DE69912348T2

DE69912348T2 - Verbesserter Wirkungsgrad in Leistungsschaltern

Info

Publication number: DE69912348T2
Application number: DE69912348T
Authority: DE
Inventors: Chang-Hum Ahnyang-shi Lee
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 1998-04-29
Filing date: 1999-04-27
Publication date: 2004-07-22
Also published as: EP0954081A3; KR19990081394A; TW431044B; EP0954081B1; DE69912348T8; EP0954081A2; US6075345A; KR100515033B1; DE69912348D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf elektrische oder elektronische Systeme und spezieller auf Systeme mit zwei Leistungsquellen, wie einer Batterie und einem Wechselstromadapter.
Es sind viele derartige Systeme bekannt. Zum Beispiel JP 07095732 , die eine Art der Auswahl beschreibt, welche der zwei Leistungsquellen einer Last Leistung zuführt. GB 2313721 offenbart einen Schaltstromkreis und ein Verfahren zum Betreiben desselben mit den Merkmalen, die in den Oberbegriffen der Ansprüche 1, 2 und 9 definiert sind.
1 ist ein schematisches Diagramm eines elektronischen Systems mit einer allgemeinen Leistungsversorgungseinheit oder Netzanschlusseinheit. In 1 wird Leistung für das elektronische System 10 durch eine externe Leistungsquelle zugeführt, das heißt einen Wechselstromadapter 12 oder eine Batterie 13 (die eine Reservebatterie sein kann). Der Wechselstromadapter 12 ist ein Bauelement, das eine Wechselspannung von einer externen Leistungsquelle in eine Gleichspannung umwandelt. Der Wechselstromadapter 12 ist über eine Leistungsversorgungsleitung oder Netzanschlussleitung 11 mit dem elektronischen System 10 verbindbar. Das elektronische System 10 beinhaltet einen DC/DC-Wandler 14, der mit einer Leistungsversorgungsleitung 11 verbunden ist. Der DC/DC-Wandler 14 ist ein Bauelement, das die Spannung steuert, die der Systemlast 15 zugeführt wird.
Spezieller ist der DC/DC-Wandler 14 über eine Versorgungsleitung 11 sowohl mit dem Wechselstromadapter 12 als auch der Batterie 13 gekoppelt. Der DC/DC-Wandler 14 reduziert die Spannung (zum Beispiel 19V) der externen Leistungsquelle (Wechselstromadapter 12) oder die Spannung (zum Beispiel 1,7 V bis 15 V) der Batterie 12 auf einen konstanten Spannungspegel (zum Beispiel 5 V oder 3,3 V), der für das Betreiben der Systemlast 15 geeignet ist.
Die Systemlast 15 repräsentiert die Komponente in dem elektronischen System 10, die Leistung verbraucht und durch die konstante Gleichspannung getrieben wird, die von dem DC/DC-Wandler 14 zugeführt wird. Wenn das elektronische System 10 ein Notebook-Computer ist, dann sind eine CPU, ein Speicher, eine Anzeige oder individuelle Peripheriegeräte als Teil der Systemlast 15 enthalten.
In einem elektronischen System, das die Ausgangsspannungen des Wechselstromadapters 12 und der Batterie 13 parallel empfängt, sind Mittel erforderlich, um den Fluss eines Rückstroms zu verhindern, der von einer Spannungsdifferenz zwischen den Ausgangsspannungen der zwei Leistungsquellen verursacht wird. Wenn die Batterie 13 Leistung zuführt, müssen insbesondere Mittel bereitgestellt werden, um einen Stromrückfluss von der Batterie 13 zu dem Wechselstromadapter 12 über die Leistungsversorgungsleitung 11 zu verhindern. Ein derartiger Rückstrom resultiert in einem unwirtschaftlichen Leistungsverbrauch durch den Wechselstromadapter 12 und einer unwirtschaftlichen Entladung der Batterie 13, die eine endliche Kapazität besitzt.
Im Allgemeinen ist eine Diode in die Leistungsversorgungsleitung 11 der externen Leistungsquelle (Wechselstromadapter 12) eingefügt, um nur eine Richtung des Stromflusses zu erlauben: von dem Wechselstromadapter 12 zu dem DC/DC-Wandler 14. Wenn die Ausgangsspannung der Batterie 13 höher als jene des Wechselstromadapters 12 ist, wird auf diese Weise ein Stromrückfluss in den Wechselstromadapter 12 verhindert oder wenigstens reduziert.
Jegliche Diode verursacht jedoch einen Spannungsabfall über ihre Anschlüsse hinweg, wenn sie in Vorwärtsrichtung betrieben wird. Sie dissipiert Leistung entsprechend dem Abfall der Vorwärtsspannung und dem Strom, den sie trägt.
Die Diode kann eine Schottky-Diode oder eine schnelle Freilaufdiode sein. Da der Spannungsabfall in der Vorwärtsrichtung für die Schottky-Diode vergleichsweise gering ist (0,4 V bis 0,5 V), kann diese Diode effektiv die Leistung reduzieren, die verschwendet wird. Dennoch dissipiert die Schottky-Diode Leistung und erwärmt sich. Bei hohen Temperaturen wird ein Rückstrom über die Schottky-Diode erhöht, so dass die Verhinderung eines Rückstromflusses nicht effektiv ist. Wenngleich der Spannungsabfall einer schnellen Freilaufdiode in der Vorwärtsrichtung hoch ist (0,8 V bis 1,0 V) (und daher Leistungsdissipation und Erwärmung größer sind), ist andererseits der Stromrückfluss wesentlichen geringer im Vergleich zu jenem für eine Schottky-Diode, selbst bei hohen Temperaturen. Somit kann eine schnelle Freilaufdiode verwendet werden. Eine schnelle Freilaufdiode kann jedoch überhitzt werden, da der Spannungsabfall in der Vorwärtsrichtung einen beträchtlichen Leistungsverbrauch verursacht. Mit einem Wechselstromadapter 12 von 40 W, der einen Strom von 3 A zuführt, beträgt die Leistung, die von einer schnellen Freilaufdiode verbraucht wird, zum Beispiel 2,4 W bis 3,0 W (3 A × 0,8 V bis 1,0 V), so dass eine Wärmesenke, d. h. ein Kühlkörper, (zum Beispiel ein Kühlteller oder eine Metallplatte) erforderlich ist.
Wie vorstehend beschrieben, wird eine schnelle Freilaufdiode oder eine Schottky-Diode verwendet, um einen Stromrückfluss von der Batterie 13 zu dem Wechselstromadapter 12 zu verhindern. Da jedoch durch jede dieser Dioden Wärme erzeugt wird, sind Mittel zum Abführen dieser Wärme erforderlich, was Unkosten bei der Fertigung, übermäßigen Leis tungsverbrauch und eine unerwünschte Erwärmung des Aufbaus mit sich bringt.
