anzeige.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung umfaßt die Netzspannungsversorgungseinrichtung
weitere manuell betätigbare
Schaltelemente, um einzelne Funktionen, beispielsweise das direkte
(am Gerät) manuelle
Ein- oder Ausschalten
des Verbrauchers, das Starten des Ladevorgangs etc., auszulösen.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das Energiespeicherelement
so dimensioniert, daß es
neben der Bereitstellung von Energie für die Steuerungseinheit im
Stand-by-Betrieb auch den Verbraucher über eine definierte Zeitdauer
bei einem Netzspannungsausfall versorgen kann.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform erfolgt die Energieversorgung
der Steuerungseinrichtung, die in diesem Fall Bestandteil eines
Telekommunikations-Gerätes
ist, im Ruhebetrieb, soweit möglich
und zulässig,
aus einer "ferngespeisten" Anschlußleitung
der Vermittlungstelle. Vorzugsweise wird zusätzlich eine gepufferte Batterie
vorgese hen, die die Funktionsverfügbarkeit der Steuerungseinrichtung
erhöht.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird das bedarfsgesteuerte
netzseitige Schaltelement, zum Beispiel in einem Steckernetzteil,
von einem verbraucherseitigen Niederspannungsschalter und einer
zum Beispiel kleinen Primärbatterie
so eingeschaltet, daß nach
verfügbarer
Niederspannung (en) die Batterie entlastet und das Gerät eingeschaltet
bleibt. Damit können
zum Beispiel abgesetzte und derzeit auch in der Geräteausschaltphase
mit dem Netz verbundene Netzteile, in einfacher, energiesparender
Weise ausgeschaltet werden.
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Weitere
Ausgeshaltungem sind den übrigen rückbezogenen
Ansprüchen
zu entnehmen.
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Die
Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug
auf die Zeichnung näher erläutert. Dabei
zeigen:
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1 ein
schematisches Blockdiagramm einer Netzspannungsversorgungseinrichtung;
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2 ein
Schaltdiagramm eines ersten Ausführungsbeispiels;
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3 ein
Schaltdiagramm eines zweiten Ausführungsbeispiels, und
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4 ein
Schaltdiagramm eines dritten Ausführungsbeispiels.
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In 1 ist
eine gestrichelt umrandete Netzspannungsversorgungseinrichtung 1 dargestellt,
die eingangsseitig an ein Spannungsnetz 3, das beispielsweise
eine Wechselspannung von 220 V liefert, angeschlossen ist. Ausgangsseitig
ist an die Netzspannungsversorgungseinrichtung 1 ein Verbraucher 5,
beispielsweise ein Fernsehgerät,
angeschlossen. Bei dem Verbraucher 5 handelt es sich um
ein Gerät, das
im allgemeinen ein- oder auszuschalten ist und in seltenen Fällen einen
eigenen Stand-by-Zustand benötigt.
Im Betriebszustand lassen sich alle Funktionen des Geräts ausführen; bezogen
auf ein Fernsehgerät,
heißt
das, daß es
eingeschaltet ist. Im Stand-by-Zustand sind nur einige Funktionen
ausführbar;
bei einem Fernsehgerät
bestünde
diese Funktion beispielsweise im Einschalten.
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Die
Netzspannungsversorgungseinrichtung 1 umfaßt einen
Netzspannungswandler 7, der die ihm zugeführte Netzspannung
im Falle eines Schaltwandlers gleichrichtet und auf einen niederen
Spannungswert transformiert, oder im klassischen Sinne zunächst transformiert
und dann gleichrichtet. Die Anzahl und Höhe der bereitzustellenden Spannungswerte
ist abhängig
vom zu versorgenden Verbraucher 5.
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Dem
Netzspannungswandler 7 ist eine Steuerungs- und Überwachungseinrichtung 9 (im
folgenden kurz Steuerungseinrichtung genannt) nachgeschaltet, der
die transformierte Spannung des Netzwandlers 7 eingangsseitig
zugeführt
ist und die ausgangsseitig mit dem Verbraucher 5 verbunden
ist. Der Steuerungseinrichtung 9 kommt die Aufgabe zu, interne
und externe Steuerungsbefehle (Kriterien) StK zu empfangen, was
in 1 durch einen Pfeil 11 (für externe
StK) angedeutet ist, auszuwerten und als Schaltkriterien SK, beispielsweise
an den Verbraucher 5 weiterzuführen, was durch einen Pfeil 13 angedeutet
ist. Als Steuerungsbefehle sind beispielsweise interne (programmierte
Zeitsteuerung) und externe Befehle "Ein/Aus", Programmwechsel, Lautstärke, etc.
zu verstehen.
