EP1327291A1 - Elektrokleingerät mit einem akkumulator und einem verbraucher - Google Patents

Elektrokleingerät mit einem akkumulator und einem verbraucher

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Publication number
EP1327291A1
EP1327291A1 EP01988965A EP01988965A EP1327291A1 EP 1327291 A1 EP1327291 A1 EP 1327291A1 EP 01988965 A EP01988965 A EP 01988965A EP 01988965 A EP01988965 A EP 01988965A EP 1327291 A1 EP1327291 A1 EP 1327291A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electrical appliance
small electrical
accumulator
consumer
voltage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP01988965A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Uwe Katzer
Peter Trawinski
Lothar Paecher
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Braun GmbH
Original Assignee
Braun GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Braun GmbH filed Critical Braun GmbH
Publication of EP1327291A1 publication Critical patent/EP1327291A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/865—Battery or charger load switching, e.g. concurrent charging and load supply

Definitions

  • the invention relates to a small electrical device with a single or multi-cell battery and a consumer that can be supplied by an external energy source.
  • an accumulator-operated device with an electronic circuit and an accumulator which can be charged by a charging device.
  • the case may occur that the voltage delivered by the charging device collapses when the accumulator is discharged.
  • the electronic circuit can nevertheless be supplied with a sufficiently high voltage from a capacitor which is charged by the charging device via a diode.
  • an electronic switch interrupts the charging process of the accumulator briefly again and again, which relieves the charging device and increases its voltage, so that the capacitor is charged via the diode.
  • the capacitor supplies the electronic circuit.
  • the capacitor is dimensioned so that its voltage drops only to a tolerable extent during its discharge.
  • a small electrical appliance according to the invention is provided with a control circuit for regulating the voltage supplied by the external energy source, the regulation preferably being carried out by changing the resistance of the charging circuit of the accumulator.
  • the control circuit preferably has a variable resistor, via which the accumulator can be charged by the external energy source. If, for example, the accumulator is deeply discharged, it takes up a very large charging current, as a result of which the voltage of the energy source and thus also the voltage at the consumer would collapse in the case of a high-resistance energy source.
  • the control circuit ensures, however, that the consumer always has at least a certain minimum Voltage is present.
  • the control circuit detects the voltage supplied by the energy source or the voltage applied to the consumer. The latter case is particularly advantageous if the consumer is supplied from the energy source, for example, via a voltage boost circuit.
  • the variable resistor preferably consists of at least one transistor which can be controlled by the control circuit and by means of which the resistance of the charging circuit of the accumulator can be changed continuously or in steps.
  • the consumer can be supplied directly by the accumulator or via a voltage boost circuit.
  • Fig. 1 shows a first small electrical appliance with a first circuit arrangement according to the invention
  • Fig. 2 shows a second small electrical appliance with a second invention
  • Fig. 3 shows a third small electrical appliance with a third circuit arrangement according to the invention.
  • the first small electrical appliance 10 shown schematically in FIG. 1, has two connections 1, 2, which can be connected to an energy source (not shown in the figure), for example a charger.
  • the small electrical appliance 10 also contains an accumulator 3, a control circuit 4 and a consumer 5, which is connected to the connections 1, 2.
  • the control circuit 4 has an input 41 which is connected to one connection, an output 42 and a power supply connection 43 which is connected to the other connection.
  • the output 42 of the control circuit is with the consumer 5 and with one pole of the Accumulator 3 connected, the other pole of which is connected to one of the connections 1, 2.
  • the consumer 5 is designed so that it is operated with the higher of the available operating voltages, ie either with the voltage of the accumulator 3 or with the supply voltage supplied by the energy source.
