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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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1. Gebiet
der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft eine Mobilstation gemäß dem Oberbegriff von Anspruch
1 und ein Verfahren zum Schützen
derselben.
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2. Beschreibung des Stands
der Technik
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Viele
tragbare elektronische Geräte
verwenden Batterien als Stromquellen. Das elektronische Gerät, in dem
eine Batterie enthalten ist, weist für gewöhnlich eine Batterieschutzschaltung
auf. Um eine Verschlechterung der Leistung oder eine Zerstörung der
Batterie zu verhindern, schaltet die Batterieschutzschaltung übermäßigen Strom
sofort aus, wenn dieser aus der Batterie fließt. Die Batterieschutzschaltung
wird selbst dann betrieben, wenn übermäßiger Strom zu einer elektronischen
Schaltung wie einem Leistungsverstärker fließt. Die Batterieschutzschaltung
kann somit die Zerstörung
der elektronischen Schaltung verhindern, die durch den ständigen Fluss übermäßigen Stroms
in sie in dem elektronischen Gerät
verursacht wird.
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Jüngste tragbare
elektronische Geräte
wie Mobiltelefone weisen eine große Anzeigeeinheit, Beleuchtung
und Kamerafunktionen, einen Vibrationsmotor und Ähnliches auf. Entsprechend
hat der Stromverbrauch des Mobiltelefons zugenommen. Da der höhere Stromverbrauch
eine höhere
Stromversorgung erfordert, muss der Betriebsschwellenpegel der Batterieschutzschaltung
hoch eingestellt sein.
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Der
hohe Betriebschwellenpegel der Batterieschutzschaltung verursacht
jedoch einen Verlust der zuvor erwähnten Funktionen davon, um
die elektronische Schaltung in dem elektronischen Gerät zu schützen. Beispielsweise
kann Strom wegen einer Steueranomalie oder einer Komponentenanomalie
in eine elektronische Schaltung wie einen Übertragungsleistungsverstärker fließen, der
direkt mit der Batterie verbunden ist. In einem solchen Fall kann
die Batterieschutzschaltung, die den hohen Betriebsschwellenpegel
aufweist, den Batteriestrom nicht schnell unterbrechen. Folglich
ist der Verstärker
irreparabel beschädigt.
Die eingetragene japanische Patentschrift Nr. 3320486 offenbart
eine Technologie zum Schmelzen einer Sicherung einer Wechselstromquelle,
um die Stromquelle zu unterbrechen, wenn eine Spannungsanomalie
in einer Leistungsverstärkerschaltung
detektiert wird. Dieses Verfahren kann jedoch einen Strom nicht
sofort unterbrechen.
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EP 1 227 564 A offenbart
eine Mobilstation gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Mobilstation bereitzustellen, in der
Beschädigungen
aufgrund übermäßiger Ströme verhindert
werden können.
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Die
Erfindung löst
diese Aufgabe mit den Merkmalen von Anspruch 1.
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Erfindungsgemäß ist es
möglich, übermäßigen Strom
schnell zu unterbrechen, wenn er in verschiedene elektronische Schaltungen
in dem elektronischen Gerät
fließt,
in dem die Batterie enthalten sein kann.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein Blockdiagamm, das ein Beispiel eines tragbaren elektronischen
Geräts
zeigt, auf das die Erfindung angewandt wird;
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2 ist
eine Ansicht, die ein Beispiel eines Batterieabschnitts zeigt;
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3 ist
eine Ansicht, die ein Beispiel eines Leistungsverstärkers zeigt,
der geschützt
werden soll;
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4 ist
ein Flussdiagramm eines Beispiels eines Schutzbetriebs einer erfindungsgemäßen elektronischen
Schaltung; und
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5 ist
ein Blockdiagramm, das ein weiteres Beispiel eines tragbaren elektronischen
Geräts zeigt,
auf das die Erfindung angewandt wird.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Als
ein Beispiel eines erfindungsgemäßen elektronischen
Geräts
wird nachfolgend ein Mobiltelefon beschrieben. 1 ist
ein Blockdiagramm, das einen Teil des Mobiltelefons zeigt. In dem
Beispiel wird ein Betriebszustand eines Leistungsverstärkers 102 überwacht.