Daher besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein System bereitzustellen, das durch eine Batterie und eine externe Leistungsquelle, wie einen Wechselstromadapter, gespeist werden kann. Ein derartiges System weist vorzugsweise eine verbesserte Leistungseffizienz und eine reduzierte Leistungsdissipation und einen reduzierten Leistungsverlust auf. Die von Dioden erzeugte Wärme, die selbst zur Verhinderung oder Reduzierung eines Stromrückflusses verwendet werden, ist vorzugsweise reduziert.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Schaltstromkreis für den Einsatz mit einer Batterie und einer externen Leistungsversorgung bereitgestellt, wobei der Schaltstromkreis folgendes umfasst:

– eine Leistungsversorgungsleitung,
– eine Diode,
– einen ersten Schalter,
– einen Spannungsdetektor, der detektiert, ob eine durch eine externe Leistungsversorgung gelieferte Spannung ein vorher festgelegtes Niveau überschreitet, und dementsprechend ein Detektionssignal erzeugt, und
– einen Schaltregler, der das Detektionssignal empfängt, um den EIN/AUS-Zustand des ersten Schalters zu steuern; dadurch gekennzeichnet, dass
– die Diode in Reihe zwischen die Leistungsversorgungsleitung und einen Anschluss zum Ankoppeln an eine externe Leistungsversorgung geschaltet ist,
– der erste Schalter mit der Diode parallel geschaltet ist, wobei der erste Schalter, wenn leitend, einen Spannungsabfall aufweist,
– der Schaltregler den EIN/AUS-Zustand des ersten Schalters regelt, um den Schalter dann in einen EIN-Zustand zu versetzen, wenn die durch die externe Leistungsversorgung gelieferte Spannung das vorher festgelegte Niveau überschreitet, und
– die Diode eine Schottky-Diode oder schnelle Freilaufdiode mit einer Anode, die mit dem Anschluss verbunden ist, und einer Kathode umfasst, die mit der Batterie verbunden ist, wenn sich der erste Schalter im AUS-Zustand befindet, wobei die Diode den Stromrückfluss von der Batterie zu der externen Leistungsversorgung reduziert.

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Schaltstromkreis zum Einsatz mit einer Batterie und einer externen Leistungsversorgung bereitgestellt, wobei der Schaltstromkreis folgendes umfasst:

– eine Leistungsversorgungsleitung,
– eine Diode,
– einen ersten Schalter und
– einen Schaltregler, der das Detektionssignal empfängt, um den EIN/AUS-Zustand des ersten Schalters zu regeln; dadurch gekennzeichnet, dass
– die Diode in Reihe zwischen die Leistungsversorgungsleitung und einen Anschluss zum Ankoppeln an eine externe Leistungsversorgung geschaltet ist,
– der erste Schalter mit der Diode parallel geschaltet ist, wobei der Schalter, wenn leitend, einen Spannungsabfall aufweist, der niedriger ist als jener der Diode,
– der Schalter des Weiteren einen Stromdetektor beinhaltet, um zu detektieren, ob eine Stromzufuhr von einer externen Leistungsversorgung höher als ein vorgegebener Pegel ist, und um demzufolge das Detektionssignal zu erzeugen, um so den Schalter in einen EIN-Zustand zu versetzen, wenn der durch die externe Leistungsversorgung gelieferte Strom das vorher festgelegte Niveau überschreitet, und
– die Diode eine Schottky-Diode oder schnelle Freilaufdiode mit einer Anode, die mit dem Anschluss verbunden ist, und einer Kathode umfasst, die mit der Batterie verbunden ist, wenn sich der erste Schalter in einem AUS-Zustand befindet, wobei die Diode den Stromrückfluss von der Batterie zu der externen Leistungsversorgung reduziert.

Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben eines Schaltstromkreises bereitgestellt, um Leistung von einer Leistungsversorgung zu einer Leistungsversorgung zu liefern, mit

– einer Diode und
– einem ersten Schalter, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
– Detektieren, ob eine durch die Leistungsversorgung gelieferte Spannung oder ein Strom ein vorher festgelegtes Niveau überschreiten, und
– Steuern des EIN/AUS-Zustands des ersten Schalters, dadurch gekennzeichnet, dass
– die Diode in Reihe zwischen der Leistungsversorgungsleitung und einem Anschluss zum Ankoppeln an eine externe Leistungsversorgung geschaltet ist, und
– der erste Schalter mit der Diode parallel geschaltet ist, wobei der erste Schalter, wenn leitend, einen Spannungsabfall aufweist, der niedriger ist als jener der Diode, wobei das Verfahren des Weiteren den Schritt umfasst,
– den EIN/AUS-Zustand des ersten Schalters zu steuern, um den Schalter dann in einen EIN-Zustand zu versetzen, wenn die durch die externe Leistungsversorgung gelieferte Spannung beziehungsweise der Strom das vorher festgelegte Niveau überschreiten, und wobei die Diode eine Schottky-Diode oder schnelle Freilaufdiode mit einer Anode, die mit dem Anschluss verbunden ist, und einer Kathode umfasst, die mit der Batterie verbunden ist, wenn sich der erste Schalter im AUS-Zustand befindet, wodurch die Diode den Stromrückfluss von der Batterie zu der externen Leistungsversorgung reduziert.

Der Schaltstromkreis kann des Weiteren einen zweiten Schalter, um die Leistungsversorgungsleitung mit einer Batterie zu koppeln, und einen zweiten Schaltregler beinhalten, der das Detektionssignal empfängt, um den EIN/AUS-Zustand des zweiten Schalters so zu regeln, dass der zweite Schalter in einen AUS-Zustand versetzt wird, wenn die durch die externe Leistungsversorgung gelieferte Spannung oder der Strom das jeweils vorher festgelegte Niveau überschreiten.
Das System kann des Weiteren einen Spannungswandler beinhalten, der mit der Systemlast gekoppelt ist, um eine der Systemlast zugeführte Spannung zu steuern.
Das System kann ein Computersystem sein.
Die Systemlast kann einen Speicher, eine Steuereinheit für einen Speicher mit direktem Zugriff und ein Peripheriegerät umfassen.
Das System kann ein tragbares System sein.
Die Aufgaben, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in der folgenden Beschreibung bestimmter Ausführungsformen, die lediglich beispielhaft angegeben sind, unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen ersichtlich, in denen:
1 ein schematisches Diagramm eines elektronischen Systems mit einer allgemeinen Leistungsversorgungseinheit zeigt,
2 ein Blockdiagramm ist, das die Konfiguration eines Computersystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht,
3 eine Ausführungsform eines in 2 veranschaulichten Schaltstromkreises zeigt,
4 eine Ausführungsform eines in 3 dargestellten ersten Schaltreglers zeigt,
5 eine Ausführungsform eines in 2 dargestellten Batterieentladungsschaltkreises zeigt und
6 eine Ausführungsform eines in 5 dargestellten Schaltreglers zeigt.
2 ist ein Blockdiagramm, das ein Computersystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. In 2 ist ein Wechselstromadapter 100, der mit dem Computersystem verbindbar ist, mit einer kommerziell erhältlichen externen Leistungsquelle (nicht gezeigt) verbunden, wie einer Wechselstrom-Netzversorgung. Der Adapter 100 führt eine Gleichrichtung und Glättung einer Wechselspannung von der externen Leistungsquelle durch, um dem Computersystem eine Gleichspannung zuzuführen.
Die Batterie 200 kann durch einen Batterieladeschaltkreis 400 wieder aufgeladen werden, optional schnell geladen werden. Sowohl die Batterie 200 als auch der Batterieladeschaltkreis 400 können in das Computersystem eingebaut werden. Wenn der Wechselstromadapter 100 nicht mit dem Computersystem verbunden ist oder nicht arbeitet und die Batterie 200 angeschlossen ist, wird über einen Schaltstromkreis 300 von der Batterie 200 den jeweiligen Komponenten des Computersystems eine Gleichspannung zugeführt, um das Computersystem zu aktivieren. Als Batterie 200 wird zum Beispiel eine Nickel-Wasserstoff-Batterie verwendet.