  • the control circuit 4 contains, in a manner known per se, a reference voltage source which generates a reference voltage from the supply voltage present between its input 41 and its power supply connection 43, and a comparator which compares the reference voltage with the supply voltage and whose output signal sets a variable resistance , for example the collector-emitter resistance of a bipolar transistor or the source-drain resistance of a field effect transistor which is connected between the input 41 and the output 42 of the control circuit.
  • the control circuit is designed so that the value of the variable resistor is set so that the voltage applied to its input 41 does not fall below a minimum voltage. It is also designed so that the variable resistance takes its maximum value when the voltage at input 41 is minimal, i.e. especially zero.
  • the second small electrical appliance 20 differs from the first small electrical appliance 10 shown in FIG. 1 by a voltage boost circuit 6 and a capacitor 7.
  • the control circuit 4 has a second input 44, which is connected to the consumer by a connection point 5 and the booster circuit 6 is connected, the booster circuit 6 being connected between the connection point and the one connection, and the consumer 5 between the connection point and the other connection.
  • the capacitor 7 is connected in parallel to the load 5.
  • the output 42 of the control circuit is not connected to the load 5 but to the voltage boost circuit 6 and to one pole of the accumulator 3, the other pole of which is connected to one of the connections 1, 2.
  • the voltage increasing circuit 6 is designed such that it either increases the voltage of the accumulator 3 or the supply voltage supplied by the energy source, namely the larger of the two voltages.
  • the second small electrical appliance 20 has the 10 compared to the first small electrical appliance Advantage that, due to the voltage boost circuit 6, the consumer 5 has a higher operating voltage available, which is also smoothed by the capacitor 7.
  • the latter is always advantageous if the supply voltage supplied by the energy source is a rectified AC voltage which has a corresponding ripple. It is also advantageous for the accuracy of the control if the control circuit now ensures that it is not the supply voltage applied to the first input 41 but the operating voltage applied to the second input 44 that does not drop below the determined minimum voltage.
  • the reference voltage can be generated from the higher operating voltage instead of from the supply voltage present at the connections 1, 2.
  • the third small electrical appliance 30 according to the invention differs from the second small electrical appliance 20 shown in FIG. 2 only by a load 8, which is connected in parallel to the battery 3, and can be switched on and off by the consumer 5.
  • the consumer 5 consists of an electronic circuit
  • the load 8 consists of a series circuit comprising a DC motor and a controllable switch, in particular a field effect transistor which can be controlled by the electronic circuit.
  • the electronic circuit is preferably integrated in a semiconductor chip together with the control circuit 4, the voltage boost circuit 6 and, if appropriate, the controllable switch.
  • variable resistor consists of several transistors, whose collector-emitter paths or source-drain paths between the input 41 and the output 42 of the control circuit, i.e. are connected in parallel.
  • the transistors are controlled by the control circuit either in a conductive or non-conductive manner, the resistances of these paths being selected to be of different sizes in the conductive state.
  • the effective resistance between the input 41 and the output 42 can therefore be changed in stages by either driving only one transistor with a large or one with a small path resistance, or driving several or all of the transistors.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Elektrokleingerät (10) mit einem Akkumulator (3) und einem Verbraucher (5), das von einer elektrischen Energiequelle versorgbar ist, für die der Akkumulator eine erste Last und der Verbraucher eine zweite Last darstellt, wobei das Elektrokleingerät eine Regelschaltung (4) zur Regelung der von der Energiequelle gelieferten Spannung enthält, wobei die Regelung vorzugsweise durch Verändern des Widerstands des Ladestromkreises des Akkumulators erfolgt.