Das Mobiltelefon weist einen Batterieabschnitt 107 als
Stromquellenschaltung auf. Der Batterieabschnitt 107 weist
eine Batteriezelle 107b auf; und eine Batterieschutzschaltung 107a zum
Verhindern eines Flusses eines großen Stroms zu der Batteriezelle 107b.
Das Mobiltelefon weist ein Basisband LSI 106, einen Quadraturmodulator 105,
einen Treiberverstärker 104,
einen Negativspannungs-Erzeugungsabschnitt 103, den Leistungsverstärker 102 und
einen Isolator 101 als Übertragungsschaltung auf.
Das Basisband LSI 106 gibt verschiedene Biasspannungen
aus, um die Übertragung/Nicht-Übertragung
zu steuern. Der Negativspannungs-Erzeugungsabschnitt 103 liefert
eine Gate-Biasspannung an den Leistungsverstärker 102.
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Das
Mobiltelefonen weist einen Leistungsverstärker-Stromquellen-Steuerabschnitt 109 und eine
Steuerschaltung 108 als Stromquellen-Steuerschaltung auf.
Der Leistungsverstärker-Stromquellen-Steuerabschnitt 109 weist
einen P-Kanal-Feldeffekttransistor 109a (nachfolgend abgekürzt mit „FET 109a") zum Schalten der
Versorgung/Nicht-Versorgung
von Strom an den Leistungsverstärker 102 und einen
P-Kanal-Feldeffekttransistor 109b (nachfolgend
abgekürzt
mit „FET 109b"), der den Batterieabschnitt 107 kurzschließen kann,
auf. Die Steuerschaltung 108 detektiert, ob eine elektronische
Schaltung (der Leistungsverstärker 102 in
diesem Beispiel) in dem Mobiltelefon anomal ist. Wenn die elektronische Schaltung
anomal ist, steuert die Steuerschaltung 108 das Ein-/Ausschalten
des FET 109a und des FET 109b.
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Nachfolgend
wird das in 1 gezeigte Mobiltelefon ausführlicher
beschrieben. Das Basisband LSI 106 empfängt Strom von dem Batterieabschnitt 107,
um mehrere Biasspannungen und Übertragungssignale
I und Q auszugeben. Das LSI 106 gibt ein Burst-Übertragungssignal aus und gibt
eine Burst-Biasspannung und ein Burst-Übertragungssteuersignal
aus, synchronisiert mit einer Burst-Periode. Insbesondere gibt das
LSI 106 eine Burst-Biasspannung (2,8V) an den Treiberverstärker 104 und den
Quadraturmodulator 105 aus und eine Biasspannung (2,5V)
an den Negativspannungs-Erzeugungsabschnitt 103.
Außerdem
liefert das LSI 106 eine Stützspannung (2,8V) an die Steuerschaltung 108 und
gibt während
einer Übertragungsperiode
ein Niederpegel-Übertragungssteuersignal
an die Steuerschaltung 108 aus und während einer Nicht-Übertragungsperiode in Synchronisation
mit der Burst-Periode ein Hochpegel-Übertragungssteuersignal
an die selbe. Der Quadraturmodulator 1 und 5 unterzieht die Übertragungssignale
I und Q einer Frequenzwandlung. Nachfolgend werden die Übertragungssignale
I und Q von dem Treiberverstärker 104 und
dem Leistungsverstärker 102 verstärkt und
durch den Isolator 101 an den Antennenabschnitt geliefert.
Der Quadraturmodulator 105 und der Treiberverstärker 104 werden
der Biassteuerung unterzogen, basierend auf einer Burst-Spannung
von dem LSI 106, und die Übertragungssignale I und Q
werden nur während
der Übertragungsperiode
ausgegeben. Der Leistungsverstärker 102 weist
einen Feldeffekttransistor auf, und eine Biasspannung wird von dem
Negativspannungs-Erzeugungsabschnitt 103 zu ihm geliefert.
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Die
Steuerschaltung 108 weist einen Detektionsabschnitt 108a auf,
einen Bestimmungssteuerabschnitt 108b, einen Widerstand 108c,
einen Schalter 108d, einen Pull-Up-Widerstand 108e und einen Zeitgeber 108f.
