DE69012383T2 - Schaltungsanordnung. - Google Patents

Schaltungsanordnung.

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DE69012383T2
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries

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  • Dc-Dc Converters (AREA)
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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines Steuersigna1s in Abhängigkeit vom Erreichen eines vorbestimmten gewünschten Spannungswertes an einem Energiespeicherelement am Ende eines Ladezyklus, in dessen Verlauf das Energiespeicherelement durch Gleichrichten eines Hochfrequenz-Trägerschwingungsimpulses geladen wird (siehe z.B. EP-A-0 301 127).
  • Es existieren Transpondersysteme, bei denen eine Abfrageeinrichtung mit einer Beantwortereinrichtung zusammenwirkt, die keine eigene Spannungsversorgung aufweist, sondern ihre Energie einem Hochfrequenz-Trägerschwingungsimpuls entnimmt, der durch die Abfrageeinrichtung übertragen wird. Der Hochfrequenz-Trägerschwingungsimpuls regt in der Beantwortereinheit einen Resonanzkreis zum Schwingen an, wobei ein Energiespeicherelement vorgesehen ist, das durch Gleichrichten des Hochfrequenz-Trägerschwingungsimpulses geladen wird. Der Zweck der Beantwortereinrichtung besteht darin, nach dem Ende des Hochfrequenz-Trägerschwingungsimpulses an die Abfrageeinrichtung eine Nachricht zurückzusenden, die informative Daten wie z.B. eine Identifikationscodegruppe enthält, die eine klare Identifikation der Beantwortereinrichtung ermöglicht, die die Nachricht zurücksendet. Ein Erfordernis für ein fehlerfreies Zurücksenden der Nachricht besteht darin, daß in dem Energiespeicherelement eine hinreichend große Versorgungsspannung für die Einheiten verfügbar ist, die für das Zurücksenden der Nachricht verantwortlich sind. Es müssen Mittel vorgesehen werden, mit denen es möglich ist, nach einem Ende des Trägerschwingungsimpulses zu bestimmen, ob das Energiespeicherelement ausreichend geladen wurde und die zum Zurücksenden der Nachricht erforderliche Versorgungsspannung verfügbar ist.
  • Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Schaltungsanordnung zu schaffen, mit der es möglich ist, das Vorliegen einer gewünschten Versorgungsspannung an dem Energiespeicherelement anzuzeigen, wobei die Schaltungsanordnung selbst nur einen sehr geringen Energieverbrauch aufweist, um eine optimale Verwendung der in dem Energiespeicherelement enthaltenen Energie für andere Zwecke zu ermöglichen.
  • Nach der Erfindung wird dieses Problem gelöst durch ein Signalspeicherelement, das in dem aktiven Zustand das Steuersignal abgibt, eine Hüllkurvendetektorschaltung, die in Abhängigkeit vom Ende des Hochfrequenz-Trägerschwingungsimpulses ein Schaltsignal liefert, einen Spannungskomparator, der einen ersten Spannungswert, der von dem Spannungswert an dem Energiespeicherelement abhängt, mit einem zweiten vorbestimmten Spannungswert vergleicht, der mit dem Spannungswert an dem Energiespeicherelement derart verknüpft ist, daß bei Vorliegen des gewünschten Spannungswertes an dem Energiespeicherelement die verglichenen Spannungswerte gleich sind, wobei der Spannungskomparator dann, wenn der erste Spannungswert den zweiten Spannungswert überschreitet oder diesem gleich ist, ein Aktivierungssignal für das Signalspeicherelement liefert, das das letztere in den aktiven Zustand versetzt, und ein Schaltmittel, das auf den Empfang des von der Hüllkurvendetektorschaltung gelieferten Schaltsignals hin die Spannung an dem Energiespeicherelement als Versorgungsspannung an den Spannungskomparator anlegt und auf den Empfang des von dem Signalspeicherelement gelieferten Steuersignals hin den Spannungskomparator von seiner Versorgungsspannung trennt.