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Die
Steuerungseinrichtung 9 umfaßt eine Energiespeichereinheit 15,
die einen Betrieb der Steuerungseinrichtung 9 bei fehlender
Eingangsspannung U (Stand-by-Phase) gewährleistet.
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Der
Netzspannungswandler 7 beinhaltet ein steuerbares Schaltelement 17 derart,
daß es
eine Verbindung zwischen dem Spannungsnetz 3 und zum Beispiel
dem Transformator 21 herstellen beziehungsweise lösen kann.
Gesteuert wird das Schaltelement 17 von der Steuerungseinrichtung 9 über eine Steuerungsleitung 19.
Das Schaltelement 17 ist beispielsweise als Relais ausgeführt, vorzugsweise
jedoch als Halbleiterschalter. Mittels eines entsprechenden Steuerungskommandos
SK' der Steuerungseinrichtung 9 läßt sich
also der Netzspannungswandler 7 und damit die Steuerungseinrichtung 9 und der
Verbraucher 5 vom Netz 3 trennen. Während dieses
Stand-by-Modus wird die Energieversorgung der Steuerungseinrichtung 9 zum
Empfang und der Auswertung und Weiterleitung der Steuerungsbefehle StK
von der Energiespeichereinheit 15 erbracht. In diesem Modus
reagiert die Steuerungseinrichtung 9 im allgemeinen auf
eine eingeschränkte
Anzahl von Steuerungsbefehlen StK, die zum Beispiel nur ein Umschalten
vom Stand-by-Modus
in den Betriebsmodus bewirken sollen, so beispielsweise der Steuerungsbefehl "Ein". Beim Empfang eines
solchen Steuerungsbefehls wird das Schaltelement 17 über die
Leitung 19 aktiviert, so daß es eine Verbindung des Netzspannungswandlers 7 mit
dem Spannungsnetz 3 bewirkt.
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Ein
konkretes, einfaches Ausführungsbeispiel
-zum Beispiel mit getrenntem Steckernetzteil- wird nun anhand der 2 näher erläutert. Der
Netzspannungswandler 7 weist einen Transformator 21 auf,
dem eingangsseitig die Netzspannung über zwei Leitungen 23.1 und 23.2 zugeführt ist.
Beispielhaft ist in der Leitung 23.1 eine Sicherung 25 vorgesehen.
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In
einer der Netzleitungen, hier in 23.2 ist das Schaltelement 17 vorgesehen,
das einen Stromfluß durch
die Primärwicklung
des Transformators 21 einschalten oder unterbrechen kann.
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Auf
der Sekundärseite
des Transformators 21 ist ein Gleichrichter 27,
beispielsweise ein Brückengleichrichter,
vorgesehen, der aus der transformierten Sekundärspannung eine Gleichspannung formt,
die zusätzlich
durch einen Kondensator 29 geglättet wird. Am Ausgang des Netzspannungswandlers 7 steht
somit eine Gleichspannung U= zur Verfügung.
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Diese
Gleichspannung wird der Steuerungseinrichtung 9 zugeführt, die
diese über
Leitungen 31.1 und 31.2 direkt oder indirekt zu
Spannungsausgängen 33.1 und 33.2 und
damit über
entsprechende Leitungen 35.1 und 35.2 an den Verbraucher 5 weiterführt.
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Die
Steuerungseinrichtung 9 umfaßt eine Überwachungs und Steuerungseinheit 37,
die über eine
Vielzahl von Überwachungs-
und Steuerungs-Anschlüssen
verfügt;
die interne Controller-Funktion wird erforderlichenfalls durch interne Steuerungs empfänger (IR,
Funk usw.) ergänzt.
Der Anschluß S1
der Überwachungseinheit 37 ist
mit der Leitung 31.1 (Versorgungsspannung) verbunden, der Anschluß S2 mit
der Steuerungsleitung 19, der Anschluß S4 mit der Steuerungsleitung 13,
der Anschluß S5
mit einer vom Verbraucher 5 kommenden Leitung 39,
die zur Übermittlung
von Steuerungsbefehlen StK dient, und der Anschluß S6 mit
der Steuerungsleitung 11, die zur Übermittlung von Steuerungsbefehlen
von einer externen Quelle, beispielsweise einem Aktivierungs-Kriterium einer TK-Anlage, dient.
