| JP2002095157 | OVERCHARGE PREVENTING CIRCUIT |
| JP2010206933 | POWER FEED DEVICE |
| WO/2012/012023 | RESERVATION SYSTEM FOR ELECTRIC VEHICLE CHARGING STATIONS AND METHOD OF USING THE SAME |
| Ansprüche 1. Schaltung (200) zum Leistungsmanagement von Verbrauchern mit mindestens einem Verbraucher (205) und mindestens einem Energiespeicher (204), wobei der Energiespeicher (204) mittels einer Energiequelle (201 ) aufladbar und der Verbraucher (205) mittels der Energiequelle (201 ) und/oder des Energiespeichers (204) betreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufladen des Energiespeichers (204) mittels einer Schalteinrichtung (206) steuerbar ist und dass die Schalteinrichtung mindestens ein Modul (210, 220, 230) aufweist. 2. Schaltung zum Leistungsmanagement von Verbrauchern gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Modul als Ultra-Low-Drop-Powermanagement- Modul (210) ausgestaltet ist. 3. Schaltung zum Leistungsmanagement von Verbrauchern gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ultra-Low-Drop-Powermanagement-Modul (210) eine aktive Schaltung zur vorzugsweise hochohmigen Abtastung der Leerlaufspannung (UL/S) des Energiespeichers (204) umfasst. 4. Schaltung zum Leistungsmanagement von Verbrauchern gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die aktive Schaltung einen Komparator (OP1 ) zum vorzugsweise periodischen Vergleich der Leerlaufspannung (UL/S) des Energiespeichers (204) mit der Ausgangsspannung (Uout) umfasst. 5. Schaltung zum Leistungsmanagement von Verbrauchern gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Modul als Charge-Management- Modul (220) ausgestaltet ist. 6. Schaltung zum Leistungsmanagement von Verbrauchern gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Charge-Management-Modul (220) mindestens einen Schalter, vorzugsweise mindestens einen Transistor (TS1 ) umfasst, mittels dem die Versorgungsspannung in Abhängigkeit einer Schwellspannung und/oder mindestens eines Taktsignals (T1 ) zur Versorgung des Verbrauchers (205) oder zum Laden des Energiespeichers (204) schaltbar ist. 7. Schaltung zum Leistungsmanagement von Verbrauchern gemäß Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein maximaler Ladestrom mittels eines Widerstands (RLS) einstellbar ist. 8. Schaltung zum Leistungsmanagement von Verbrauchern gemäß einem der Ansprü- che 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Modul als ein Wake-Up-Generator- Modul (230) ausgestaltet ist. 9. Schaltung zum Leistungsmanagement von Verbrauchern gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Wake-Up-Generator-Modul (203) mindestens einen Speicherbaustein, vorzugsweise ein Flipflop (FF2), und/oder einen Taktgeber (TG) umfasst, welcher mindestens ein Signal, vorzugsweise mindestens ein Taktsignal (T1 , T2) und mindestens ein Resetsignal (Resetl ), liefert. 10. Schaltung zum Leistungsmanagement von Verbrauchern gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder drei Module (210, 220, 230) vorgesehen sind. 11. Verfahren zum Betreiben einer Schaltung, vorzugsweise einer Schaltung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, mit einer aktiven Schaltung, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der aktiven Schaltung die Leerlaufspannung (UL/S) an einer Energiequelle (201 ) abgetastet und/oder die Leerlaufspannung (Uus) vorzugsweise periodisch mittels eines Komparators (OP1 ) mit der Ausgangsspannung (Uout) verglichen wird. 12. Verfahren zum Betreiben einer Schaltung gemäß Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsspannung (Uout) mit einer Schwellspannung verglichen wird und der Energiespeicher (204) geladen wird, wenn die Ausgangsspannung (Uout) größer als eine Schwellspannung ist. 13. Verfahren zum Betreiben einer Schaltung gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsspannung (Uout) im Wesentlichen konstant gehalten wird, bis die Energiespeicherspannung (UL/S) größer als die Schwellspannung ist. 14. Verfahren zum Betreiben einer Schaltung gemäß Anspruch 12 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe der Schwellspannung einstellbar ist. 15. Verfahren zum Betreiben einer Schaltung gemäß einem der Ansprüche 11 bis 14 mit einem Taktgeber (TG), dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von einem vom Taktgeber (TG) erzeugten Resetimpuls und einem vom Taktgeber (TG) erzeugten ersten Taktsignal (T1 ) die Ausgangsspannung (Uout) vorzugsweise für eine Taktperiode vom Verbraucher (205) entkoppelt wird. 16. Verfahren zum Betreiben einer Schaltung gemäß einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Taktperiode, vorzugsweise mittels eines Widerstandes (Rp), justierbar ist. |
Beschreibung
Bezug zu verwandten Anmeldungen
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2010 026 821.6, hinterlegt am 10. Juli 2011 , deren Offenbarungsgehalt hiermit ausdrücklich auch zum Gegenstand der vorliegenden Anmeldung gemacht wird.