  • Mit der Verwendung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung werden die für die Erfassung des Vorliegens des gewünschten Spannungswertes verantwortlichen Komponenten nur vorübergehend mit der Versorgungsspannung verbunden, und diese sind demgemäß nur während einer kurzen Zeit als Stromverbraucher in der Schaltungsanordnung wirksam. Sobald das Vorliegen des gewünschten Spannungswertes erfaßt wurde, wird das Signalspeicherelement in den Zustand versetzt, in dem es das Steuersignal liefert, das das Vorliegen anzeigt, und zur gleichen Zeit wird die Versorgungsspannung wieder von den das Vorliegen des gewünschten Spannungswertes erfassenden Komponenten getrennt. Auf diese Weise ist die in dem Energiespeicherelement gespeicherte Energie für den Betrieb weiterer Komponenten verfügbar.
  • Weitere vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen charakterisiert.
  • Die Erfindung wird nun durch ein Beispiel anhand der Zeichnung beschrieben, deren einzige Figur ein Schaltdiagramm der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zeigt.
  • Die Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten Schaltungsanordnung erfolgt im Zusammenhang mit einem Transpondersystem, das eine Abfrage- und eine Beantwortereinrichtung enthält. Von der Abfrageeinrichtung ist in der Zeichnung nur ein Hochfrequenz-Trägerschwingungsgenerator G dargestellt, dessen Ausgangssignale über einen Schalter S einer Übertragungsspule LT zugeführt werden. Von der Beantwortereinrichtung ist nur der Teil gezeigt, der als Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines Steuersignals wirkt, das angibt, daß ein gewünschter Spannungswert an einem Energiespeicherelement CC vorliegt.
  • Bei dem Transpondersystem wird das Energlespeicherelement CC geladen, indem der Schalter S in der Abfrageeinrichtung vorübergehend geschlossen wird, was dazu führt, daß Hochfreguenz-Trägerschwingungen in Form eines Hochfrequenz-Trägerschwingungsimpulses zu der Beantwortereinrichtung gesendet werden, wie dies durch die in der Zeichnung gezeigten Pfeile symbolisch dargestellt ist. Der Resonanzkreis mit der Spule LR und dem Kondensator CR, die in der Beantwortereinrichtung enthalten sind, ist auf die Frequenz der Hochfrequenz- Trägerschwingungen abgestimmt, so daß der Resonanzkreis zu einem Schwingen angeregt wird. Durch die Diode DC sind die Hochfrequenz-Trägerschwingungen einer Halbwellen-Gleichrichtung ausgesetzt, was dazu führt, daß der das Energiespeicherelement CC bildende Kondensator aufgeladen wird. Solange dem Energiespeicherelement CC keine Spannung zugeführt wird, sind die in der dargestellten Schaltungsanordnung enthaltenen Analogschalter A1 und A2 offen, d.h. sie besitzen einen höheren Widerstand. Aufgrund des hochohmigen Zustands des Analogschalters A2 ist der Widerstand R6 zwischen der Gate-Elektrode und der Source-Elektrode eines P-Kanal-MOS-Feldeffekttransistors T1 wirksam, und er hält den Transistor im nichtleitenden Zustand. Aufgrund der Sperrwirkung des Transistors T1 gelangt auch keine Versorgungsspannung zu dem Operationsverstärker OP, so daß auch der Verstärker keinen Strom verbrauchen kann. In dieser Betriebsphase kann auch kein Strom durch den Spannungsteiler fließen, der durch den Widerstand R1 und den Widerstand R2 gebildet wird und dessen Abgriff mit dem negativen Eingang des Operationsverstärkers OP verbunden ist. Dasselbe gilt für den weiteren Spannungsteiler, der durch den Widerstand R3 und eine Stromquelle aus einem N-Kanal-Feldeffekttransistor T3 und einem variablen Widerstand R4 gebildet ist. Für einen noch zu erläuternden Zweck ist ein Kondensator C2 parallel zu dem variablen Widerstand R4 geschaltet.
