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Ein
Ladungsspeicher wird eingesetzt, um beispielsweise die zum Betrieb
einer Blitzlichtdiode benötigte
Energie im Moment des Auslösens
des Blitzes bereitzustellen. Als Ladungsspeicher werden herkömmliche
Kapazitäten
oder so genannte Supercaps eingesetzt. Eine Supercap bietet den
Vorteil, dass eine hohe Kapazität,
beispielsweise im Farad-Bereich, auf einer kleinen Fläche verfügbar ist. Aufgrund
des geringen Innenwiderstands kann für kurze Zeit ein hoher Strom
abgegeben werden, wobei der Abfall der Spannung an der Superkapazität gering
ist.
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In
einer herkömmlichen
Schaltung erfolgt das Laden eines solchen Ladungsspeichers zum Betrieb
einer mit einer Stromquelle gekoppelten Blitzlichtdiode mittels
eines DC/DC-Wandlers, dem Energie von einer Energiequelle, beispielsweise
einer Batterie zugeführt
ist. Nach dem Aufladen des Ladungsspeichers auf den festen Wert
einer Maximalspannung kann der Blitz ausgelöst werden. Dadurch, dass der
Wert der Maximalspannung fest vorgegeben ist, wird abhängig von
der Vorwärts-
beziehungsweise Durchlassspannung der Blitzlichtdiode deutlich mehr
Energie im Ladungsspeicher gespeichert als erforderlich wäre. Diese
Energie muss einerseits von der Energiequelle geliefert werden und
andererseits beim Auslösen
abgeführt
werden. Da die für
eine Blitzlichtdiode benötigten
Ströme
im Bereich von 2 bis 5 Ampère
liegen, ist die überschüssige Energie, die
von der mit der Blitzlichtdiode verbundenen Stromquelle abzuleiten
ist, sehr hoch. Damit wird eine Integration dieser Stromquelle erschwert.
Unter Umständen
sind dabei größere Flächen zur
Kühlung notwendig.
Andererseits werden hohe Anforderungen an die Energiequelle gestellt.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine demgegenüber verbesserte
Ladeschaltung für
einen Ladungsspeicher, sowie ein verbessertes Verfahren zum Laden
eines solchen anzugeben.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch die Ladeschaltung für
einen Ladungsspeicher des Patentanspruchs 1, sowie durch das Verfahren
zum Laden eines Ladungsspeichers des Patentanspruchs 16. Weiterbildungen
und Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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In
einer Ausführungsform
umfasst eine Ladeschaltung für
einen Ladungsspeicher einen ersten Anschluss, einen zweiten Anschluss,
eine Steueranordnung und eine Stromquelle. Der erste Anschluss ist
zum Zuführen
einer Ladespannung und zum Anschließen des auf einen Bezugspotentialanschluss bezogenen
Ladungsspeichers ausgelegt. Der zweite Anschluss ist zum Bereitstellen
einer Verbraucherspannung und zum Anschließen eines elektrischen Verbrauchers
ausgelegt. Die Steueranordnung ist mit dem ersten und dem zweiten
Anschluss gekoppelt und weist einen Signalausgang zum Bereitstellen
eines ersten Ladezustandssignals, sowie einen Testausgang zum Bereitstellen
eines Testsignals auf. Die Stromquelle ist mit dem zweiten Anschluss
gekoppelt. Das erste Ladezustandssignal ist in Abhängigkeit
eines Werts einer Zusatzspannung zwischen dem ersten und dem zweiten
Anschluss, sowie in Abhängigkeit
des Testsignals bereitgestellt. Die Ladespannung ist in Abhängigkeit
des ersten Ladezustandssignals zugeführt.
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Durch
Zuführen
der Ladespannung wird der Ladungsspeicher solange geladen, bis zwischen dem
ersten und dem zweiten Anschluss ein bestimmter Wert der Zusatzspannung
abfällt,
so dass die Verbraucherspannung in benötigten Höhe bereitgestellt wird. Sobald
in zeitlicher Abhängigkeit
vom Testsignal dieser Wert der Zusatzspannung erreicht ist, wird das
erste Ladezustandssignal erzeugt und die Ladespannung abgeschaltet.
Der Ladezyklus ist abgeschlossen.