Die Steuerschaltung 108 kann selbst dann arbeiten, wenn
Strom von dem Batterieabschnitt 107 unterbrochen wird,
da sie von einer Notstromversorgung von dem Basisband LSI 106 betrieben
wird.
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In
dem Beispiel weist der Detektionsabschnitt 108a einen oder
eine Mehrzahl Schwellenpegel (Vth) auf, die von dem Widerstand 108c oder Ähnlichem
gesetzt werden und detektiert eine Ausgangspannung des Negativspannungs-Erzeugungsabschnitts 103 und
eine Leistungsverstärker-Stromversorgungsspannung,
die eine Spannung zwischen Source- und Drain-Elektrode des FET 109a ist.
Der Detektionsabschnitt 108a bestimmt, ob ein detektierter
Spannungswert gleich oder höher
als ein vorbestimmter Schwellenpegel ist und gibt das Ergebnis der
Bestimmung an den Bestimmungssteuerabschnitt 108b aus.
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Der
Bestimmungssteuerabschnitt 108b bestimmt, dass der Leistungsverstärker 102 nicht
anomal ist, wenn der detektierte Spannungswert gleich, niedriger,
als der Schwellenpegel ist und bestimmt, dass der Leistungsverstärker 102 anomal
ist, wenn der Spannungswert höher
als der Schwellenpegel ist. Der Bestimmungssteuerabschnitt 108b steuert
den Schalter 108d und den FET 109a unter Verwendung des
Zeitgebers 108f, basierend auf dem Bestimmungsergebnis
von dem Detektionsabschnitt 108a und dem Übertragungssteuersignal
von dem Basisband LSI 106. Wenn keine Anomalie vorliegt,
setzt der Bestimmungssteuerabschnitt 108b den FET 109b in
einen ausgeschalteten Zustand und liefert das Übertragungssteuersignal des
Basisbands LSI 106 durch den Schalter 108d an
ein Gate des FET 109a. Folglich wird der FET 109a veranlasst,
nur während
der Übertragungsperiode
in einem eingeschalteten Zustand zu sein und der Leistungsverstärker 102 empfängt eine
Stromversorgungsspannung.
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Der
Bestimmungssteuerabschnitt 108b bestimmt, dass der Leistungsverstärker 102 anomal
ist, wenn der Detektionsabschnitt 108a eine Spannung in
dem Drain des FET 109a während der Nicht-Übertragungsperiode
detektiert (während
sich ein Übertragungssteuersignal
auf einem hohen Pegel befindet). Der Bestimmungssteuerabschnitt 108b setzt
ein Gate des FET 109b unter Verwendung des Zeitgebers 108f über eine
gegebene Periode auf einen niedrigen Pegel. Folglich wird der FET 109a veranlasst,
in einem eingeschalteten Zustand zu sein, um eine Ausgabe des Batterieabschnitts 107 kurz
zu schließen.
Zu diesem Zeitpunkt wird die Batterieschutzschaltung 107a betrieben,
um die Ausgabe des Batterieabschnitts 107 zu stoppen. Folglich
wird ein anomaler Zustand, in dem Strom zum Leistungsverstärker 102 während der
Nicht-Übertragungsperiode
geliefert wird, zwangsweise gestoppt. Außerdem steuert der Bestimmungssteuerabschnitt 108b den Schalter 108d unter
Verwendung des Zeitgebers 108f über eine gegebene Periode und
unterbricht die Gate-Elektrode des FET 109a von dem Übertragungssteuersignal
(Niederpegel), um sie mit dem Pull-Up-Widerstand 108e zu
verbinden, wenn die Spannung des Negativspannungs-Erzeugungsabschnitts 103 während der Übertragungsperiode
anomal ist (während
sich ein Übertragungssteuersignal auf
einem niedrigen Pegel befindet) oder die Spannung zwischen Source
und Drain des FET 109a anomal ist. Da die Gate-Elektrode
des FET 109a veranlasst wird, einen hohen Pegel aufzuweisen
und der FET 109a veranlasst wird, über einen vorbestimmten Zeitraum
im ausgeschalteten Zustand zu sein, wird entsprechend der Stromversorgungsstrom
zum Leistungsverstärker 102 unterbrochen.