  • Mit dem Ausgang des Operationsverstärkers OP ist der Schalteingang des Flip-Flops FF verbunden, das als Signalspeicherelement dient und in dem aktiven Zustand an seinem Ausgang Q ein Signal vom Wert "1" liefert.
  • Die Diode DE, der Kondensator CE und der Widerstand RE bilden in Verbindung mit dem MOS-Feldeffekttransistor T2 eine Hüllkurvendetektorschaltung, mit der es möglich ist, festzustellen, wann der Hochfrequenz-Trägerschwingungsimpuls endet, der von dem die Spule LR und den Kondensator CR enthaltenden Resonanzkreis empfangen wird.
  • Der N-Kanal-MOS-Feldeffekttransistor T4, der Widerstand R7, der Kondensator C1, der Widerstand R8, der Inverter G1 und der Widerstand R9 bilden zusammen eine Rücksetzschaltung, die ein Zurücksetzen des Flip-Flops FF in einen inaktiven Schaltungszustand bewirkt, sobald die Ladespannung des Energiespeicherelements CC mit dem Beginn eines Empfangs eines Hochfrequenz-Trägerschwingungsimpulses anfängt zu steigen.
  • Die Schaltungsanordnung verhält sich wie folgt:
  • Wie bereits erwähnt, führt ein Empfang eines Hochfrequenz- Trägerschwingungsimpulses durch die Resonanzschaltung LR, CR dazu, daß das Energiespeicherelement CC infolge der Gleichrichterwirkung der Diode DC geladen wird. Zur gleichen Zeit wird auch der Kondensator CE geladen, so daß die an diesen angelegte Spannung ansteigt. Sobald die Spannung an dem Kondensator CE den Schwellenwert des MOS-Feldeffekttransistors T4 überschreitet, wird an dem Widerstand R7 ein positiver Spannungssprung erzeugt, der durch das den Kondensator C1 und den Widerstand R8 enthaltende Differenzierglied differenziert wird, so daß am Ausgang des Inverters G1 vorübergehend ein negativer Spannungsimpuls auftritt, der an den Schalteingang CL des Flip-Flops FF geliefert wird, so daß dieses letztere in den inaktiven Rücksetz-Zustand versetzt wird, indem es an seinem Ausgang Q ein Signal vom Wert "0" und an seinem Ausgang ein Signal vom Wert "1" erzeugt. Das Signal an dem Ausgang des Flip-Flops FF aktiviert den Analogschalter A1, so daß dieser letztere sich in den niederohmigen Zustand bewegt.
  • Der Zweck der bisher beschriebenen Funktionsabfolge besteht darin, die Schaltungsanordnung unmittelbar nach dem Beginn des Hochfrequenz-Trägerschwingungsimpulses in einen definierten Anfangszustand zu versetzen, in dem das als Signalspeicherelement verwendete Flip-Flop FF mit Sicherheit nicht das Steuersignal liefert, das das Vorliegen eines gewünschten Spannungswertes an dem Energiespeicherelement CC anzeigt, und keine unnötigen Stromverbraucher aktiv sind.
  • Nach einer vorbestimmten Zeitdauer endet der Hochfrequenz- Trägerschwingungsimpuls, so daß nun überprüft werden muß, ob an dem Energiespeicherelement CC der gewünschte Spannungswert erreicht wurde, der für weitere Einheiten in der Beantwortereinrichtung als Versorgungsspannung verwendet wird.