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Schaltung zum Leistungsmanagement von Verbrauchern mit mindestens einem Verbraucher und mindestens einem Energiespeicher, wobei der Energiespeicher mittels einer Energiequelle aufladbar und der Verbraucher mittels der Energiequelle und/oder des Energiespeichers betreibbar ist, nach dem O- berbegriff des Anspruches 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum
Betreiben einer Schaltung zum Leistungsmanagement von Verbrauchern nach dem Oberbegriff des Anspruches 11.
Stand der Technik
Es sind Verbraucher bekannt, welche hinsichtlich ihrer Stromversorgung problema- tisch sind, da beispielsweise aufgrund der Baugröße der Verbraucher der Platz für eine Energiequelle oder für einen Energiespeicher begrenzt ist. Solche Verbraucher können beispielsweise autarke Systeme sein, welche einen niedrigen Energieverbrauch haben. Beispiele für solche Verbraucher sind Sensoren und Sensornetzwerke, Solaruhren, Fernbedienungen, Rauchmelder, optische Transponder, RadioBeacons oder ähnliche Systeme, welche häufig aufgrund von Platzproblemen oder zur Erhöhung der Bediener- bzw. Wartungsfreundlichkeit keine Batterien aufweisen.
Im Stand der Technik sind Schaltungen bekannt, bei denen in Reihe mit der Energiequelle Reversedioden wie beispielsweise Silizium- oder Schottky-Dioden einge- setzt werden, um Leckströmen entgegenzuwirken. Siliziumdioden weisen jedoch eine Schwellspannung von 0,6 V auf, während die Schwellspannung bei Schottky- Dioden lediglich 0,4 V beträgt. Jedoch sind Schottky-Dioden bei höheren Temperaturen problematisch, da hohe Temperaturen bei Schottky-Dioden zu relativ großen Leckströmen führen. Um den Spannungsverlust an der Reversediode auszuglei-
BESTÄTIGUNGSKOPIE chen, ist es bei den bekannten Schaltungen notwendig eine größer dimensionierte Energiequelle zu verwenden, was mit höheren Kosten und gegebenenfalls mit Platzproblemen verbunden ist.
Offenbarung der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung und ein Verfahren zum Betreiben einer Schaltung der eingangs genannten Art anzugeben, bei der bzw. dem eine Miniaturisierung bei einfacher Bauweise ermöglicht ist.
Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe durch die Schaltung zum Leis- tungsmanagement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 11 gelöst. Danach ist die in Rede stehende Schaltung derart ausgestaltet und weitergebildet, dass das Aufladen des Energiespeichers mittels einer Schalteinrichtung steuerbar ist und dass die Schalteinrichtung mindestens ein Modul aufweist.