Wie in 2 gezeigt, sind in dem Computersystem des Weiteren eine Mikrocomputer-Leistungsversorgungseinheit 500, ein Mikrocomputer 501, ein DC/AC-Wandler 510, eine Flüssigkristallanzeige (LCD) 511, ein DC/DC-Inverter 520 sowie eine Systemlast 521 vorgesehen. Wenngleich in der Figur nicht gezeigt, kann die Systemlast 521 typischerweise ein ROM (Festwertspeicher) zum Speichern eines Steuerprogramms, das dem Computersystem inhärent ist, ein RAM (Speicher mit wahlfreiem Zugriff), eine Steuereinheit für direkten Speicherzugriff (DMAC) zum Durchführen der direkten Speicherzugriffssteuerung, eine programmierbare Interrupt-Steuereinheit (PIC), die durch ein Programm einstellbar ist, ein Erweiterungs-RAM mit einer großen Kapazität, das mit einem speziellen Kartenschlitz verbindbar ist, und ein Backup-RAM zum Speichern von Backup-Daten etc. beinhalten, um eine Wiederaufnahmefunktion zu implementieren.
Der Schaltstromkreis 300 führt den jeweiligen Komponenten des Computersystems eine Gleichspannung von dem Wechselstromadapter 100 oder eine Gleichspannung von der Batterie 200 zu. Speziell führt der Schaltstromkreis 300, wenn der Wechselstromadapter 100 mit dem Computersystem verbunden ist, den jeweiligen Komponenten des Com putersystems die Gleichspannung von dem Wechselstromadapter 100 zu, während er die Zufuhr der Gleichspannung von der Batterie 200 stoppt. Wenn der Wechselstromadapter 100 von dem Computersystem getrennt ist, führt der Schaltstromkreis 300 die Gleichspannung von der Batterie 200 der Mikrocomputer-Leistungsversorgungseinheit 500, dem DC/AC-Inverter 510 und dem DC/DC-Wandler 520 zu.
Schaltstromkreis
3 ist eine Ausführungsform des Schaltstromkreises 300 gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung. Der Schaltstromkreis 300 umfasst einen ersten Eingangsanschluss 101 zur Verbindung mit dem Wechselstromadapter 100, einen zweiten Eingangsanschluss 102 zur Verbindung mit der Batterie 200 sowie einen Ausgangsanschluss 104 oder eine Leistungsversorgungsleitung), der zum Beispiel mit dem DC/DC-Wandler 520 verbunden ist. Der Schaltstromkreis 300 verbindet die Leistungsversorgungsleitung 104 mit dem Wechselstromadapter, wenn der Wechselstromadapter 100 mit dem Eingangsanschluss 101 verbunden ist. Wenn der Wechselstromadapter 100 von dem Eingangsanschluss 101 getrennt ist, verbindet der Schaltstromkreis 300 die Leistungsversorgungsleitung 104 mit der Batterie 200.
Ein Filter 301 ist mit dem Eingangsanschluss 101 gekoppelt und filtert ein Rauschen der Gleichspannung. Eine Schmelzsicherung F1 ist zwischen das Filter 301 und eine Diode D1 eingeschleift, die ihrerseits zwischen die Schmelzsicherung F1 und die Leistungsversorgungsleitung 104 eingeschleift ist. Eine Diode D1 verhindert oder reduziert einen Stromrückfluss von der Batterie 200 zu dem Wechselstromadapter 100. Die Diode D1 besteht vorzugsweise aus einer Schottky-Diode oder einer schnellen Freilaufdiode.
Des Weiteren sind ein Spannungsdetektor 302, ein erster und ein zweiter Schalter 303 und 305 sowie eine erste und eine zweite Schaltsteuereinheit 304 und 306 in dem Schaltstromkreis 300 vorgesehen.
Der Spannungsdetektor 302 in dieser Ausführungsform beinhaltet drei Widerstände R2, R3 und R4 und einen Operationsverstärker oder "OP-Verstärker" U1 (der als Komparator wirkt). Ein Ende des Widerstands R2 ist über das Filter 301 mit dem Eingangsanschluss 101 verbunden, und das andere Ende des Widerstands R2 ist mit dem nicht-invertierenden Eingang des OP-Verstärkers U1 und über den Widerstand R3 mit Masse verbunden. Bei dieser Anordnung wirken die Widerstände R2 und R3 als Spannungsteiler, um so dem nicht-invertierenden Eingang des OP-Verstärkers U1 eine geteilte Spannung V_DIV zuzuführen. Des Weiteren empfängt der invertierende Eingang des OP-Verstärkers U1 über den Widerstand R4 eine Referenzspannung V_REF. Die Referenzspannung V_REF ist eine Spannung, die als Leistungsversorgung des Mikrocomputers 501 verwendet wird.
Wenn die Spannung V_REF am invertierenden Eingang des OP-Verstärkers U1 höher als die nicht-invertierende Eingangsspannung V_DIV desselben ist (wie wenn der Wechselstromadapter nicht angeschlossen ist und die Batterie 200 die Versorgungsleistung liefert), gibt der OP-Verstärker U1 ein Signal DET mit einem niedrigen logischen Pegel als Detektionsresultat ab. Wenn die Spannung V_REF am invertierenden Eingang des OP-Verstärkers U1 niedriger als die Spannung V_DIV des nicht-invertierenden Eingangs desselben ist, gibt der OP-Verstärker U1 das Signal DET mit einem hohen logischen Pegel ab. Ein derartiges Signal mit hohem Pegel zeigt an, dass der Wechselstromadapter 100 Leistung zuführt.
Der Schalter 303 in dieser Ausführungsform wird durch einen p-Kanal-MOSFET-Leistungstransistor QF1 mit einem Spannungsabfall von etwa 0,014 V und einem Widerstand R1 bereitgestellt. Die Drain-Elektrode des FET-Schalters QF1 ist über die Schmelzsicherung F1 und das Filter 301 mit dem Eingangsanschluss 101 verbunden. Die Gate-Elektrode des FET-Schalters QF1 ist mit der entsprechenden Schaltersteuereinheit 304 gekoppelt, und die Source-Elektrode des FET-Schalters QF1 ist mit der Leistungsversorgungsleitung 104 gekoppelt. Der Widerstand R1 ist zwischen die Source- und die Gate-Elektrode des FET-Schalters QF1 eingeschleift. Die Drain-Elektrode des Transistors QF1 ist mit einer Anode der Diode D1 gekoppelt, und die Source-Elektrode des Transistors QF1 ist mit einer Kathode der Diode D1 verbunden. Die Source-Elektrode und der Körper des Transistors QF1 sind miteinander verbunden. 3 stellt die in FET-Transistoren inhärente Drain/Source-Diode parallel zu dem Kanal dar.