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Mit
der Ladeschaltung wird der Ladespeicher aufgeladen, bis er genau
die für
den Betrieb des elektrischen Verbrauchers für die gesamte Zeit, in der
der Verbraucher eingeschaltet ist, benötigte Energie bereithält. Dies
vermindert einerseits die Leistungsaufnahme beim Laden und verringert
andererseits die Verlustleistung, die in der Stromquelle abgeführt werden
muss. Dies ermöglicht
vorteilhafterweise die Integration der Stromquelle beziehungsweise
reduziert die Kühlfläche und
dadurch die Kosten.
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Der
elektrische Verbraucher umfasst beispielsweise eine Blitzlichtdiode.
Die Verbraucherspannung weist beispielsweise die Durchlass- beziehungsweise
Vorwärtsspannung
der Blitzlichtdiode auf.
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Die
Stromquelle ist entweder zwischen den ersten und den zweiten Anschluss
geschaltet oder mit dem zweiten Anschluss gekoppelt und auf den Bezugspotentialanschluss
bezogen.
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In
einer weiteren Ausführungsform
ist ein Zielwert der Zusatzspannung in Abhängigkeit der Ladespannung aus
einer Summe umfassend eine Mindestspannung der Stromquelle und eine
Deltaspannung des Ladungsspeichers gebildet.
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Die
Mindestspannung der Stromquelle umfasst beispielsweise die Spannung,
die mindestens erforderlich ist, um die Stromquelle zu betreiben.
Die Deltaspannung des Ladungsspeichers umfasst beispielsweise den
Spannungsabfall am Ladungsspeicher, der auftritt, wenn die im Ladungsspeicher
gespeicherte Energie abgegeben wird. Der Wert der Deltaspannung
ist beispielsweise abhängig
von der Entladung des Ladungsspeichers und von dessen Innenwiderstand.
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Dadurch,
dass beim Laden des Ladungsspeichers die Mindestspannung der Stromquelle,
die Deltaspannung des Ladungsspeichers, sowie die benötigte Verbraucherspannung
berücksichtigt
werden, kann der Ladungsspeicher genau auf die Energie aufgeladen
werden, die zum Betrieb des elektrischen Verbrauchers benötigt wird.
Das Aufladen erfolgt also adaptiv.
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In
einer Weiterbildung ist die Stromquelle in Abhängigkeit des Testsignals schaltbar.
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Bei
Vorliegen des Testsignals wird die Stromquelle kurz ein- und wieder ausgeschaltet.
Dabei wird von der Steueranordnung der aktuelle Wert der über der
Stromquelle abfallenden Zusatzspannung, also auch der Wert der am
zweiten Anschluss bereitgestellten Verbraucherspannung erfasst.
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In
einer weiteren Ausführungsform
umfasst der Ladungsspeicher eine Kapazität oder eine Supercap.
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In
einer Weiterbildung umfasst die Steueranordnung eine mit dem ersten
Anschluss gekoppelte, einstellbare Spannungsquelle, einen ersten
Komparator, eine Logikeinheit und einen Pulsgenerator. Die Spannungsquelle
ist zum Bereitstellen einer Additionsspannung ausgelegt. Der erste
Komparator weist einen invertierenden Eingang, der mit der einstellbaren
Spannungsquelle gekoppelt ist, einen nichtinvertierenden Eingang,
der mit dem zweiten Anschluss gekoppelt ist, und einen Ausgang,
der mit einem Eingang der Logikeinheit gekoppelt ist, auf. Die Logikeinheit
ist mit dem Signalausgang verbunden und weist einen Steuerausgang
zur Ansteuerung des Pulsgenerators auf. Der Pulsgenerator ist mit
dem Testausgang verbunden.
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Zu
der am ersten Anschluss der Ladeschaltung anliegenden Ladespannung
wird die Additionsspannung addiert und im ersten Komparator mit
der am zweiten Anschluss anliegenden Verbraucherspannung verglichen.
Der Pulsgenerator generiert das Testsignal, das beispielsweise rechteckförmige Testimpulse
aufweist. Ein Testimpuls des Testsignals bewirkt ein kurzzeitiges
Einschalten der Stromquelle und des damit verbundenen Verbrauchers,
also wird damit beispielsweise ein Testblitz ausgelöst. Die
Logikeinheit wertet das Ausgangssignal des ersten Komparators zum
Zeitpunkt des Vorliegens eines am Pulsgenerator bereitgestellten
Testimpulses aus. Hat der Wert der Zusatzspannung zum Zeitpunkt
des Testimpulses seinen Zielwert erreicht, erzeugt die Logikeinheit
das erste Ladezustandssignal, wodurch die Ladespannung abgeschaltet
wird.