In erfindungsgemäßer Weise ist zunächst erkannt worden, dass man von einer Schaltung abgehen muss, welche zur Verringerung von Leckströmen der Energiequelle lediglich eine Diode einsetzt, da Dioden wegen ihrer Schwellspannung bei niedrigen Spannungen hinsichtlich der Versorgung des Verbrauchers problematisch sind und selbst Leckströme aufweisen. Vielmehr muss in erfinderischer Weise eine Schaltungseinrichtung vorgesehen werden, mittels derer das Aufladen des
Energiespeichers steuerbar oder regelbar ist. Dazu weist die Schaltungseinrichtung mindestens ein Modul auf. Hierdurch ist es möglich, das Aufladen des Energiespeichers beispielsweise in Abhängigkeit von äußeren Parametern wie der Temperatur aber auch anderen Faktoren zu optimieren. Dies führt zu einer effektiven Nutzung der durch die Energiequelle zur Verfügung gestellten Energie, ohne dass größer dimensionierte Energiequellen erforderlich wären.
Das Modul könnte in vorteilhafter Weise als Ultra-Low-Drop-Powermanagement- Modul ausgestaltet sein. In weiter vorteilhafter Weise könnte das Ultra-Low-Drop- Powermanagement-Modul eine aktive Schaltung zur vorzugsweise hochohmigen, Abtastung der Leerlaufspannung des Energiespeichers umfassen. Eine hochohmi- ge Abtastung ist erforderlich, da bei einer niederohmigen Abtastung das Signal zusammenbricht und sich damit eine Fehlmessung ergibt. Im noch zu erläuternden Ausführungsbeispiel wurde daher ein hochohmige Abtastung mit einem Widerstandswert > 1 MOhm gewählt. Mittels des Ultra-Low-Drop-Powermanagement- Moduls könnte somit die im Stand der Technik verwendet Reversediode ersetzt werden, da mittels der aktiven Schaltung ein Leckstrom vermindert, im besten Fall vermieden werden kann. Die aktive Schaltung könnte hierbei eine Ultra-Low-Drop- Funktion aufweisen, wodurch die aktive Schaltung schwellspannungs- und leck- stromfrei sein könnte.
Im Hinblick auf eine weitere Ausgestaltung könnte die aktive Schaltung einen Kom- parator zum vorzugsweise periodischen Vergleich der Leerlaufspannung des Energiespeichers mit der Ausgangsspannung umfassen. Abhängig vom Ergebnis könnte die Energiequelle durch ein Transmissions-Gate ab- bzw. schwellspannungsfrei an den Verbraucher angekoppelt werden. Die Schaltung könnte also schon bei Eingangsspannungen Energie zur Verfügung stellen, bei denen in Standarddiodenlösungen noch kein Strom fließt, mittels dessen der Verbraucher betrieben werden kann.
Die Leerlaufspannung des Energiespeichers könnte in weiter vorteilhafter Weise periodisch mit der Verbraucherspannung verglichen werden. Zum periodischen Vergleichen könnte ein erster Takt verwendet werden. Ist die Leerlaufspannung kleiner als die Verbraucherspannung, würde dann ein erster Schalter für eine Taktperiode geschlossen; ist die Leerlaufspannung größer als die Verbraucherspannung, würde der erste Schalter geöffnet.
Hinsichtlich einer weiteren Ausgestaltung könnte das Modul als Charge- Management-Modul ausgestaltet sein. Das Charge-Management-Modul könnte mindestens einen Schalter, vorzugsweise mindestens einen Transistor umfassen, mittels dem die Versorgungsspannung in Abhängigkeit einer Schwellspannung und/oder mindestens eines Taktsignals zur Versorgung des Verbrauchers oder zum Laden des Energiespeichers schaltbar ist. Mittels des Charge-Management- Moduls könnte somit eine Verbrauchervorzugsschaltung realisiert sein. Diese könnte derart realisiert sein, dass bei ansteigender Spannung an der Energiequelle und beim Überschreiten einer Schwellspannung am Verbraucher der Energiespeicher geladen wird. Somit wird zunächst der Verbraucher mit Energie versorgt und dann der Energiespeicher geladen. Dadurch entfällt die Notwendigkeit, den Energiespei- eher vor Inbetriebnahme des Systems laden zu müssen.