Description

Elektrokleingerät mit einem Akkumulator und einem Verbraucher
Die Erfindung betrifft ein Elektrokleingerät mit einem ein- oder mehrzelligen Akkumulator und einem Verbraucher, das von einer externen Energiequelle versorgt werden kann.
Aus der EP 0 875 978 ist ein Akkumulator-betriebenes Gerät mit einer elektronischen Schaltung und einem Akkumulator bekannt, der durch eine Ladevorrichtung aufgeladen werden kann. Dabei kann der Fall auftreten, daß bei entladenem Akkumulator die von der Ladevorrichtung gelieferte Spannung zusammenbricht. Während des Ladevorgangs des Akkumulators kann die elektronische Schaltung trotzdem mit einer genügend hohen Spannung aus einem Kondensator versorgt werden, der über eine Diode von der Ladevorrichtung aufgeladen wird. Um dies zu erreichen, unterbricht ein elektronischer Schalter nämlich den Ladevorgang des Akkumulators immer wieder kurzzeitig, wodurch die Ladevorrichtung entlastet wird, und deren Spannung ansteigt, sodaß über die Diode der Kondensator geladen wird. Während des Ladevorgangs des Akkumulators versorgt also der Kondensator die elektronische Schaltung. Der Kondensator ist so dimensioniert, daß seine Spannung während seiner Entladung nur in einem tolerierbaren Umfang sinkt.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Elektrokleingerät mit einem Akkumulator und einem Verbraucher anzugeben, bei dem eine kontinuierliche Versorgung des Akkumulators mit einem Ladestrom und des Verbrauchers mit einer ausreichend hohen Spannung auch durch eine hochohmige externe Energiequelle möglich ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein erfindungsgemäßes Elektrokleingerät mit einer Regelschaltung zur Regelung der von der externen Energiequelle gelieferten Spannung versehen, wobei die Regelung vorzugsweise durch Verändern des Widerstands des Ladestromkreises des Akkumulators erfolgt.
Die Regelschaltung weist vorzugsweise einen veränderbaren Widerstand auf, über den der Akkumulator von der externen Energiequelle geladen werden kann. Ist beispielsweise der Akkumulator tiefentladen, nimmt er einen sehr großen Ladestrom auf, wodurch bei einer hochohmigen Energiequelle die Spannung der Energiequelle und damit auch die Spannung am Verbraucher zusammenbrechen würde. Durch die Regelschaltung, wird jedoch dafür gesorgt, daß am Verbraucher immer zumindest eine bestimmte Mindest- Spannung anliegt. Um den veränderbaren Widerstand richtig einzustellen, erfaßt die Regelschaltung die von der Energiequelle gelieferte Spannung oder die am Verbraucher anliegende Spannung. Der letztgenannte Fall ist dann besonders vorteilhaft, wenn der Verbraucher beispielsweise über eine Spannungserhöhungsschaltung aus der Energiequelle versorgt wird. Der veränderbare Widerstand besteht vorzugsweise aus mindestens einem Transistor, der durch die Regelschaltung ansteuerbar ist, und durch den der Widerstand des Ladestromkreises des Akkumulators stufenlos oder in Stufen veränderbar ist.
Ist die Energiequelle nicht mit dem Elektrokleingerät verbunden, kann der Verbraucher direkt oder über eine Spannungserhöhungsschaltung vom Akkumulator versorgt werden.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen für erfindungsgemäße Elektrokleingeräte erläutert, bei denen es sich beispielsweise um elektrische Rasierapparate, elektrische Zahnbürsten, Geräte der Unterhaltungselektronik oder Datenübertragung oder -Verarbeitung handeln kann, die in den Zeichnungen schematisch dargestellt sind, wobei gleiche Bauteile mit denselben Bezugszeichen versehen sind. Weitere Ausgestaltungen sind in der Beschreibung beschrieben.
Fig. 1 zeigt ein erstes Elektrokleingerät mit einer ersten erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung;
Fig. 2 zeigt ein zweites Elektrokleingerät mit einer zweiten erfindungsgemäßen
Schaltungsanordnung;
Fig. 3 zeigt ein drittes Elektrokleingerät mit einer dritten erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.
Das in Fig. 1 schematisch dargestellte erste erfindungsgemäße Elektrokleingerät 10 weist zwei Anschlüsse 1 , 2 auf, die mit einer in der Figur nicht dargestellten Energiequelle, beispielsweise einem Ladegerät, verbunden werden können. Das Elektrokleingerät 10 enthält ferner einen Akkumulator 3, eine Regelschaltung 4 und einen Verbraucher 5, der mit den Anschlüssen 1 , 2 verbunden ist. Die Regelschaltung 4 weist einen Eingang 41 , der mit dem einen Anschluß verbunden ist, einen Ausgang 42 und einen Stromversorgungsanschluß 43 auf, der mit dem anderen Anschluß verbunden ist. Der Ausgang 42 der Regelschaltung ist mit dem Verbraucher 5 und mit dem einen Pol des Akkumulators 3 verbunden, dessen anderer Pol mit einem der Anschlüsse 1 , 2 verbunden ist. Der Verbraucher 5 ist so ausgestaltet, daß er mit der höheren der zur Verfügung stehenden Betriebsspannungen betrieben wird, d.h. entweder mit der Spannung des Akkumulators 3 oder mit der von der Energiequelle gelieferten Versorgungsspannung.