Hierzu zählen
auch geräteinterne
und sinnvollerweise von der Energiespeichereinheit 15 versorgte Einheiten,
wie zum Beispiel Fernbedienungs-Empfänger, die hier nicht in die
Steuerungseinrichtung 9 eingezeichnet wurden. Darüber hinaus
ist ein Anschluß 0
der Überwachungseinheit 37 mit
der Leitung 31.2 (0-Potential) und ein Anschluß B mit
dem Energiespeicherelement 15 verbunden. Bei den gestrichelt
eingezeichneten Leitungen und Baugruppen handelt es sich um optionale
Elemente, auf die später noch
eingegangen werden soll.
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Die
Energiespeichereinheit 15 umfaßt eine Reihenschaltung aus
einem Laderegler 41, der gegebenenfalls über einen
Anschluß S7
der Überwachungseinheit 37 gesteuert
werden kann und einer wiederaufladbaren Batterie 43, die
zwischen die Leitung 31.1 und 31.2 geschaltet
ist. Parallel zur Batterie 43 ist symbolisch eine Zenerdiode 45 (zur
Spannungsbegrenzung) und ein Kondensator 47 (zur Energiespeicherung
bei Batteriewechsel) angeordnet. Die dem Anschluß B der Überwachungseinheit 37 zugeführte Spannung
wird am positiven Pol der Batterie 43 abgegriffen, während der
negative Pol der Batterie 43 mit der Leitung 31.2,
die als Masseleitung dient, verbunden ist. Optional kann der Laderegler 41 auch
direkt auf die Steuerungsleitung 19 einwirken.
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Optional
umfaßt
die Steuerungseinrichtung 9 ein weiteres Schaltelement 49,
das im ausgangsseitigen Bereich in die Leitung 31.1 geschaltet
ist und somit eine Verbindung mit der Leitung 35.1 herstellen und
unterbinden kann. Das als Relais oder vorzugsweise als Halbleiterschalter
ausgelegte Schaltelement 49 wird über eine Steuerungsleitung 51,
die am Anschluß S3
der Überwachungseinheit 37 anliegt, mit
den Steuerungsinformationen versorgt.
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Der
optional beschaltbare Anschluß A2
der Überwachungseinheit 37 ist
mit einer -nicht dargestellten- Anzeigeeinrichtung verbunden, die
eine optische und/oder akustische Anzeige einer fehlenden Spannung
U= ermöglicht
(Hauptgeräte-Funktionen "Einschalten" usw. können nicht
automatisch beziehungsweise fernbedienbar ausgeführt werden).
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An
einem optional beschaltbaren Anschluß A1 ist eine weitere optische
und/oder akustische Anzeigeeinheit, die in 2 nicht
dargestellt ist, angeschlossen, um eine Ladeanzeige für die Batterie 43 zu
ermöglichen.
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An
einem Anschluß A3
der Überwachungseinheit
ist dann sinnvollerweise für
die Anzeige des Stand-by-Modus
anstelle bisher üblicher "Daueranzeigen", eine einergiesparende,
impulsweise erregte Anzeige, zum Beispiel eine LED, vorgesehen.
Einer Impulspause von zum Beispiel 3 bis 10 Sekunden kann ein kurzer "Flash" von zum Beispiel
100 ms folgen.
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An
einem optional beschaltbaren Ausgang M (manuell) der Überwachungseinheit 37 ist
ein Taster/Schalter 53 vorgesehen, der hier eine elektrische Verbindung
mit der Leitung 31.2 ermöglicht, um zum Beispiel ein
manuelles Einschalten des Verbrauchers 5 zu realisieren
(zum Beispiel manueller Einschaltversuch anstelle der beschriebenen,
beispielhaften Befehle).
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Ebenfalls
optional ist der Anschluß S7
mit dem Laderegler 41 verbunden und ein Kondensator 55 vorgesehen,
der zwischen den Leitungen 31.1 und 31.2 liegt.