Der maximale Ladestrom des Energiespeichers könnte mittels eines Widerstands einstellbar sein. Zusätzlich oder alternativ könnte die Ladespannung begrenzt werden. Die Schaltung könnte somit derart betreibbar sein, dass die am Verbraucher anliegende Ausgangsspannung - bis die Schwellspannung erreicht ist - entsprechend der von der Energiequelle produzierten Spannung ansteigt. Bei einer ausreichenden Spannung an der Energiequelle, das heißt einer Spannung, welche die Schwellspannung überschreitet, wird der Energiespeicher geladen, so dass die Spannung des Energiespeichers ansteigt. Überschreitet die Spannung des Energiespeichers die Schwellspannung, könnte dann die Spannung am Verbraucher und am Energiespeicher gleichzeitig bis zur maximalen Spannung ansteigen. Die Ausgangsspannung ist demnach wahlweise an den Verbraucher oder an den E- nergiespeicher anlegbar oder gleichzeitig zur Versorgung des Verbrauchers und des Energiespeichers verwendbar.
Hinsichtlich einer weiteren Ausgestaltung könnte das Modul als ein Wake-Up- Generator-Modul ausgestaltet sein. Das Wake-Up-Generator-Modul könnte mindestens einen Speicherbaustein, vorzugsweise ein Flipflop, und/oder einen Taktgeber umfassen, welcher mindestens ein Signal, vorzugsweise mindestens ein Taktsignal und mindestens ein Resetsignal, liefert. In weiter bevorzugter Weise könnte der Taktgeber das erste und ein zweites Taktsignal liefern, welche zusätz- lieh oder alternativ auch für anderen Module zur Verfügung gestellt werden könnten. Die Taktperiode könnte über einen Widerstand einstellbar sein und beispielsweise zwischen 100 ms bis 10 s betragen. Das Resetsignal könnte, vorzugsweise verlasst durch den Verbraucher applikationsabhängig am Speicherbaustein angelegt werden, so dass ein Schalter die Ausgangsspannung deaktiviert, das heißt keine Energieversorgung des Verbrauchers oder des Energiespeichers erfolgt. Applikationsabhängig kann dabei bedeuten, dass ein vollständiges Abschalten oder ein Wechsel zu einem Standby-Modus erfolgt.
In einer wiederum bevorzugten Ausführungsform könnte die Schaltung zwei oder drei Module aufweisen.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben einer Schaltung, vorzugsweise einer Schaltung wie oben beschrieben, mit einer aktiven Schaltung. Zur Lösung der obigen Aufgabe ist das bekannte Verfahren derart weitergebildet, dass mittels der aktiven Schaltung die Leerlaufspannung an einer Energiequelle abgetastet und/oder die Leerlaufspannung, vorzugsweise periodisch, mittels eines Komparators mit der Ausgangsspannung verglichen wird.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel könnte die Ausgangsspannung mit einer Schwellspannung verglichen und der Energiespeicher geladen werden, wenn die Ausgangsspannung größer als eine Schwellspannung ist.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform könnte die Ausgangsspannung im Wesentlichen konstant gehalten werden, bis die Energiespeicherspannung größer als die Schwellspannung ist. Die Höhe der Schwellspannung könnte einstellbar sein, beispielsweise mittels eines Widerstands.
In einer wiederum bevorzugten Ausführungsform eines Verfahrens zum Betreiben einer Schaltung mit einem Taktgeber könnte in Abhängigkeit von einem vom Takt- geber erzeugten Resetimpuls und einem vom Taktgeber erzeugten ersten Taktsignal die Ausgangsspannung vorzugsweise für eine Taktperiode vom Verbraucher entkoppelt werden. Die Taktperiode des bzw. der von Taktgeber erzeugten Takte könnte hierbei vorzugsweise mittels eines Widerstandes justierbar sein.
Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die den Patentansprüchen 1 und 11 nachgeordneten Patentansprüche und andererseits auf die nachfolgende Erläuterung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Schaltung und des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben einer Schaltung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung des bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert.
Kurzbeschreibung der Figuren
In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 in einer schematischen Darstellung eine aus dem Stand der Technik bekannte Schaltung zum Leistungsmanagement,
Fig. 2 in einer schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltung zum Leistungsmanagement,
Fig. 3a, 3b in einer schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Ultra-Low-Drop-Powermanagement-Moduls und ein entsprechendes Zeitablaufdiagramm,
Fig. 4a, 4b in einer schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Charge-Management-Moduls und ein entsprechendes Zeitablaufdiagramm,
Fig. 5 in einer schematischen Darstellung ein Diagramm, das Spannungsverläufe innerhalb einer erfindungsgemäßen Schaltung gemäß Fig. 2 zeigt,
Fig. 6a, 6b in einer schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wake-up-Generator-Moduls und ein entsprechendes Zeitablaufdiagramm,
Fig. 7a, 7b in einer schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen ICs einer Schaltung nach Fig. 1 und ein entspre- chendes Zeitablaufdiagramm,
Fig. 7c in einer schematischen Darstellung die in den in der Fig. 7A gezeigten
IC integrierte Schaltung und
Fig. 8 in einer schematischen Darstellung einen Vergleich der Stromverläufe einer in Fig. 1 gezeigten Schaltung und des Ausführungsbeispiels ei- ner erfindungsgemäßen Schaltung gemäß Fig. 2.
Ausführliche Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
Die Erfindung wird jetzt beispielhaft unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Allerdings handelt es sich bei den Ausführungsbeispielen nur um Beispiele, die nicht das erfinderische Konzept auf eine bestimmte Anordnung beschränken sollen.
Eine aus dem Stand der Technik bekannte Schaltung zum Leistungsmanagement ist in Fig. 1 gezeigt. Um den Leckstrom der Energiequelle 101 entgegenzuwirken, wird im Stand der Technik eine Siliziumdiode 102 eingesetzt, welche eine Schwell- Spannung U s von 0.6V aufweist. Um einen Vergleich zwischen der Schaltung mit der einer erfindungsgemäßen Schaltung zu ermöglichen, ist ferner ein Spannungsregler 103 vorgesehen, der jedoch in den bekannten Schaltungen nicht vorgesehen ist. Näheres hierzu wird hinsichtlich Fig. 8 erläutert. Ferner ist ein Energiespeicher in Form eines Akkumulators 104 sowie ein als Widerstand dargestellter Verbrau- eher 105 vorgesehen, welcher in diesem Beispiel 10 kQ beträgt.
Eine erfindungsgemäße Schaltung ist in Fig. 2 gezeigt. Die Schaltung weist eine Solarzelle 201 als Energiequelle, einen Akkumulator 204 als Energiespeicher und einen Verbraucher 205 auf, der als Widerstand Ry dargestellt ist und in diesem Beispiel 10 kQ groß ist. Die Schaltung weist eine Schalteinrichtung 206 auf, die ein Ultra-Low-Drop-Powermanagement-Modul 210, ein Charge-Management-Modul 220 und ein Wake-Up-Generator-Modul 230 umfasst. Der Aufbau und die Funktionsweise der einzelnen Module werden mit Bezug auf die folgenden Figuren erläutert.
Fig. 3 zeigt das vereinfachten Schaltbild eines Ultra-Low-Drop-Powermanagement- Moduls 210, mittels dem beispielsweise ein Leckstrom zumindest vermindert werden kann, da es als aktive Schaltung ausgestaltet ist, welche die Leerlaufspannung US/ L an der Solarzelle 201 hochohmig abtastet. Mittels des Komparators OP1 wird die Leerlaufspannung US/ L der Solarzelle 201 mit der Verbraucherspannung Uout verglichen. Abhängig vom Ergebnis wird die Solarzelle 201 durch ein Transmission-Gate, welches als FlipFlop FF1 ausgestaltet ist, ab- bzw. schwellspannungsfrei an den Verbraucher 205 und/der Solarzelle 201 angekoppelt. Die Schaltung stellt also schon bei Eingangsspannungen Energie für den Verbraucher 205 zur Verfügung, bei denen in Standarddiodenlösungen noch kein Strom fließt.