Wenn der MOSFET-Transistor QF1 nicht vorgespannt ist (ausgeschaltet ist), wird ein Strom von dem Wechselstromadapter 100 über die Diode D1 mit einem Spannungsabfall in Vorwärtsrichtung von etwa 0,5 V zu der Leistungsversorgungsleitung 104, das heißt dem Computersystem, transferiert. Wenn der Transistor QF1 vorgespannt ist (eingeschaltet ist), fließt nahezu der gesamte Strom von dem Wechselstromadapter 100 über den FET-Transistor QF1 und nicht über die Diode D1 zu der Leistungsversorgungsleitung 104.
Bezugnehmend auf 3, empfängt die erste Schaltsteuereinheit 304 das Ausgangssignal DET von dem Spannungsdetektor 302 und steuert den EIN/AUS-Zustand des FET-Transistors QF1 in dem Schalter 303, um so den Transistor QF1 in einen EIN-Zustand zu bringen, wenn die Spannung des Wechselstromadapters 100 höher als die Referenzspannung V_REF ist (d. h. wenn DET auf hohem Pegel liegt). Die Schaltersteu ereinheit 304 steuert die Aktivierung und Deaktivierung des Schaltstromkreises 303 in Reaktion auf das Signal DET von dem Spannungsdetektor 302. Die Steuereinheit 304 besteht aus fünf Widerständen R5 bis R9, einem N-Kanal-FET-Transistor QF2 und einem npn-Transistor Q1 sowie einem pnp-Transistor Q2.
Ein Ende des Widerstands R5 ist mit dem Ausgang DET des Spannungsdetektors 302 verbunden, und das andere Ende des Widerstands R5 ist mit einer Basis des Transistors Q1 gekoppelt, dessen Emitter auf Masse liegt. Der Kollektor des Transistors Q1 ist über einen Widerstand R6 mit der Basis des Transistors Q2 verbunden, dessen Emitter über das Filter 301 mit dem Eingangsanschluss 101 verbunden ist. Der Widerstand R7 ist zwischen den Emitter und die Gate-Elektrode des Transistors Q2 eingeschleift. Die Gate-Elektrode des FET-Transistors QF2 ist über einen Widerstand R8 mit dem Kollektor des Transistors Q2 verbunden, und seine Drain-Elektrode ist mit der Gate-Elektrode des FET-Transistors QF1 gekoppelt. Sein Source-Elektrodenanschluss und sein Körperanschluss liegen auf Masse. Des Weiteren ist die Gate-Elektrode des Transistors QF2 über einen Widerstand R9 mit Masse verbunden.
Wenn das Signal DET von dem Spannungsdetektor 302 auf niedrigem logischem Pegel liegt, das heißt die invertierende Eingangsspannung U_REF des OP-Verstärkers U1 höher als die nicht-invertierende Eingangsspannung V_DIV ist (was anzeigt, dass der Wechselstromadapter 100 keine Leistung bereitstellt), sind die Transistoren Q1 und Q2 ausgeschaltet. Der Transistor QF2 ist ebenfalls ausgeschaltet, so dass keine Vorspannung zwischen der Gate- und der Source-Elektrode des FET-Transistors QF1 angelegt ist. Demgemäß ist der FET-Transistor QF1 ausgeschaltet.
Wenn andererseits das Signal DET auf einem hohen logischen Pegel liegt, das heißt die invertierende Eingangsspannung V_REF des OP- Verstärkers U1 kleiner als die nicht-invertierende Eingangsspannung V_DIV ist (was anzeigt, dass der Wechselstromadapter 100 Leistung bereitstellt), sind die Transistoren Q1 und Q2 eingeschaltet. Der FET-Transistor QF2 ist eingeschaltet, und eine Vorspannung ist zwischen der Gate- und der Source-Elektrode des FET-Transistors QF1 angelegt, was durch einen Strom verursacht wird, der von der Leitung 104 durch den Widerstand R1 und über den Transistor QF2 und den Widerstand R9 nach Masse fließt. Der FET-Transistor QF1 ist eingeschaltet.
Ein zweiter Schalter 305 ist zwischen die Leistungsversorgungsleitung 104 und den Eingangsanschluss 102 eingeschleift. Der Schalter 305 besteht aus einem Widerstand R10 und einem p-Kanal-FET-Leistungstransistor QF3. Die Source-Elektrode des FET-Transistors QF3 ist mit der Leistungsversorgungsleitung 104 verbunden, und die Drain-Elektrode ist mit dem Anschluss 102 verbunden. Die Gate-Elektrode des FET-Transistors QF3 ist mit der zweiten Schaltsteuereinheit 306 verbunden. Die Gate- und die Source-Elektrode des Transistors QF3 sind ebenfalls über den Widerstand R10 miteinander verbunden. Die Source-Elektrode und der Körper des Transistors QF3 sind miteinander verbunden. 3 stellt die in FET-Transistoren inhärente Drain/Source-Diode parallel zu dem Kanal dar.
Die zweite Schaltsteuereinheit 306 empfängt das Ausgangssignal DET von dem Spannungsdetektor 302 und steuert den EIN/AUS-Zustand des FET-Transistors QF3 in dem zweiten Schalter 304. Der FET-Transistor QF3 ist durch ein Signal DET auf hohem Pegel ausgeschaltet, wenn die Spannung V_DIV, welche die Spannung des Wechselstromadapters 100 repräsentiert, höher als die Referenzspannung V_REF ist. Die Steuereinheit 306 besteht aus zwei Widerständen R11 und R12 sowie aus zwei npn-Transistoren Q3 und Q4. Die Basis des Transistors Q3 ist durch den Widerstand R11 mit dem DET-Ausgang des Spannungsdetektors 302 verbunden. Der Emitter des Transistors Q3 liegt auf Masse, und der Kollektor ist mit der Basis des Transistors Q4 verbunden. Der Emitter des Transistors Q4 liegt auf Masse, und der Kollektor ist mit der Gate-Elektrode des FET-Transistors QF3 gekoppelt. Des Weiteren sind der Kollektor des Transistors Q3 und die Basis des Transistors Q4 über den Widerstand 12 mit der Source-Elektrode des FET-Transistors QF3 und der Leistungsversorgungsleitung 104 gekoppelt.
Wenn das Ausgangssignal DET von dem Spannungsdetektor 302 auf einem hohen logischen Pegel liegt (was anzeigt, dass der Wechselstromadapter 100 Leistung zuführt), ist eine Vorspannung zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors Q3 angelegt, und die Basis des Transistors Q4 liegt über den Transistor Q3 leitend auf Masse. Der Transistor Q3 ist ausgeschaltet. Es liegt keine Vorspannung zwischen der Gate- und der Source-Elektrode des FET-Transistors QF3 an, und der FET-Transistor QF3 ist ausgeschaltet. Der Wechselstromadapter 100 führt über die Diode D1 und/oder den FET-Transistor QF1 Leistung zu.
Wenn das Signal DET andererseits auf einem niedrigen logischen Pegel liegt (was anzeigt, dass der Wechselstromadapter keine Leistung zuführt), ist der Transistor Q3 ausgeschaltet. Da der Transistor Q4 mittels der Batterie 200 über die Diode des FET-Transistors QF3 und den Widerstand R12 vorgespannt ist, ist er eingeschaltet. Eine Vorspannung ist zwischen der Gate- und der Source-Elektrode des FET-Transistors QF3 angelegt, und er ist eingeschaltet. Ein Strom fließt über den eingeschalteten FET-Transistor QF3 von der Batterie 200 zu der Leistungsversorgungsleitung 104.