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Die
in 2 gezeigte Schaltung übt folgende Funktion aus:
Im
beginnenden Betriebszustand wird das Schaltelement 17 über die
Steuerleitung 19 aktiviert, so daß die Primärwicklung des Transformators 21 mit
dem Spannungsnetz 3 (siehe 1) verbunden
ist. Je nach Auslegung des Schaltelements 17 ist zur Aktivierung
ein ständiger
kleiner (zum Beispiel LED-) Erregerstrom über die Leitung 19 zuzuführen oder
lediglich jeweils ein Steuerimpuls zum Aktivieren beziehungsweise
deaktivieren. Über
die Leitungen 31.1 und 31.2 beziehungsweise die
Leitung 35.1 und 35.2 wird der beispielhafte Verbraucher 5 (aus Gründen der
Vereinfachung nur eine Spannung) in diesem Modus mit der Spannung
U= versorgt. Bei Bedarf wird in diesem Modus über den
Laderegler 41 – vereinfacht als
Konstantstrom-Regler dargestellteine Aufladung der Batterie 43 durchgeführt.
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Sobald
die Überwachungseinheit 37 – im Betriebsmodus über S1 oder
B, im Stand-by-Modus über
B spannungsversorgt- einen Steuerungsbefehl zum Umschalten in den
Stand-by-Modus über
die Leitung 39 vom Verbraucher 5 oder über die
Leitung 11 von einem externen Gerät, beispielsweise einem externen
Fernsteuergerät,
beziehungsweise von einer zum Beispiel in der Überwachungseinheit integrierten
Fernbedienung erhält,
wird das Schaltelement 17 über die Steuerungsleitung 19 deaktiviert,
so daß der
Stromfluß durch
die Primärwicklung
des Transformators 21 unterbrochen wird. Dies hat zur Folge,
daß die
Spannung am Ausgang des Netzspannungswandlers 7 und damit
auch die am Verbraucher 5 anliegende Versorgungsspannung
auf Null sinkt.
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In
diesem Stand-by-Modus liefert die Batterie 43 an den Anschluß B der Überwachungseinheit und
an einen erforderlichenfalls zu speisenden Fernbedienungsempfang
im weitesten Sinne (zum Beispiel auch Anrufauswertung und dergleichen
in Kommunikationsgeräten)
eine Spannung, die zur Aufrechterhaltung der Funktion der Überwachungseinheit 37 und
der genannten eventuell erforderlichen weiteren Funktionseinheit
ausreicht. Die Batterie 43 gewährleistet, daß mindestens
die Überwachungseinheit 37 weiterhin
Steuerungsbefehle StK über
die Leitungen 11 und 39 empfangen und auswerten kann,
wobei vorzugsweise nur wenige relevante Befehle zur beschriebenen
Reaktion führen.
Letztlich ist es oft ausreichend, wenn die Überwachungseinheit 37 lediglich
auf den Befehl "Einschalten" reagiert. Auch deswegen
läßt sich
der Energiebedarf der entsprechend optimierten Überwachungseinheit 37 und schließlich der
gesamte Geräte-Energiebedarf
mittels der nur zeitweise aktivierten Netzspannungsversorgungseinrichtung 1 erheblich
verringern.
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Möchte der
Benutzer oder eine entsprechend berechtigte Einrichtung den Verbraucher
einschalten, so wird ein entsprechender Steuerungsbefehl entweder
von einem externen Gerät
oder über eine
von der Stand-by-Batterie 43 mitversorgte Steuerungseinrichtung
abgegeben. Dieser führt
dazu, daß über die
Steuerungsleitung 19 das Schaltelement 17 aktiviert
wird, so daß am
Ausgang des Netzspannungswandlers 7 die gewünschte Spannung
U= zur Verfügung steht. Über den
Anschluß S1
der Überwachungseinheit 37 wird
diese Spannung U= überwacht. Sollte trotz Aktivierung
des Schaltelements 17 nach ca. 100 ms keine ausreichende
Spannung detektiert werden (zum Beispiel Netzversorgungs-Unterbrechung),
kann über
den Anschluß A2
ein Signal an eine Anzeigeeinrichtung abgegeben werden, die dem
Benutzer optisch und/oder akustisch die Fehlfunktion anzeigt. Gleichzeitig
wird über
die Steuerungsleitung 19 das Element 17 wieder
deaktiviert. Je nach Auslegung der Überwachungseinheit 37 entsprechend
der praktischen Anforderung kann ein erneutes Aktivieren des Schaltelements 17 automatisch
nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit wiederholt werden.