  • Da der die Spule LR und den Kondensator CC enthaltende Resonanzkreis nicht länger extern gespeist wird, beginnt die Schwingungsamplitude mit einer größeren oder geringeren Geschwindigkeit in Übereinstimmung mit der Schaltungsgüte abzufallen. Der Widerstand RE der Hüllkurvendetektorschaltung entlädt den Kondensator CE in Übereinstimmung mit der Schwingungsamplitude, wobei jedoch die Spannung an der Leitung LV, die als Versorgungsspannung dient, infolge des Speichereffekts des Energiespeicherelements CC weiterhin konstant gehalten wird. Im Ergebnis führt dies dazu, daß die Spannung an der Gate-Elektrode des MOS-Feldeffekttransistors T2 ansteigt, so daß dieser letztere in den leitenden Zustand übergeht. Wie erwähnt, ist der Analogschalter A1 niederohmig, während der Analogschalter A2 hochohmig ist, und im Ergebnis führt dies dazu, daß die Gate-Elektrode des MOS- Feldeffekttransistors T1 an Erde liegt. Die Folge ist die, daß der MOS-Feldeffekttransistor T1 in den leitenden Zustand übergeht. Der Operationsverstärker OP wird dadurch mit Spannung versorgt.
  • Der Operationsverstärker OP wirkt in der dargestellten Schaltungsanordnung als Spannungskomparator, durch den die seinen Eingängen zugeführten Spannungen miteinander verglichen werden. Die Widerstände R1 und R2 besitzen gleiche Werte, so daß am negativen Eingang des Operationsverstärkers OP stets die halbe Versorgungsspannung anliegt. An dem positiven Eingang des Operationsverstärkers OP liegt jedoch eine Spannung vor, deren Größe in jedem Fall so bemessen ist, daß dann, wenn die Versorgungsspannung des Operationsverstärkers OP dem gewünschten Spannungswert entspricht, die Spannung an dem positiven Eingang des Operationsverstärkers OP auch gleich der halben Versorgungsspannung ist. Dies wird auf die folgende Weise erreicht:
  • Der Spannungsteiler, dessen Abgriff mit dem positiven Eingang des Operationsverstärkers CP verbunden ist, enthält in Form des Feldeffekttransistors T3 und des Widerstands R4 eine Konstantstromquelle, durch die sichergestellt ist, daß stets der gleiche Strom durch den Serienkreis fließt, der den Widerstand R3 und den Feldeffekttransistor T3 sowie den Widerstand R4 enthält. Um dies zu gewährleisten, nimmt der Widerstand des Feldeffekttransistors T3 in Abhängigkeit von der dem Spannungsteiler zugeführten Spannung stets in einem solchen Ausmaß einen höheren oder geringeren Widerstandswert an, daß der gewünschte konstante Strom fließt. Wird beispielsweise die Spannung an dem Spannungsteiler höher, so nimmt der Feldeffekttransistor T3 einen höheren Widerstand an, so daß der Strom nicht über den vorbestimmten konstanten Stromwert ansteigt. Wird die Spannung an dem Spannungsteiler dagegen kleiner, so wird der Widerstand des Feldeffektransistors T3 kleiner, woraus folgt, daß ein größerer Strom fließen kann, um den konstanten Stromwert aufrechtzuerhalten. Der konstante Stromwert wird so festgesetzt, daß an dem positiven Eingang des Operationsverstärkers OP bei Vorliegen des gewünschten Spannungswertes an dem Energiespeicherelement CC die Spannung VTH/2 ansteigt, wobei TTH die Schwellenwertspannung ist, bei der das Flip-Flop FF seinen Schaltzustand ändert, wenn der Spannungswert seinem Schalteingang S zugeführt wird.