Die Betriebsweise eines Schalterstromkreises 300 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ausführlicher beschrieben.
Wenn der Wechselstromadapter 100 von dem Anschluss 101 entkoppelt ist (d. h. er keine Leistung zuführt), wird die nicht-invertierende Eingangsspannung V_DIV des OP-Verstärkers U1 in dem Spannungsdetektor 302 niedriger als die invertierende Eingangsspannung V_REF des OP-Verstärkers U1 gehalten, so dass das Ausgangssignal DET des OP-Verstärkers U1 auf niedrigen logischen Pegel wechselt. Dies veranlasst die zweite Schaltsteuereinheit 306 dazu, den zweiten Schalter 305 zu aktivieren. Da das Signal DET auf niedrigem logischem Pegel liegt, ist insbesondere der Transistor Q3 ausgeschaltet, und der Transistor Q4 ist eingeschaltet, wie vorstehend beschrieben. Eine Vorspannung ist zwischen die Gate- und die Source-Elektrode angelegt, und der FET-Transistor QF3 ist eingeschaltet. Demgemäß ist die Leistungsversorgungsleitung 104 mit der Batterie 200 verbunden.
Gleichzeitig veranlasst die erste Schaltsteuereinheit 304 den ersten Schalter 303 dazu, ausgeschaltet zu werden. Insbesondere liegt, wenn die invertierende Eingangsspannung V_REF des OP-Verstärkers U1 höher als die nicht-invertierende Eingangsspannung V_DIV ist, das Signal DET auf niedrigem Pegel, und die Transistoren Q1, Q2 und QF3 sind ausgeschaltet. Es ist keine Vorspannung zwischen der Gate- und der Source-Elektrode des FET-Transistors QF1 angelegt, der dann ausgeschaltet ist. Ein Stromfluss von der Batterie 200 zu dem Wechselstromadapter 100 wird durch die Diode D1 verhindert oder wenigstens reduziert, so dass ein Stromrückfluss von der Batterie 200 zu dem Wechselstromadapter 100 nicht auftritt.
Wenn andererseits der Wechselstromadapter 100 mit dem Anschluss 101 verbunden ist und diesem Leistung zuführt, wird ein Strom von dem Wechselstromadapter 100 anfänglich über die Diode D1 zu der Leistungsversorgungsleitung 104 transferiert. Die nicht-invertierende Ein gangsspannung V_DIV des OP-Verstärkers U1 in dem Spannungsdetektor 302 wird höher als die invertierende Eingangsspannung V_REF des OP-Verstärkers U1, und der OP-Verstärker U1 gibt das Signal DET mit einem hohen logischen Pegel ab. Dies bewirkt, dass der Transistor Q3 der zweiten Schaltersteuereinheit 306 eingeschaltet und der Transistor Q4 ausgeschaltet wird. Es ist keine Vorspannung zwischen der Gate- und der Source-Elektrode des FET-Transistors QF3 angelegt, der ausgeschaltet ist. Demgemäß führt die Batterie 200 der Leistungsversorgungsleitung 104 einen Strom zu.
Bei Empfang des Signals DET mit hohem logischem Pegel von dem Spannungsdetektor 302 werden die Transistoren Q1, Q2 und QF2 der ersten Schaltersteuereinheit 304 eingeschaltet, wie vorstehend beschrieben. Es ist eine Vorspannung zwischen der Gate- und der Source-Elektrode des FET-Transistors QF1 angelegt, der dann eingeschaltet wird. Dies bewirkt, dass nahezu der gesamte Strom von dem Wechselstromadapter 100 über den ersten Schalter 303 und nicht über die Diode D1 zu der Leistungsversorgungsleitung 104 fließt. Dies liegt daran, dass die Diode D1 einen Spannungsabfall in Vorwärtsrichtung von etwa 0,5 V aufweist und der FET-Transistor QF1 einen Spannungsabfall von nur etwa 0,014 V aufweist.
Wenn gemäß dem Schaltstromkreis 300 dieser Ausführungsform zuerst ein Strom von dem Wechselstromadapter 100 zugeführt wird, fließt er durch die Diode D1. Dann fließt ein Strom durch den FET-Transistor QF1 des Schalters 303 statt durch die Diode D1. Daher können Leistungsdissipation und -verlust durch die Diode D1 reduziert werden, so dass praktisch keine Wärme von der Diode D1 erzeugt wird, während der Wechselstromadapter 100 Leistung zuführt. Dies wird nachstehend weiter beschrieben.
Bezugnehmend auf 4 ist eine weitere Ausführungsform einer ersten Schaltsteuereinheit dargestellt. Eine erste Schaltsteuereinheit 304' umfasst vier Widerstände R13 bis R16, einen OP-Verstärker U2 und einen n-Kanal-MOSFET-Transistor QF4, der wie in 4 dargestellt verschaltet ist. Wenn eine invertierende Eingangsspannung V_REF (wie eine Spannung, die als Leistung für den Mikrocomputer 501 verwendet wird) des OP-Verstärkers U2 höher als eine nicht-invertierende Eingangsspannung DET desselben wird (des Ausgangs des Spannungsdetektors 302), wechselt ein Ausgangssignal des OP-Verstärkers U2 auf niedrigen Pegel, und der FET-Transistor QF4 wird ausgeschaltet, was den ersten Schalter 303 dazu veranlasst, deaktiviert zu werden. Wenn die invertierende Eingangsspannung V_REF niedriger als die nicht-invertierende Eingangsspannung DET wird, wechselt das Ausgangssignal des OP-Verstärkers U2 auf hohen Pegel, und der FET-Transistor QF4 wird eingeschaltet, was den ersten Schalter 303 einschaltet.
Der Schaltstromkreis 300 mit der Schaltsteuereinheit 304' von 4 führt den gleichen Schaltvorgang wie jenen mit der Schaltsteuereinheit 304 von 3 durch. Auf eine weitere Beschreibung des Schaltstromkreises 300 mit der Steuereinheit 304' von 4 wird verzichtet.
Batterieladestromkreis
5 zeigt eine Ausführungsform eines Batterieladestromkreises gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung. Der Batterieladestromkreis 400 beinhaltet einen Eingangsanschluss 106, der mit dem Wechselstromadapter 100 zu verbinden ist, und einen Ausgangsanschluss 108, der mit der Batterie 200 zu verbinden ist. Der Batterieladestromschaltkreis 400 beinhaltet eine Diode D20, eine Ladestromsteuereinheit 410, einen Stromdetektor 420, einen Schalter 430 und eine Schaltsteu ereinheit 440. Der Batterieladestromkreis 400 beginnt das Laden der Batterie 200 mit einem Ladestrom von dem Wechselstromadapter 100.
Die Diode D20 ist enthalten, um einen Rückstrom von der Batterie 200 zu dem Wechselstromadapter 100 zu verhindern, und weist eine Vorwärtsspannung von etwa 0,5 V auf. Die Diode D20 kann zum Beispiel entweder aus einer Schottky-Diode oder einer schnellen Freilaufdiode bestehen. Die Ladestromsteuereinheit 410 ist mit dem Eingangsanschluss 106 verbunden und empfängt Strom von dem Wechselstromadapter 100, um der Batterie 200 den Ladestrom zuzuführen.