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Um
die Sicherheit der Energieversorgung der Überwachungseinheit 37 auch
bei längeren Stand-by-Zyklen
zu erhöhen, überwacht
diese die am Anschluß B
anliegende Spannung der Batterie 43. Sobald die Batteriespannnung
einen vorgebbaren Grenzwert unterschreitet, ist es erforderlich,
die Batterie 43 nachzuladen beziehungsweise auszutauschen
(zum Beispiel bei Verwendung von Primärbatterien). Solange das Schaltelement 17 jedoch
deaktiviert ist, fehlt die zum Laden notwendige Energieversorgung.
Die Überwachungseinheit 37 aktiviert
deshalb über
die Steuerungsleitung 19 das Schaltelement 17,
so daß eine
Spannung am Ausgang des Netzspannungswandlers 7 und damit
auf den Leitungen 31.1 und 31.2 anliegt. Sobald
die Spannung der Batterie einen vorgebbaren oberen Grenzwert erreicht,
wird das Schaltelement 17 wieder deaktiviert. Um dem Benutzer
anzuzeigen, daß die
Batterie geladen wird, kann die Überwachungseinheit 37 über den Anschluß A1 ein
Signal an eine entsprechende Anzeigeeinrichtung anlegen, beispielsweise
an ein LCD-Display oder eine LED-Anzeige.
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Das
in der Leitung 31.1 optional vorgesehene weitere Schaltelement 49,
das beispielsweise als Relais ausgeführt sein kann, vorzugsweise
jedoch ein Halbleiterschalter ist, wird während dieser Ladephase von
der Überwachungseinheit 37 so
gesteuert, daß die
elektrische Verbindung zum Anschluß 33.1 und damit zum
Verbraucher 5 im Stand-by-Modus un terbrochen wird. Der
Verbraucher 5 bleibt somit in dieser Ladephase ausgeschaltet,
was geboten oder erwünscht
sein kann.
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Der
Laderegler 41 kann als "intelligenter", batterieschonender
oder als einfacher Konstantstromregler ausgeführt sein. Darüber hinaus
ist es möglich,
daß die
beschriebene, von der Überwachungseinheit 37 übernommene
Aufgabe der Batterieüberwachung
und Steuerung des Ladevorgangs von dem "intelligenten" Laderegler selbst übernommen wird beziehungsweise
mittels eines Schaltbefehls von S7 zum Laderegler 41 eine
Aufgabenteilung zwischen den Einheiten 37 und 41 realisiert wird.
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Es
ist anzustreben, daß die
Zahl der Ladevorgänge
im Stand-by-Modus auf ein Minimum reduziert wird, um einen möglichst
geringen Energieverbrauch in diesem Modus zu erreichen. Hierzu sollten Batterie- und Ladekonzept
so optimiert werden, daß zumindest
in den ersten Jahren des Geräteeinsatzes eine
gleichmäßig verteilte
minimale Betriebszeit von zum Beispiel 1 % ausreicht, um jeweils
ausreichende elektrische Energie für den Stand-by-Betrieb zu speichern,
das heißt,
während
der Gerätebetriebszeit sollte
jeweils eine ausreichende Nachladung erfolgen, soweit die verwendete
Batterietechnologie (kein Memory-Effekt) dies zuläßt. Die
Anwendung batterieschonender Schnelladekonzepte in Verbindung mit
kostengünstigen
Zellen kleinerer Kapazität
läßt allerdings
die Bedeutung von Zwischenladezyklen schrumpfen, wenn die Zyklenfestigkeit
(Anzahl Lade-Entladezyklen
für eine
bestimmte Gerätegebrauchs dauer)
ausreicht. Mit zunehmendem Batteriealter (das heißt abnehmender
Kapazität)
können dann
zunehmende Zwischenladezyklen akzeptiert werden, bis die Batterie
gegebenenfalls ausgetauscht wird. Ist ein Batteriewechsel vorgesehen,
so sorgt der Kondensator 47 dafür, daß die Spannungsversorgung der Überwachungseinheit 37 für die Austauschzeit überbrückt wird.
Damit lassen sich beispielsweise die Funktion einer Echtzeituhr
oder von Datenspeichern auch bei einem Batteriewechsel im Stand-by-Modus
erhalten.