  • Überschreitet die Spannung an dem negativen Eingang des Operationsverstärkers OP auf ein Vorwärtsschalten des MOS- Feldeffekttransistors T1 hin die fest vorbestimmte Spannung VTH/2 an dem positiven Eingang des Operationsverstärkers OP, so liefert dieser letztere an seinem Ausgang ein Aktivierungssignal, durch das das Flip-Flop FF in den aktiven Zustand versetzt wird, in dem dieses letztere an seinem Ausgang Q das Steuersignal liefert, das das Vorliegen des gewünschten Spannungswertes an dem Energiespeicherelement CC angibt. Der mit dem Widerstand R4 parallelgeschaltete Kondensator C2 gewährleistet einen verzögerten Anstieg der Spannung an dem positiven Eingang des Operationsverstärkers, um sicherzustellen, daß die Spannung an dem negativen Eingang den Endwert erreicht, bevor der Spannungsvergleich durchgeführt wird.
  • Durch das am Ausgang des Flip-Flops FF gelieferte Steuersignal vom Wert "1" wird der Analogschalter A2 in den niederohmigen Zustand geschaltet, während durch das Signal an dem Ausgang Q vom Wert "0" der Analogschalter A1 in den hochohmigen Zustand geschaltet wird. Im Ergebnis wird der MOS-Feldeffekttransistor T1 unverzüglich in den nichtleitenden Zustand versetzt, so daß kein Strom mehr durch den Operationsverstärker OP und die zugeordneten Spannungsteiler fließen kann. Die in dem Energiespeicherelement CC gespeicherte Energie steht daher zur Verwendung als Versorgungsenergie in weiteren, in der Zeichnung nicht dargestellten Schaltungseinheiten zur Verfügung. Der Betrieb der weiteren Einheiten kann mit Hilfe des von dem Flip-Flop FF erzeugten Steuersignals aktiviert werden.

Claims (3)

1. Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines Steuersignals in Abhängigkeit vom Erreichen eines vorbestimmten gewünschten Spannungswertes an einem Energiespeicherelement (CC) am Ende eines Ladezyklus, in dessen Verlauf das Energiespeicherelement durch Gleichrichten eines Hochfrequenz-Trägerschwingungsimpulses geladen wird, gekennzeichnet durch ein Signalspeicherelement (FF), das in dem aktiven Zustand das Steuersignal abgibt, eine Hüllkurvendetektorschaltung (DE, CE, RE, T2), die in Abhängigkeit vom Ende des Hochfrequenz-Trägerschwingungsimpulses ein Schaltsignal liefert, einen Spannungskomparator (R3, T3, R4, C2, R1, R2, OP), der einen ersten Spannungswert, der von dem Spannungswert an dem Energiespeicherelement (CC) abhängt, mit einem zweiten vorbestimmten Spannungswert vergleicht, der mit dem Spannungswert an dem Energiespeicherelement (CC) derart verknüpft ist, daß bei Vorliegen des gewünschten Spannungswertes an dem Energiespeicherelement (CC) die verglichenen Spannungswerte gleich sind, wobei der Spannungskomparator dann, wenn der erste Spannungswert den zweiten Spannungswert überschreitet oder diesem gleich ist, ein Aktivierungssignal für das Signalspeicherelement (FF) liefert, das das letztere in den aktiven Zustand versetzt, und ein Schaltmittel (A1, A2, T1), das auf den Empfang des von der Hüllkurvendetektorschaltung gelieferten Schaltsignals hin die Spannung an dem Energiespeicherelement (CC) als Versorgungsspannung an den Spannungskomparator anlegt und auf den Empfang des von dem Signalspeicherelement (FF) gelieferten Steuersignals hin den Spannungskomparator von seiner Versorgungsspannung trennt.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungskomparator einen Operationsverstärker (OP) mit zwei Eingängen enthält, die jeweils mit dem Abgriff eines Spannungsteilers (R1, R2; R3, T3, R4) verbunden sind, wobei eine Konstantstromquelle (T3, R4) in einem Zweig eines der Spannungsteiler liegt.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Signalspeicherelement ein Flip-Flop (FF) ist, dessen Schalteingang (S) mit dem Ausgang des Operationsverstärkers (QP) verbunden ist.
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DE3909301A1 (de) 1990-10-04
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ATE111653T1 (de) 1994-09-15
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