Der Bestimmungssteuerabschnitt 108b schaltet den FET 109b aus,
nachdem ein vorbestimmter Zeitraum vergangen ist und beseitigt somit
den kurzgeschlossenen Zustand. Außerdem steuert der Bestimmungssteuerabschnitt 108b den
Schalter 108d, nachdem ein vorbestimmter Zeitraum vergangen
ist und verschiebt den Schalter von der Seite des Pull-Up-Widerstands 108e zum Übertragungssteuersignal
des Basisbands LSI 106. Wie zuvor beschrieben, wird, selbst
wenn der Betriebsschwellenpegel der Batterieschutzschaltung 107 erhöht ist,
ein anomaler Zustand schnell beseitigt, wenn in der elektronischen
Schaltung, die geschützt
werden soll, die Anomalie detektiert wird.
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2 zeigt,
dass der Batterieabschnitt 107 eine Batterie 107b und
eine Batterieschutzschaltung 107a aufweist. Die Batterieschutzschaltung 107a weist
eine Batteriesteuerschaltung 107a1 und einen Feldeffekttransistor 107a2 (nachfolgend
mit „FET 107a" abgekürzt) auf.
Die Drain- und Source-Elektrode des Feldeffekttransistors 107a2 werden
an die negative Seite der Batterie 107b in Reihe angeschlossen.
Die Batteriesteuerschaltung 107a1 detektiert eine Potenzialdifferenz
zwischen Drain und Source des FET 107a2, steuert ein Gate
davon, wenn die Potenzialdifferenz gleich, höher als ein vorbestimmter Wert
wird und unterbricht den Strom zwischen Drain und Source. Liegt
der Batteriestrom innerhalb eines normalen Bereichs, befindet sich
der FET 107a2 in einem leitenden Zustand. Eine Zunahme des
Batteriestroms geht einher mit einer Zunahme der Potenzialdifferenz
zwischen Drain und Source. Wenn der Batteriestrom gleich, höher als
ein vorbestimmter Wert wird, unterbricht die Batteriesteuerschaltung 107a1 den
Strom des FET 107a2.
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3 zeigt
ein Beispiel eines Verstärkers
einer Stufe in einem Mehrstufen-Leistungsverstärker 102.
Der Feldeffekttransistor 102a1 als Depressionstyp wird
als Verstärkerelement
verwendet. Eine negative (d. h. Sperrspannung) Gate-Biasspannung wird
an die Gate-Elektrode durch Widerstandsteilung der Widerstände R1 und
R2 angelegt. Eine positive Stromversorgungs-Biasspannung wird durch
die Last RL an der Source-Elektrode angelegt. Die Drain-Elektrode
ist geerdet. Der Verstärker
verwendet eine Source-Folge-Konstitution, in der ein Eingangssignal,
das in die Gate-Elektrode eingegeben wird, verstärkt und von der Source-Elektrode
durch eine Anpassungsschaltung 102a2 ausgegeben wird. Wenn
die Gate-Biasspannung der Sperrrichtung herabgesetzt wird oder zu
einer Nullspannung wird, fließt
ein großer
Strom zum Leistungsverstärker 102, basierend
auf Verarmungseigenschaften. Ein großer Strom kann aufgrund von
Anomalien oder Ähnlichem des
FET 102a1 und der Anpassungsschaltung 102a zur
Source-Elektrode fließen.
Wenn ein solcher Zustand andauert, kann es zur Zerstörung der
Schaltung kommen.
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Als
Nächstes
wird ein Beispiel eines normalen Betriebs des Mobiltelefons beschrieben.
Zunächst
liefert der Batterieabschnitt 107 Strom an jede elektronische
Schaltung des Mobiltelefons. Das Basisband LSI 106 führt eine Übertragungsoperation
eines wiederholt übertragenen
Burst-Übertragungssignals
aus. Zu diesem Zeitpunkt gibt das LSI 106 ein Niederpegel-Übertragungssteuerungssignal
während
der Übertragungsperiode
aus und der Bestimmungssteuerabschnitt 108b gibt ein Hochpegelsignal an
die Basiselektrode des FET 109b aus, um den FET 109b auszuschalten.