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In
bestimmten Fällen
ist, wie bei dem beschriebenen, vergeblichen Einschaltversuch des
Verbrauchers 5, ein Ladevorgang im Stand-by-Modus infolge
fehlender Netzspannung nicht erfolgreich. Als Reaktion darauf kann
kurzzeitig eine akustische und/oder andauernde und stromsparende
optische Anzeige erfolgen. Darüber
hinaus kann es sinnvoll sein, nach Ablauf einer bestimmten Zeitspanne,
zum Beispiel 30 Minuten, mindestens einen erneuten automatischen
Ladeversuch zu unternehmen (siehe Einschaltversuch für Verbraucher 5).
Spätestens
bei Erreichen einer vorgebbaren kritischen Batteriespannung unterhalb
der Entladeschluß-Spannung
darf zur Batterieschonung und eventuell wegen drohendem Datenverlust
kein weiterer Ladeversuch unternommen werden. Eine letzte deutliche
akustische und/oder optische Warnung kann auf diesen Zustand hinweisen.
Anschließend
sind alle, nicht dem Datenerhalt dienenden Stand-by-Funktionen abzuschalten,
so daß die
Erkennung von Steuerungsbefehlen StK nicht mehr möglich beziehungsweise
erforderlich ist. Die Über wachungseinheit 37 reagiert
erst dann wieder auf Steuerungsbefehle, wenn die Netzspannung zurückgekehrt
ist und zum Beispiel über
einen Taster/Schalter 56, der das Schaltelement 17 überbrückt und
manuell den Netzspannungswandler 7 einschaltet, ein kurzer
manueller Ladestart beziehungsweise Gerätestart durchgeführt wurde.
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Sollte über die
Leitung 39 ein Steuerungsbefehl StK, der auf einen fatalen
Fehler im Verbraucher 5 hinweist, von der Überwachungseinheit 37 empfangen
werden, wird das Schaltelement 49 in der Leitung 31.1 so
gesteuert, daß die
Spannungsversorgung des Verbrauchers 5 unterbrochen wird.
Obgleich im Falle des Verbraucher-Relais (VR) 49 die Spannung
am Verbraucher 5 -zum Beispiel dauerhaft bis zur Fehlerbeseitigung-
abgeschaltet wurde, läßt sich
ein Ladevorgang der Batterie fortsetzen bezeihungsweise später einleiten.
Dieser Fehler kann optisch und/oder kurzzeitig akustisch angezeigt
werden. Ein manueller Einschaltversuch läßt sich dann beispielsweise
mittels des Tasters/Schalters 53 durchführen (zum Beispiel als Reset-Funktion).
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Selbstverständlich ist
es auch denkbar, bei einem fatalen Fehler, der über die Steuerungsleitung 39 signalisiert
wird, das Schaltelement 17 (zum Beispiel wenn das Schaltelement 49 gerätebedingt
nicht erforderlich ist) zu deaktivieren und damit den Stromfluß durch
die Primärwicklung
des Transformators 21 zu unterbrechen. Der Verbraucher 5 ist
dann ohne Versorgungsspannung. Bei Feststellen eines Ladebedarfs
der Batterie 43 ist es dann möglich, das weitere Schaltelement 49,
sofern vorhanden, zu öffnen, während das
Schaltelement 17 wieder geschlossen wird. Auch dieser Zustand
läßt sich
mittels optischer und/oder akustischer Anzeigen dem Benutzer übermitteln.
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In
der 2 sind noch Leitungen 57.1 und 57.2 zu
erkennen, die mit den Netzspannungsleitungen 23.1 bzw. 23.2 verbunden
sind. Sie können
optional zur gesteuerten Netzversorgung interner oder insbesondere
externer Verbraucher vorgesehen sein. Darüber hinaus ist es durchaus
denkbar, mehrere Netzspannungswandler 7 oder Teile davon
vorzusehen, die über
voneinander unabhängige
Steuerungsleitungen 19 und Schaltelemente 17 angesteuert
werden sowie zum Beispiel über
voneinander unabhängige
geschaltete Leitungen 57.2 verschiedenartige externe Verbraucher
(zum Beispiel HiFi-Anlage mit oder ohne TV-Gerät) zuschalten können.
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In 3 ist
eine weitere Ausführungsform
einer Netzspannungsversorgungseinrichtung dargestellt, die im wesentlichen
der mit Bezug auf die 2 beschriebenen Ausführungsform
entspricht. Auf die nochmalige Beschreibung der mit gleichen Bezugszeichen
gekennzeichneten Teile wird deshalb verzichtet.