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Vorteilhafterweise
wird durch einen Testimpuls des Testsignals jeweils der aktuelle
Wert der benötigten
Verbraucherspannung berücksichtigt.
Dadurch kann beim Laden des Ladungsspeichers genau der hierfür benötigte Wert
berücksichtigt
werden.
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Die
Logikeinheit ist vorzugsweise digital ausgeführt.
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In
einer weiteren Ausführungsform
ist eine mit dem ersten Komparator gekoppelte erste Speicherzelle
zur Speicherung des Zielwerts der Zusatzspannung vorgesehen.
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Die
Speicherung des Zielwerts der Zusatzspannung ermöglicht es, diesen Wert durch
einmaliges Ein- und Ausschalten der Stromquelle zu ermitteln, so
dass dies während
der Herstellung erfolgt und im Betrieb nicht vorgenommen werden
muss.
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In
einer Weiterbildung ist eine mit dem ersten Komparator gekoppelte
zweite Speicherzelle zur Speicherung eines Zielwerts der Verbraucherspannung
vorgesehen.
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Mit
Hilfe des gespeicherten Zielwerts der Verbraucherspannung kann ein
nachfolgender Ladezyklus weiter verbessert werden. Alterungseffekte werden
berücksichtigt.
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Eine
jeweilige Speicherzelle ist dabei in Form eines RAM, EEPROM-Speichers
oder einer einmal beschreibbaren Speicherzelle, OTP, implementiert.
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In
einer weiteren Ausführungsform
umfasst die Logikeinheit Mittel zur Messung der Verbraucherspannung
bezogen auf eine Temperatur und Mittel zur Anpassung des Zielwerts
der Verbraucherspannung in Abhängigkeit
der Messung.
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Damit
werden Temperatureffekte, die die Verbraucherspannung, also beispielsweise
die Vorwärtsspannung
einer Blitzlichtdiode, beeinflussen, erfasst und kompensiert.
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Dazu
wird in einer möglichen
Implementierung mit einem Heißleiterwiderstand,
englisch negative temperature coefficient thermistor, NTC, die Temperatur
des elektrischen Verbrauchers erfasst. Ausgehend von der bekannten
Temperaturabhängigkeit, beispielsweise
von –5
mV pro Grad Celsius, eines Verbrauchers, wie beispielsweise einer
Blitzlichtdiode, wird die gemessene Temperatur berücksichtigt Die
infolge dessen auftretende Änderung
der Verbraucherspannung wird kompensiert.
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Alternativ
wird die Temperatur näherungsweise
durch Messung der Umgebungstemperatur, beispielsweise der Temperatur
des Chips, bestimmt.
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Alternativ
wird die Temperatur des elektrischen Verbrauchers durch Messung
der Verbraucherspannung bei zwei unterschiedlichen Stromwerten gemäß einem
so genannten PTAT-, proportional to absolute temperature, verfahren,
ermittelt.
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In
einer weiteren Ausführungsform
umfasst die Ladeschaltung mindestens einen weiteren Anschluss, der
mit der Steueranordnung gekoppelt ist und mindestens eine weitere
Stromquelle, die mit dem ersten Anschluss und dem mindestens einen weiteren
Anschluss gekoppelt ist. Die mindestens eine weitere Stromquelle
ist in Abhängigkeit
des Testsignals schaltbar und ist zum Bereitstellen einer weiteren
Verbraucherspannung und zum Anschließen eines weiteren auf den
Bezugspotentialanschluss bezogenen elektrischen Verbrauchers ausgelegt. Dabei
ist das erste Ladezustandssignal zusätzlich in Abhängigkeit
eines Werts mindestens einer weiteren Zusatzspannung zwischen dem
ersten und dem mindestens einen weiteren Anschluss bereitgestellt.
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Damit
ist eine beliebige Anzahl von elektrischen Verbrauchern, beispielsweise
Blitzlichtdioden, mit Hilfe der Ladeschaltung und dem Ladungsspeicher
betreibbar. Jeder weitere elektrische Verbraucher wird über eine
weitere Stromquelle an den ersten Anschluss, parallel zum ersten
Verbraucher und dessen Stromquelle, angeschlossen. Ein Zielwert
der mindestens einen weiteren Zusatzspannung bemisst sich dabei
analog dem Zielwert der Zusatzspannung aus einer Summe umfassend
die Mindestspannung der mindestens einen weiteren Stromquelle und
die Deltaspannung des Ladungsspeichers.