Der Stromdetektor 420 detektiert, ob ein Ladestrom von der Ladestromsteuereinheit 410 bereitgestellt wird, und erzeugt ein Signal IDET als Detektionsergebnis. Das Signal IDET wird derart verwendet, dass die Ladestromsteuereinheit 410 die Menge des Ladestroms gemäß dem Spannungspegel des Signals IDET steuert. Der Stromdetektor 420 beinhaltet einen Stromdetektionswiderstand R17 und einen Operationsverstärker oder "OP-Verstärker" U3. Der Stromdetektionswiderstand R17 ist seriell mit der Ladestromsteuereinheit 410 verbunden, so dass er aus dem Ausgangsstrom von der Einheit 410 einen Spannungswert ableitet, der proportional zu jenem Strom ist.
Ein Ende des Stromdetektionswiderstands R17 ist über einen Widerstand R18 mit dem nicht-invertierenden Eingang des OP-Verstärkers U3 verbunden. Das andere Ende des Stromdetektionswiderstands R17 ist über einen Widerstand R20 mit dem invertierenden Eingang des OP-Verstärkers U3 verbunden. Des Weiteren ist der nicht-invertierende Eingang über einen Widerstand R19 mit Masse verbunden, und der Ausgang des OP-Verstärkers U3 wird durch einen Widerstand R21 mit dem invertierenden Eingang rückgekoppelt. Mit dieser Anordnung verstärkt der OP-Verstärker U3 die Spannung über den Stromdetektionswiderstand R17 hinweg.
Der Schalter 430 beinhaltet einen p-Kanal-FET-Leistungstransistor QF5 mit einem Spannungsabfall im Ein-Zustand von etwa 0,014 V und einen Widerstand R22. Die Drain-Elektrode des FET-Transistors QF5 ist über den Stromdetektionswiderstand R17 mit der Ladestromsteuereinheit 410 verbunden, und die Source-Elektrode des FET-Transistors QF5 ist mit dem Ausgangsanschluss 108 verbunden. Die Gate-Elektrode des FET-Transistors QF5 ist mit der Schaltsteuereinheit 440 verbunden. Des Weiteren sind die Gate- und die Source-Elektrode des Transistors QF5 über den Widerstand R22 miteinander verbunden.
Die Source-Elektrode und der Körper des FET-Transistors QF5 sind miteinander verbunden. 5 zeigt die in einem FET-Transistor inhärente Drain/Source-Diode parallel zu dem Kanal.
Zwei Widerstände R23 und R24, ein Kondensator C1 und ein n-Kanal-FET-Transistor QF6 bilden die Schaltsteuereinheit 440. Ein erstes Ende des Widerstands R23 ist mit dem Ausgangssignal IDET von dem Stromdetektor 420 gekoppelt, und das zweite Ende des Widerstands R23 ist mit der Gate-Elektrode des FET-Transistors QF6 verbunden. Die Source-Elektrode des FET-Transistors QF6 liegt auf Masse, und seine Drain-Elektrode ist mit der Gate-Elektrode des FET-Transistors QF5 verbunden. Die Source-Elektrode und der Körper des FET-Transistors QF6 sind miteinander verbunden. Des Weiteren ist das zweite Ende des Widerstands R23 über den Kondensator C1 und den Widerstand R24, die parallel zueinander verschaltet sind, auch mit Masse verbunden.
Die Betriebsweise des Batterieladestromkreises 400 wird nachstehend ausführlicher beschrieben.
Wenn der Wechselstromadapter 100 und die Batterie 200 mit dem Computersystem verbunden sind, wird der Ladestatus der Batterie 200 überprüft, wie mittels eines exklusiven Mikrocomputers für die Batterie. In dem Fall, in dem die Batterie 200 geladen werden muss, beginnt ein Ladevorgang der Batterie 200.
Laden der Batterie
Nach Beginn des Batterieladevorgangs wird der Batterie 200 als erstes ein Ladestrom von dem Wechselstromadapter 100 über den Eingangsanschluss 106, die Ladestromsteuereinheit 410, den Stromdetektionswiderstand R17 und die Diode D20 zugeführt. Zu diesem Zeitpunkt detektiert der Stromdetektor 420, ob der Ladestrom von der Ladestromsteuereinheit 410 bereitgestellt wird. Dann gibt der Stromdetektor 420 ein Ausgangssignal IDET auf hohem logischem Pegel als Detektionsergebnis ab, so dass der FET-Transistor QF6 der Steuereinheit 440 eingeschaltet wird. Dies bewirkt, dass eine Vorspannung zwischen die Gate- und die Source-Elektrode des FET-Transistors QF5 angelegt wird, der dann eingeschaltet wird. Demgemäß wird der Batterie 200 nahezu der gesamte Strom von der Einheit 410 über den FET-Transistor QF5 des Schalters 430 statt über die Diode D20 zugeführt.
Wenn ein Strom von dem Wechselstromadapter 100 zugeführt wird, fließt er zuerst durch die Diode D20. Dann fließt der Strom durch den FET-Transistor QF5 des Schalters 430 statt durch die Diode D20. Daher kann Leistungsdissipation und -verlust durch die Diode D20 reduziert werden, und es wird keine Wärme durch die Diode D20 erzeugt. Dies wird nachstehend weiter beschrieben.
Bezugnehmend auf 6 ist eine weitere Ausführungsform der Schaltsteuereinheit des Batterieladestromkreises dargestellt. Die Schaltsteuereinheit 440' beinhaltet vier Widerstände R25 bis R28, einen OP-Verstärker U4 und einen n-Kanal-MOSFET-Transistor QF7, der wie in 6 dargestellt verschaltet ist. Wenn eine invertierende Eingangsspannung V_REF (wie eine Spannung, die als Leistung für den Mikrocomputer 501 verwendet wird) des OP-Verstärkers U4 höher als eine nicht-invertierende Eingangsspannung IDET desselben ist, liegt ein Ausgangssignal des OP-Verstärkers U4 auf einem niedrigen logischen Pegel, und der FET-Transistor QF7 wird ausgeschaltet, was den Schalter 430 dazu veranlasst, ausgeschaltet zu werden. Wenn die invertierende Eingangsspannung V_REF niedriger als die nicht-invertierende Eingangsspannung IDET ist, liegt das Ausgangssignal des OP-Verstärkers U4 auf einem hohen logischen Pegel, und der FET-Transistor QF7 wird eingeschaltet, was den Schalter 430 einschaltet.
Es ist ersichtlich, dass der Batterieladestromkreis 400 mit der Schaltsteuereinheit 440' von 6 den gleichen Schaltvorgang wie jener mit der Schaltsteuereinheit 430 von 5 durchführt. Auf die Beschreibung des Batterieladestromkreises 400 mit der Steuereinheit 440' von 6 wird daher verzichtet.
Effekt
Man nehme an, dass eine Gleichspannung von etwa 19 V und ein Strom von etwa 2,1 A von dem Wechselstromadapter 100 zugeführt werden und dass die Ausgangswattleistung des Adapters 100 etwa 39,9 W beträgt. Wie vorstehend dargelegt, weisen die Dioden D1 und D20 des Schaltstromkreises 300 und des Batterieladestromkreises 400 einen Vorwärtsspannungsabfall von jeweils etwa 0,5 V auf. Die FET-Transistoren QF1 und QF5 des Schalters und die Batterieladestromkrei se 300 und 400 mögen einen Spannungsabfall von etwa 0,014 V im Ein-Zustand aufweisen.