In diesem Ausführungsbeispiel wird die Leerlaufspannung der Solarzelle US/ L periodisch mit der Verbraucherspannung Uout verglichen. Ein erster Takt T1 triggert das FlipFlop FF1 so, dass zunächst ein erster Schalter S1 geöffnet wird. Nachdem die Solarzelle 201 abgekoppelt ist, wird durch ein verzögertes Taktsignal T2 der Schalter S2 geschlossen. Der Komparator OP1 vergleicht die Spannungen US /L und Uout miteinander. Ist die Leerlaufspannung US /L der Solarzelle 201 kleiner als die
Verbraucherspannung Uout. wird der Schalter S1 für eine Taktperiode geschlossen bzw. im umgekehrten Fall geöffnet. Dies ist im in der Fig. 3b gezeigten Zeitablaufdiagramm dargestellt.
Das in Fig. 4a näher gezeigte Charge-Management-Modul 220 realisiert in diesem Ausführungsbeispiel eine Verbrauchervorzugsladeschaltung. Bei ansteigender Spannung an der Solarzelle 201 wird erst ab einer Schwellspannung von 1 ,8V am Verbraucher 205 der Akkumulator 204 geladen. Hierdurch entfällt die Notwendigkeit, den Energiespeicher vor Inbetriebnahme des Systems laden zu müssen. Der maximale Ladestrom wird über den Widerstand R L s eingestellt. Die Ladespannung ist auf einen Spannungswert, in diesem Fall auf 3,3V, begrenzt.
Fig. 4a zeigt einen vereinfachten Schaltplan des Charge-Management-Moduls 220. Ein Transistor TS2 bestimmt den Akkuladestrom l A kku- Abhängig vom Kondensator C1 schaltet dieser die Verbraucherspannung U 0u t auf den Akkumulator 204. Die Ladung des Kondensators C1 wird periodisch durch Takt T1 aktualisiert, indem die Schalter S3 und S4 geschlossen werden. Beträgt die Verbraucherspannung Uout mehr als 1 ,8V, bestimmt durch Diode D1 , schaltet der Transistor T1 durch, der Kondensator C1 entlädt sich und der Akkumulator 204 wird geladen. Im umgekehrten Fall wird der Kondensator C1 auf Uout geladen und der Transistor T2 sperrt, sodass kein Strom in den Akkumulator 204 fließt.
Das in Fig. 4b gezeigte Zeitablaufdiagramm verdeutlicht dieses Verhalten. Hier ist der Fall visualisiert, bei dem ein leerer Energiespeicher 204 an eine Schaltung be- stehend aus Schalteinrichtung 206 und Solarzelle 201 angeschlossen wird. Der Akkuladestrom lAkku wird schrittweise, taktabhängig erhöht und die Verbraucherspannung Uout entsprechend verringert, bis ein stabiler Zustand eintritt, bis die Akkuspannung ÖAkku 1 ,8V überschreitet und die Maximalspannung von 3,3 V erreicht. Fig. 5 verdeutlicht diese Zusammenhänge. Die Ausgangsspannung Uo u t steigt mit der Spannung an der Solarzelle an, bis die Schwellspannung in Höhe 1 ,8V erreicht ist. Bei ausreichender Spannung an der Solarzelle 201 wird der Akkumulator 204 geladen und die Spannung UAkku steigt an. Wenn die Akkuspannung U A kku den Wert von 1 ,8V überschreitet, können Uout und UAkku bis zur maximalen Spannung von 3,3V ansteigen.