Der Bestimmungssteuerabschnitt 108b liefert ein Übertragungssteuersignal durch
den Schalter 108d an die Gate-Elektrode des FET 109a. Da
der FET 109a nur eingeschaltet wird, wenn sich das Übertragungssignal
auf einem Niederpegel befindet, erhält der Leistungsverstärker 102 Strom
und wird veranlasst, betrieben zu werden. Zu diesem Zeitpunkt werden
der Treiberverstärker 104 und
der Quadraturmodulator 105 betrieben, basierend auf einer
synchronen Burst-Biasspannung und das Mobiltelefon führt eine Übertragungsoperation aus.
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4 zeigt
ein Beispiel eines Betriebsablaufs, der ausgeführt wird, wenn das Mobiltelefon anomal
ist. Zuerst überwacht
der Bestimmungssteuerabschnitt 108b ein Übertragungssteuersignal
von dem Basisband LSI 106, um zu bestimmen, ob sich das
Basisband LSI 106 in einem Übertragungs- oder Nicht-Übertragungszustand
befindet (S201).
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In
dem Fall, dass sich das Basisband LSI 106 im Nicht-Übertragungszustand
(NEIN in S201) befindet, bestimmt der Bestimmungsabschnitt 108b die
Drain-Spannung des FET 109a, die von dem Detektionsabschnitt 108a (S202)
detektiert wird. Der Bestimmungssteuerabschnitt 108b bestimmt,
ob die Drain-Spannung 0V (S203) beträgt oder nicht. Wenn die Drain-Spannung
0V beträgt
(JA in S203), beginnt der Betrieb wieder bei Start. Wenn die Drain-Spannung
nicht 0V ist (NEIN in S203), gibt der Bestimmungssteuerabschnitt 108b ein
Niederpegelsteuersignal an das Gate des FET 109b aus, um
den FET 109b einzuschalten (S204). Zu diesem Zeitpunkt wird
der Ausgang des Batterieabschnitts 107 an einem Erdpegel
(GND) kurzgeschlossen, um die Batterieschutzschaltung 107a zu
betreiben. Ein Durchgang vorbestimmter Zeit wird von dem Zeitgeber 108f nach
dem Kurzschließen
(JA in S205) gezählt. Nach
dem Durchgang vorbestimmter Zeit schaltet der Bestimmungsabschnitt 108b den
FET 109b (S206) aus, um den kurzgeschlossenen Zustand freizugeben.
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Wenn
sich das Basisband LSI 106 im Übertragungszustand befindet
(JA in S201), wird eine Ausgabespannung des Negativspannungs-Erzeugungsabschnitts 103 bestimmt
(S207). Wenn die Ausgabespannung nicht –Vg ist (NEIN in S208), erkennt
der Bestimmungssteuerabschnitt 108b eine Anomalie und steuert
den Schalter 108d, um den Schalter zum Pull-Up-Widerstand 108e (S209)
zu verschieben. Zu diesem Zeitpunkt wird die Gate-Elektrode des
FET 109a von dem Übertragungssteuersignal
des Basisbands LSI 106 getrennt, um zwangsweise auf einen
hohen Pegel gesetzt zu werden. Der FET 109a, der ein P-Kanal-MOSFET
ist, wird ausgeschaltet, um die Stromversorgung zum Leistungsverstärker 102 zu
unterbrechen. Entsprechend wird der anomale Zustand beendet. Wenn
der ausgeschaltete Zustand des FET 109a über eine
Zeit T2 andauert (JA in S210), steuert der Bestimmungssteuerabschnitt 108b den
Schalter 108d, um das Übertragungssteuersignal
des Basisbands LSI 106 erneut auszuwählen (S210). Folglich wird
der FET 109a eingeschaltet, um basierend auf dem Übertragungssteuersignal
gesteuert zu werden (S211). Wenn die Ausgangspannung des Negativspannungs-Erzeugungsabschnitts 103 –Vg ist
(JA in S208), wird die Potenzialdifferenz ΔV zwischen Source und Drain
des FET 109a während
der Übertragungsperiode
detektiert (S212). Wenn die Potenzialdifferenz ΔV geringer ist, als der Schwellenpegel
Vth, der von dem Widerstand 108c gesetzt wird (JA in S213),
bestimmt der Bestimmungssteuer abschnitt 108b, dass der
Leistungsverstärker 102 anomal
ist. Wenn die Potenzialdifferenz ΔV
größer ist,
als der Schwellenpegel (NEIN in S213), steuert der Bestimmungssteuerabschnitt 108b den
Schalter 108d, um den Schalter zum Pull-Up-Widerstand 108e zu
schieben (S209). Die Gate-Elektrode des FET 109a wird von
dem Übertragungssteuersignal
des Basisbands LSI 106 getrennt, um zwangsweise auf einen
hohen Pegel gesetzt zu werden. Nachfolgend wird der Betrieb S210
und S211 wie zuvor beschrieben ausgeführt. Durch diesen Betrieb wird
der anomale Zustand, der in der elektronischen Schaltung aufgetreten
ist, die geschützt
werden soll, schnell beseitigt.