Unter diesen Bedingungen beträgt die Leistungsdissipation P_D1 der Diode D1 bei einer Stromführung von 2,1 A etwa 1,05 W (0,5 V × 2,1 A), und eine Leistungsverlustrate η_D1 beträgt etwa 2,63% ((1,05 W/39,9 W) × 100). Andererseits beträgt eine Leistungsdissipation P_QF1 durch den FET-Transistor QF1 bei einer Stromführung von 2,1 A etwa 0,0294 W (0,014 V × 2,1 A), und eine Leistungsverlustrate η_QF1 beträgt etwa 0,07% ((0,0294 W/39,9 W) × 100). Durch Verwenden des Schaltstromkreises 300 gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Leistungsdissipation um etwa 1,0206 W (1,05W – 0,0294 W) reduziert, und die Leistungseffizienz wird um etwa 2,56% ((1,0206 W/39,9 W) × 100) verbessert.
Wie auf dem Fachgebiet allgemein bekannt ist, kann die Batterie 200 in einem von zwei prinzipiellen Modi geladen werden; und zwar in einem Lauf- und Lademodus, in welchem die Batterie 200 ungeachtet des Laufens des Computersystems geladen wird, und einem Lauf- oder Lademodus, bei dem die Batterie 200 in Abhängigkeit von dem Laufen des Computersystems geladen wird. Man nehme an, dass ein Strom von etwa 1 A von dem Wechselstromadapter 100 im Fall des ersteren (dem Lauf- und Lademodus) zugeführt wird und dass ein Strom von etwa 2,1 A von dem Wechselstromadapter 100 im Fall des letzteren (dem Lauf- oder Lade-)Modus zugeführt wird.
Unter diesen Bedingungen werden die Leistungsdissipation P und die Leistungsverlustrate n durch die Diode D20 und den FET-Transistor QF5, wenn sie jeweils nach Bedarf den Strom von 1 A oder 2,1 A führen, in dem Batterieladeschaltkreis 400 wie folgt berechnet:

1) im Lauf- und Lademodus: PD20 = V × I = 0,5 V × 1 A = 0,5 W ηD20 = (0,5 W/39,9 W) × 100 = 1,25% PQFS = 0,014 V × 1 A = 0,014 W ηQFS = (0,014 W/39,9 W) × 100 = 0,04%
2) im Lauf- oder Lademodus: PD20 = V × I = 0,5 V × 2,1 A = 1,05 W ηD20 = (1,05 W/39,9 W) × 100 = 3,63% PQFS = 0,014 V × 2,1 A = 0,0294 W ηQFS = (0,0294 W/39,9 W) × 100 = 0,07%

Durch Verwenden des Batterieladeschaltkreises 400 in dem Lauf- und Lademodus wird die Leistungsdissipation um etwa 0,486 W (0,5 W – 0,014 W) reduziert, und die Leistungseffizienz wird um etwa 1,22% ((0,486 W/39,9 W) × 100) verbessert. Im Fall des Lauf- oder Lademodus wird die Leistungsdissipation um etwa 1,0206 W (1,05 W – 0,0294 W) reduziert, und die Leistungseffizienz wird um etwa 2,55% ((1,0206 W/39,9 W) × 100) verbessert.
Im Fall des Lauf- und Lademodus beträgt die gesamte Leistungsdissipation P_t1 durch die Dioden D1 und D20 etwa 1,55 W (1,05 W (P_D1) + 0,5 W (P_D20)), und die gesamte Leistungsverlustrate η_t1 durch die Dioden D1 und D20 beträgt etwa 3,88% ((1,55 W/39,9 W) × 100). Die gesamte Leistungsdissipation P_t1 durch die FET-Transistoren QF1 und QF5 beträgt etwa 0,0434 W (0,0294 W(P_QF1) + 0,014 W(P_QFS)), und die gesamte Leistungsverlustrate η_t2 der FET-Transistoren QF1 und QF5 beträgt etwa 0,1% ((0,434 W/39,9 W) × 100). Daher wird die gesamte Leistungsdissipation um 1,5 W reduziert. Dies ermöglicht, dass die Wattleistung des Wechselstromadapters 100 von 39,9 W auf 38,4 W reduziert wird, was die Verwendung eines kleineren, weniger kostenintensiven Adapters möglich macht und das Maß an verbrauchter Leistung reduziert.
Im Fall des Lauf- oder Lademodus beträgt die gesamte Leistungsdissipation P_t3 durch die Dioden D1 und D20 etwa 2,1 W (1,05 W(P_D1) + 1,05 W(P_D20)), und die gesamte Leistungsverlustrate η_t3 der Dioden D1 und D20 beträgt etwa 5,26% ((2,1 W/39,9 W) × 100).
Die gesamte Leistungsdissipation P_t4 durch die FET-Transistoren QF1 und QF5 beträgt etwa 0,0588 W (0,0294 W(P_QF1) + 0,0294 W(P_QF5)), und die gesamte Leistungsverlustrate η_t4 der FET-Transistoren QF1 und QF5 beträgt etwa 0,15% ((0,0588 W/39,9 W) × 100). Daher ist die gesamte Leistungsdissipation um 2,04 W reduziert. Dies ermöglicht, dass die Wattleistung des Wechselstromadapters 100 von 39,9 W auf 37,86 W reduziert wird, was die Verwendung eines kleineren, weniger kostenintensiven Adapters möglich macht und das Maß an verbrauchter Leistung reduziert.
Des Weiteren wird auch die innerhalb des Computersystems erzeugte Wärme reduziert. Temperaturwerte von jeder Komponente, die gemäß den vorstehend beschriebenen Bedingungen gemessen wurden, das heißt 39,9 W, 1 A (Lauf- und Lademodus) und 2,1 A (Lauf- oder Lademodus), wenn der Betrieb bei Raumtemperatur von 26°C erfolgt, sind in den folgenden Tabellen gezeigt.
Tabelle 1
Tabelle 2
(Raumtemperatur ist von jeder Bauelementtemperatur in Tabelle 2 abgezogen)
Wie aus Tabelle 2 ersichtlich, ist die Temperatursumme um etwa 174,3°C (176°C – 1,7°C) während des Lauf- und Lademodus reduziert, die Temperatursumme während des Lauf- oder Lademodus ist um etwa 227,2°C (236°C – 8,8°C) reduziert.
Wenngleich die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf eine bestimmte Anzahl spezieller Ausführungsformen beschrieben wurde, können zahlreiche Variationen und Modifikationen an den Stromkreisen der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden. Es können zum Beispiel die verschiedenen Schalter als FET-Transistoren (wie MOSFET- oder JFET-Transistoren), bipolare Transistoren, mechanische Schalter, wie Relais, oder als andere Leitfähigkeitssteuerbauelemente ausgeführt werden.
Die externe Leistungsversorgung kann ein Wechselstromadapter sein, der mit einer Wechselstrom-Netzversorgung, wie beschrieben, oder irgendeiner anderen geeigneten Leistungsquelle verbunden ist, wie einem Generator oder einer Gleichstromversorgung, wie einer externen Batterie von 12 V.