Fig. 6a zeigt ein vereinfachtes Schaltbild eines Wake-Up-Generator-Moduls 230. Zentral ist der Taktgeber TG, welcher neben der Generierung des 2ps langen Resetsignals für den Verbraucher, auch den Takt T1 und Takt T2 für die anderen Module 201 , 220 liefert. Zudem ist ein FlipFlop FF2 vorgesehen, welcher abhängig von Takt T1 die Ausgangsspannung Uout für den Verbraucher 205 aktiviert. Die Taktperiode ist über R P justierbar und kann in einem Bereich von 100ms bis 10s eingestellt werden. Liefert der Verbraucher 205 einen Resetimpuls PowerOff an das FlipFlop FF2, wird für eine Periodendauer die Ausgangsspannung Uout deaktiviert. Dies spart Standby-Strom des Verbrauchers 205 ein. Nach Ablauf einer Periode wird Uout wieder aktiviert. Das in Fig. 6b gezeigte Zeitablaufdiagramm verdeutlicht diesen Zusammenhang.
Der grundsätzliche Aufbau eines möglichen Integrated Circuits (ICs), mit dem die erfindungsgemäße Schaltungseinrichtung realisiert werden kann, ist in Fig. 7a dargestellt. An Pin 1 ist die Energiequelle 201 angeschlossen. Pin 2 dient der Massifi- zierung. Pin 5 bietet die Möglichkeit einen Energiespeicher z.B. in Form eines Akkumulators 204 oder Doppelschichtkondensators hinzuzufügen. Der maximal zulässige Ladestrom wird durch Widerstand R L S an Pin 4 reguliert. An Pin 8 wird die Ausgangsspannung Uout periodisch bereit gestellt. Die Periode kann über Widerstand RP an Pin 3 justiert werden. Um Uout für eine von R P abhängige Zeitspanne zu deaktivieren, kann vom Verbraucher an Pin 6 ein Resetimpuls an die Schaltungseinrichtung gesendet werden. Erfolgt kein Reset, bleibt die Ausgangsspannung Uout erhalten. Ein solcher IC kann in CMOS-Technologie gefertigt werden. Fig. 7c zeigt schematisch wie die Schaltungseinrichtung 206 in den IC integriert ist.
Fig. 8 verdeutlicht die Performance der erfindungsgemäßen Schaltung, wie diese in Fig. 2 gezeigt ist, im Vergleich zur Standarddiodenlösung, wie diese in Fig. 1 gezeigt ist. Um vergleichbare Ergebnisse zu erhalten, wird bei der bekannten Schal- tung die Spannungsregelung 103 hinzugefügt. Diese stellt eine Mindestladespan- nung UM IN von 1 ,8V für den Energiespeicher bereit. Im Diagramm werden die Ladespannungen miteinander verglichen. Es wird deutlich, dass die erfindungsgemäße Schaltung 200 im Gegensatz zur bekannten Schaltung 100 keine Schwellspannung überschreiten muss. Dadurch und aufgrund des extrem geringen Eigenstromverbrauchs von weniger als 300nA, stellt das die erfindungsgemäße Schaltung beschreibende Ausführungsbeispiel 99,7% der durch die Solarzelle 201 verfügbaren Energie bereit. Während die bekannte Schaltung 100 bei 2,2V beginnt, Strom fließen zu lassen, beträgt der durch die erfindungsgemäße Schaltung 200 bereit ge- stellte Strom bereits 30μΑ, was für viele Low-Power-Systeme schon ausreichend ist bzw. einen angeschlossenen Energiespeicher 205 bereits lädt.
Hinsichtlich weiter Details wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf die allgemeine Beschreibung verwiesen. Sämtliche offenbarten Merkmale, insbesondere die des/der Ausführungsbeispiels/-e können einzeln oder in beliebigen Kombinatio- nen erfindungswesentlich sein. Es versteht sich von selbst, dass diese Beschreibung verschiedensten Modifikationen, Änderungen und Anpassungen unterworfen werden kann, die sich im Bereich von Äquivalenten zu den anhängenden Ansprüchen bewegen.
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