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5 zeigt
ein weiteres Beispiel eines Mobiltelefons.
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Die
elektronischen Schaltungen sind zusätzlich zu einem Leistungsverstärker 102 geschützt. Beispiele
elektronischer Schaltungen sind eine Eingangsanruf-Informationsschaltung
(zum Beispiel ein Lautsprecher, ein Vibrationsmotor oder Ähnliches), eine
Kameraschaltung, eine Anzeigeschaltung, eine Beleuchtungsschaltung
und andere. In 5 sind diese Schaltungen mit
den Bezugszahlen 202 und 203 bezeichnet. Die Anzahl
Schaltungen, die geschützt
werden soll, kann jedoch optional bestimmt werden. Die Feldeffekttransistoren 209a1 und 109a2 sind
entsprechend den Schaltungen 202 und 203 angeordnet.
Die Detektionsschaltung 108a detektiert einen Strom oder
eine Spannung eines vorbestimmten Orts der Schaltungen 202 und 203,
um sie mit einem vorbestimmten Schwellenpegel zu vergleichen. Der Bestimmungssteuerabschnitt 108b bestimmt,
ob der Stromwert oder der Spannungswert innerhalb eines Toleranzbereich
liegt oder nicht, ungeachtet eines Übertragungs-/Nicht-Übertragungszustands.
Wenn der detektierte Wert außerhalb
des Toleranzbereich liegt, steuert der Bestimmungssteuerabschnitt 108b den
Feldeffekttransistor 209a1 oder 209a2, um einen Strom
zur Schaltung zu unterbrechen. Der Bestimmungssteuerabschnitt 108b kann
gleichzeitig den FET 209b einschalten, um die Batterieschutzschaltung 107a zu
betreiben. Der Bestimmungssteuerabschnitt 108b kann den
FET 209b nur einschalten, ohne den Feldeffekttransistor 209a1 oder 209a2 zu steuern.
Für den
Schaltungsbetrieb während
der Übertragungsperiode
im Falle des Leistungsverstärkers 102 wird
der entsprechende Feldeffekttransistor gemäß einem Übertragungssteuersignal gesteuert. Der
Bestimmungssteuerabschnitt 108b kann das Übertragungssteuersignal
ausschalten, wenn die Schaltung anomal ist und unterbricht dabei
den Stromversorgungsstrom zur Schaltung.
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In
dem zuvor genannten Beispiel kann eine elektronische Schaltung,
die geschützt
werden soll, optional ausgewählt
werden. Der Treiberverstärker 104 vor
dem Leistungsverstärker 102 kann
auch von der Steuerschaltung 108 und der Stromquellen-Steuerschaltung 109 gesteuert
werden. Eine Mehrzahl Detektionsorte der elektronische Schaltung,
die geschützt
werden soll, kann eingerichtet werden. Die Detektionsschaltung 108a kann
mindestens einen Spannungswert und einen Stromwert detektieren und
ein Detektionsergebnis an den Bestimmungssteuerabschnitt 108b ausgeben.