Die Regelschaltung 4 enthält in an sich bekannter Weise eine Referenzspannungsquelle, die aus der zwischen ihrem Eingang 41 und ihrem Stromversorgungsanschluß 43 anliegenden Versorgungsspannung eine Referenzspannung erzeugt, sowie einen Kompa- rator, der die Referenzspannung mit der Versorgungsspannung vergleicht, und dessen Ausgangssignal einen veränderbaren Widerstand einstellt, beispielsweise den Kollektor- Emitter-Widerstand eines Bipolartransistors oder den Source-Drain-Widerstand eines Feldeffekttransistors, der zwischen den Eingang 41 und den Ausgang 42 der Regelschaltung geschaltet ist. Die Regelschaltung ist so ausgelegt, daß der Wert des veränderbaren Widerstands so eingestellt wird, daß die an ihrem Eingang 41 anliegende Spannung eine Mindestspannung nicht unterschreitet. Sie ist ferner so ausgelegt, daß der veränderbare Widerstand dann seinen maximalen Wert annimmt, wenn die Spannung am Eingang 41 minimal, d.h. insbesondere Null, ist.
Das in Fig. 2 schematisch dargestellte zweite erfindungsgemäße Elektrokleingerät 20 unterscheidet sich von dem in Fig. 1 dargestellten ersten Elektrokleingerät 10 durch eine Spannungserhöhungsschaltung 6 und einen Kondensator 7. Außerdem weist die Regelschaltung 4 einen zweiten Eingang 44 auf, der mit einem Verbindungspunkt zwischen dem Verbraucher 5 und der Spannungserhöhungsschaltung 6 verbunden ist, wobei die Spannungserhöhungsschaltung 6 zwischen den Verbindungspunkt und den einen Anschluß, und der Verbraucher 5 zwischen den Verbindungspunkt und den anderen Anschluß geschaltet ist. Der Kondensator 7 liegt parallel zum Verbraucher 5. Der Ausgang 42 der Regelschaltung ist nicht mit dem Verbraucher 5 sondern mit der Spannungserhöhungsschaltung 6 und mit dem einen Pol des Akkumulators 3 verbunden, dessen anderer Pol mit einem der Anschlüsse 1 , 2 verbunden ist. Die Spannungserhöhungsschaltung 6 ist so ausgestaltet, daß sie entweder die Spannung des Akkumulators 3 oder die von der Energiequelle gelieferte Versorgungsspannung erhöht, und zwar die größere der beiden Spannungen.
Das zweite Elektrokleingerät 20 hat gegenüber dem ersten Elektrokleingerät 10 den Vorteil, daß wegen der Spannungserhöhungsschaltung 6 dem Verbraucher 5 eine höhere Betriebsspannung zur Verfügung steht, die darüberhinaus auch noch durch den Kondensator 7 geglättet wird. Letzteres ist immer dann vorteilhaft, wenn die von der Energiequelle gelieferte Versorgungsspannung eine gleichgerichtete Wechselspannung ist, die eine entsprechende Welligkeit aufweist. Auch für die Genauigkeit der Regelung ist es vorteilhaft, wenn die Regelschaltung jetzt dafür sorgt, daß nicht die am ersten Eingang 41 anliegende Versorgungsspannung sondern die am zweiten Eingang 44 anliegende Betriebsspannung nicht unter die bestimmte Minimalspannung absinkt. Außerdem kann die Referenzspannung statt aus der an den Anschlüssen 1 , 2 anliegenden Versorgungsspannung aus der höheren Betriebsspannung erzeugt werden.
Das in Fig. 3 schematisch dargestellte dritte erfindungsgemäße Elektrokleingerät 30 unterscheidet sich von dem in Fig. 2 dargestellten zweiten Elektrokleingerät 20 lediglich durch eine Last 8, die parallel zum Akkumulator 3 geschaltet ist, und durch den Verbraucher 5 ein- und ausgeschaltet werden kann. Bei einer bevorzugten Ausführung eines erfindungsgemäßen Elektrokleingeräts, beispielsweise einer elektrischen Zahnbürste, besteht der Verbraucher 5 aus einer elektronischen Schaltung und die Last 8 aus einer Serienschaltung aus einem Gleichstrommotor und einem steuerbaren Schalter, insbesondere einem Feldeffekttransistor, der von der elektronischen Schaltung steuerbar ist. Die elektronische Schaltung ist vorzugsweise zusammen mit der Regelschaltung 4, der Spannungserhöhungsschaltung 6 und ggfs. dem steuerbaren Schalter in einem Halbleiter-Chip integriert.
Bei anderen Ausführungen erfindungsgemäßer Regelschaltungen besteht der veränderbare Widerstand aus mehreren Transistoren, deren Kollektor-Emitter-Pfade bzw. Source- Drain-Pfade zwischen den Eingang 41 und den Ausgang 42 der Regelschaltung, d.h. einander parallel geschaltet sind. Die Transistoren werden durch die Regelschaltung entweder leitend oder nicht-leitend gesteuert, wobei im leitenden Zustand die Widerstände dieser Pfade unterschiedlich groß gewählt sind. Der zwischen dem Eingang 41 und dem Ausgang 42 wirksame Widerstand ist daher in Stufen veränderbar, indem entweder nur ein Transistor mit großem oder einer mit kleinem Pfad-Widerstand angesteuert wird, oder mehrere oder alle Transistoren angesteuert werden.