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Die
in 3 gezeigte Netzspannungsversorgungseinrichtung
weist eine besonders hohe Funktions-Zuverlässigkeit in der Betriebs- und Stand-by-Phase
auf. Sie ermöglicht
nämlich
die vollständige
Aufrechterhaltung der Funktion des Verbrauchers auch bei vorübergehendem
Netzausfall für eine
vorgegebene Zeitspanne. Hierfür
ist die Batterie 43' mit
entsprechend großer
Speicherkapazität
vorgesehen, wobei sich die erforderliche Speicherkapazität aus dem
maximalen Stromverbrauch des Verbrauchers und der zu überbrückenden
Netzausfallzeit berechnen läßt.
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Die 3 läßt erkennen,
daß ein
Schnelladeregler 41' in
die Leitung 31.1 geschaltet ist, um eine schnelle und schonende
Aufladung der Batterie 43' zu
ermöglichen.
Der Laderegler 41' kann
mittels eines Signals am Ausgang S7 der Überwachungseinheit 37 aktiviert
werden, die ebenfalls das Schaltelement 17 erregt. Optional
kann aber auch der Laderegler 41' selbst den Batteriezustand überwachen und
seinerseits das Schaltelement 17 steuern. Erfolgt die Batterieladung
im Stand-by-Modus, bleibt das Schaltelement 49, wie im
ersten Ausführungsbeispiel,
ausgeschaltet.
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Desweiteren
ist als optionales Element in 3 ein Gleichspannungswandler 61 dem
Schaltelement 49 nachgeschaltet. Der Gleichspannungswandler 61 liefert
beispielsweise mehrere erforderliche Gleichspannungen U1, U2 usw.
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Beide
Ausführungsformen
ermöglichen
eine deutliche Reduzierung des gesamten Energiebedarfs im Standby-
und Betriebsmodus, da mittels eines gesteuerten Schaltelements 17 die
Netzspannung von der Primärwicklung
des Transformators 21 abtrennbar ist. Selbstverständlich steht
der Transformator 21 stellvertretend für jegliche Art von Spannungswandler,
wobei hier insbesondere auch die elektronischen Spannungswandler
zu nennen sind. Mittels dem vorzugsweise als wiederaufladbare Batterie
ausgebildeten Energiespeicherelement 43 beziehungsweise 43' läßt sich
auch bei abgetrennter Netzspannung die Funktionsfähigkeit
der bezüglich Energiebedarf
minimierten Überwachungseinheit 37 für alle relevanten Überwachungsaufgaben
aufrechterhalten, so daß mindestens
Steuerungsbefehle über Leitungen 11 und 39 empfangen
und ausgewertet werden können.
Selbstverständlich
läßt sich
die erfindungsgemäße Lehre
auch mittels normaler Batterien oder anderer Energiespeicherelemente
verwirklichen.
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Die
in 4 gezeigte einfache Versorgungseinrichtung betrifft
Geräte
mit meist abgesetztem (Stecker-)Netzteil, die betriebsbedingt keinen Stand-by-Modus
benötigen,
aber die Ein-/Ausschaltfunktion im niederspannungsseitigen Verbraucherteil vorsehen
und das abgesetzte Netzteil am Netz belassen. Diese unnötige Netzverbindung
kann mit der beschriebenen Anordnung des Netzspannungswandlers 7 behoben
werden, wenn mittels einer zusätzlichen
Steuerleitung 19 zwischen abgesetztem Netzteil und Gerät 5 durch
Betätigen
eines "bereits vorhandenen" Schalters S ein
impulsförmiges
Schaltkriterium SK' erzeugt
wird durch die Reihenschaltung aus zum Beispiel einer Primärbatterie
B, einem Kondensator C und zum Beispiel einem Innenwiderstand des
Schaltelements 17, und damit die erforderliche Niederspannung
an 31.1 bereitstellt und die notwendige andauernde Erregung
des Schaltelements 17 mit der Diode D2 und dem Widerstand
R aufrechterhält.
Beim Ausschalten deaktiviert ein Teil des Schalters S das Element 17 und
der zweite Teil des Schalters S entlädt den Kondensator C. Die Anordnung
mit dem Kondensator C stellt unter anderem sicher, daß die Batterie
B auch bei fehlender Netzspannung und eingeschaltetem Gerät nicht
mit einem Dauerstrom belastet wird.