Des Weiteren kann die Erfindung auf Systeme mit zwei alternativen Leistungsquellen angewendet werden, von denen eine oder beide eine externe Leistungsquelle oder eine Batterie sein können. Die Erfindung kann auf Systeme mit mehr als zwei alternativen Leistungsquellen angewendet werden, wobei ein Schaltstromkreis für wenigstens alle außer einer der Leistungsquellen bereitgestellt wird, wobei ein geeigneter Steuerschaltungsaufbau bereitgestellt wird.

Claims

Ein Schaltstromkreis für den Einsatz mit einer Batterie (200) und einem externen Netzanschluss, wobei der besagte Schaltstromkreis folgendes umfasst: eine Netzanschlussleitung (104); eine Diode (D1); einen ersten Schalter (303); einen Spannungsprüfer (302), der prüft, ob eine durch einen externen Netzanschluss gelieferte Spannung ein vorher festgelegtes Niveau überschreitet und dementsprechend ein Prüfsignal (DET) erzeugt; und einen Schaltregler (304), der das Prüfsignal empfängt, um den EIN/AUS-Zustand des ersten Schalters (303) zu regeln; dadurch gekennzeichnet, dass die Diode (D1) zwischen der Netzanschlussleitung und einem Anschluss (101) hintereinander geschaltet ist, um mit einem externen Netzanschluss geschaltet zu werden; der erste Schalter (303) ist mit der Diode parallel geschaltet, wobei der erste Schalter (303) wenn leitend einen Spannungsabfall verzeichnet, der niedriger ist als der der Diode (D1); der Schaltregler regelt (304) den EIN/AUS-Zustand des besagten ersten Schalters (303), um den besagten Schalter dann in den EIN-Zustand zu versetzen, wenn die durch den externen Netzanschluss gelieferte Spannung das vorher festgelegte Niveau überschreitet; und wobei die besagte Diode (D1) eine Schottky-Diode oder schnelle Diode umfasst, die über eine Anode an den besagten Anschluss (101) angeschlossen ist und eine Kathode, die, wenn sich der besagte erste Schalter (303) im AUS-Zustand befindet, an die besagte Batterie angeschlossen ist; wobei die besagte Diode den Stromrückfluss von besagter Batterie (200) zu besagtem externen Netzanschluss reduziert.
Schaltstromkreis für den Einsatz mit einer Batterie (200) und einem externen Netzanschluss, wobei der besagte Schaltstromkreis folgendes umfasst: eine Netzanschlussleitung (108); eine Diode (D20); einen ersten Schalter (430); und einen Schaltregler (440), der ein Prüfsignal empfängt, um den EIN/AUS-Zustand des besagten Schalters (430) zu regeln, dadurch gekennzeichnet, dass die besagte Diode (D20) zwischen der Netzanschlussleitung und einem Anschluss (106) hintereinander geschaltet ist, um mit einem externen Netzanschluss geschaltet zu werden; der besagte erste Schalter (430) ist mit der besagten Diode (D20) parallel geschaltet, wobei der Schalter wenn leitend einen Spannungsabfall verzeichnet, der niedriger ist als der der Diode; wobei der Schalter außerdem einen Stromprüfer (420) umfasst, um zu prüfen, ob eine Stromzuführung durch einen externen Netzanschluss ein vorher festgelegtes Niveau überschreitet und dementsprechend ein Prüfsignal erzeugt, um den besagten Schalter (430) dann in den EIN-Zustand zu versetzen, wenn der durch den externen Netzanschluss gelieferte Strom das vorher festgelegte Niveau überschreitet; und wobei die besagte Diode (D20) eine Schottky-Diode oder schnelle Diode umfasst, mit einer Anode, die an den besagten Anschluss (106) angeschlossen ist und einer Kathode, die, wenn sich der besagte erste Schalter (430) im AUS-Zustand befindet, an die besagte Batterie (200) angeschlossen ist; wobei die besagte Diode (D20) den Stromrückfluss von besagter Batterie (200) zu besagtem externen Netzanschluss reduziert.
Der Schaltstromkreis gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, außerdem folgendes umfassend: einen zweiten Schalter (305), der die Netzanschlussleitung mit der Batterie schaltet; und einen zweiten Schaltregler (306), der das Prüfsignal empfängt, um den EIN/AUS-Zustand des zweiten Schalters so zu regeln, dass der zweite Schalter immer dann in einen AUS-Zustand versetzt wird, wenn die oder der durch den externen Netzanschluss gelieferte Spannung oder Strom das jeweils vorher festgelegte Niveau überschreitet.
Ein System, folgendes umfassend: einen Schaltstromkreis gemäß einem der Ansprüche 1–3; eine Systemlast (521); eine Batterie (200); und einen externen Netzanschluss, wobei Energie über die Netzanschlussleitung an die Systemlast geliefert werden kann, was gemäß einem Status des Schaltstromkreises entweder von der Batterie oder dem externen Netzanschluss aus geschehen kann.
Ein System gemäß Anspruch 4, das außerdem einen Spannungswandler umfasst, der mit der Systemlast geschaltet ist, um eine an die Systemlast gelieferte Spannung zu regeln.
Ein System gemäß Anspruch 4 oder Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Computer-System ist, wobei die Systemlast einen Speicher, eine direkte Speicherzugriffssteuerung und ein Peripheriegerät umfasst.
Ein System gemäß Anspruch 4, Anspruch 5 oder Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass es ein tragbares System ist.
Ein Batterieladekreis, folgendes umfassend: einen ersten Anschluss (106), um mit einem externen Netzanschluss geschaltet zu werden; einen zweiten Anschluss (108), um mit einer Batterie (200) geschaltet zu werden; und einen Schaltstromkreis gemäß Anspruch 1, Anspruch 2 oder Anspruch 3, wobei die Diode und die Netzanschlussleitung zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss hintereinander geschaltet sind.
Ein Verfahren zum Betrieb eines Schaltstromkreises, um Energie von einem Netzanschluss (100) an einen Netzanschluss zu liefern eine Diode (D1); und einen ersten Schalter (303) wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: zu prüfen, ob eine Spannung oder ein Strom, die von einem Netzanschluss geliefert werden, ein vorher festgelegtes Niveau überschreiten; und den EIN/AUS-Zustand des ersten Schalters zu regeln; dadurch gekennzeichnet, dass die besagte Diode (D1) zwischen der Netzanschlussleitung und einem Anschluss (101) hintereinander geschaltet ist, um mit einem Netzanschluss geschaltet zu werden und der Schalter (303) mit der besagten Diode (D1) parallel geschaltet ist, wobei der Schalter wenn leitend einen Spannungsabfall verzeichnet, der niedriger ist als der der besagten Diode (D1), wobei das Verfahren außerdem den Schritt der Regelung des EIN/AUS-Zustands des besagten ersten Schalters (303) umfasst, um den Schalter immer dann in einen EIN-Zustand zu versetzen, wenn jeweils die Spannung oder der Strom, die von einem externen Netzanschluss geliefert werden, das vorher festgelegte Niveau überschreiten; und wobei die besagte Diode (D1) eine Schottky-Diode oder schnelle Diode umfasst, mit einer Anode, die an den besagten Anschluss (101) angeschlossen ist und einer Kathode, die, wenn sich der besagte erste Schalter (303) in einem AUS-Zustand befindet, an die besagte Batterie (200) angeschlossen ist; wobei die besagte Diode (D1) den Stromrückfluss von besagter Batterie (200) zu besagtem externen Netzanschluss reduziert.