Claims

Patentansprüche
1 . Elektrokleingerät mit einem Akkumulator und einem Verbraucher, das von einer elektrischen Energiequelle versorgbar ist, für die der Akkumulator eine erste Last und der Verbraucher eine zweite Last darstellt, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektrokleingerät eine Regelschaltung (4) mit einem veränderbaren Widerstand aufweist, der von der Regelschaltung derart einstellbar ist, daß die von der Energiequelle gelieferte Spannung nicht unter eine bestimmte Minimalspannung absinkt.
2. Elektrokleingerät nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der veränderbare Widerstand im Ladestromkreis des Akkumulators (3) liegt.
3. Elektrokleingerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der veränderbare Widerstand aus mindestens einem Transistor besteht.
4. Elektrokleingerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Regelschaltung (4) die Größe des veränderbaren Widerstands stufenlos oder in Stufen veränderbar ist.
5. Elektrokleingerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbraucher (5) über eine Spannungserhöhungsschaltung (6) aus der Energiequelle versorgbar ist.
6. Elektrokleingerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelschaltung (4) die am Verbraucher (5) anliegende oder die von der Energiequelle gelieferte Spannung erfaßt.
7. Elektrokleingerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbraucher (5) auch vom Akkumulator (3) versorgt werden kann.
8. Elektrokleingerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbraucher (5) über die Spannungserhöhungsschaltung (6) aus dem Akkumulator (3) versorgbar ist.
EP01988965A 2000-10-20 2001-10-11 Elektrokleingerät mit einem akkumulator und einem verbraucher Withdrawn EP1327291A1 (de)

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AU2002221669A1 (en) 2002-05-06
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