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In
einer Weiterbildung weist die Steuerung mindestens einen weiteren
Komparator auf, mit einem invertierenden Eingang, der mit dem invertierenden
Eingang des ersten Komparators gekoppelt ist, mit einem nichtinvertierenden
Eingang, der mit dem mindestens einen weiteren Anschluss gekoppelt
ist und mit einem Ausgang, der mit mindestens einem weiteren Eingang
der Logikeinheit gekoppelt ist.
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Zur
Erfassung und Einstellung einer jeweiligen weiteren Zusatzspannung
und einer jeweiligen weiteren Verbraucherspannung wird jeweils ein
Komparator dem ersten Komparator parallel geschaltet. Durch eine
UND-Verknüpfung
der Ausgangssignale aller Komparatoren in der Logikeinheit wird
das erste Ladezustandssignal ermittelt. Somit ist sichergestellt, dass
an allen angeschlossenen Stromquellen die jeweils erforderliche
Zusatzspannung anliegt.
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In
einer weiteren Ausführungsform
weist die Steuerung zusätzlich
ein zwischen den invertierenden Eingang des ersten Komparators und
den zweiten Anschluss geschaltetes Abtasthalteglied auf. Einem Steuereingang
des Abtasthaltegliedes ist das Testsignal zugeführt. Das Abtasthalteglied ist
zum Erfassen eines Werts der Verbraucherspannung in Abhängigkeit
des Testsignals und zum Halten dieses Werts ausgelegt.
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Mit
dem Abtasthalteglied wird es ermöglicht, mit
nur einem Testimpuls des Testsignals einen Wert der Verbraucherspannung
zu erfassen, diesen Wert zu bewahren und ihn dem ersten Komparator
zuzuführen.
Damit wird die Ladeschaltung weiter optimiert.
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Das
Abtasthalteglied wird alternativ als Analog/Digital-Wandler und Digital/Analog-Wandler
mit einer angeschlossenen Speicherzelle realisiert. Damit wird der
Zielwert der Zusatzspannung innerhalb der Steueranordnung gespeichert.
Der Zielwert kann beispielsweise in einem nicht flüchtigen
Speicher abgelegt werden. Dadurch ist eine nur einmalige Kalibrierung
in der Produktion möglich.
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In
einer weiteren Ausführungsform
weist die Ladeschaltung eine Hilfsstromquelle auf, die mit dem zweiten
Anschluss gekoppelt ist und der eine Hilfsspannung in Funktion der
Ladespannung zugeführt ist.
Die Hilfsstromquelle ist dabei in Abhängigkeit des Testsignals schaltbar.
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Die
Hilfsstromquelle wird dabei zum Ermitteln des Werts der Verbraucherspannung
benötigt und
wird im realen Betrieb des elektrischen Verbrauchers, also beispielsweise
bei Auslösen
der Blitzlichtdiode, nicht verwendet. Um die Differenz zwischen der
an der Stromquelle und der an der Hilfsstromquelle abfallenden Spannung
zu berücksichtigen, wird
der Additionsspannung ein Pufferwert hinzugerechnet.
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In
einer Weiterbildung umfasst die Steueranordnung eine Maximalwerteinheit,
die ausgangsseitig mit dem Abtasthalteglied verbunden ist und der
die Verbraucherspannung, sowie mindestens die weitere Verbraucherspannung
zugeführt
sind. Die Ma ximalwerteinheit ist dabei zur Ermittlung eines höchsten Wertes
der zugeführten
Verbraucherspannungen ausgelegt.
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Bei
Betrieb von mehreren Verbrauchern an der Ladeschaltung wird dem
Abtasthalteglied die Maximalwerteinheit vorgeschaltet. Diese erfasst
den maximalen Wert der Verbraucherspannungen der angeschlossenen
Verbraucher.
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Vorteilhafterweise
ist auch hier ein einmaliger Testimpuls des Testsignals ausreichend,
um den Zielwert einer jeweiligen Zusatzspannung zu ermitteln.
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In
einer weiteren Ausführungsform
umfasst die Ladeschaltung einen zweiten Komparator und ein Logikgatter.
Der zweite Komparator weist einen nichtinvertierenden Eingang, der
mit dem ersten Anschluss gekoppelt ist, einen invertierenden Eingang zum
Zuführen
einer Maximalspannung und einen Ausgang zum Bereitstellen eines
zweiten Ladezustandssignals auf. Das Logikgatter umfasst einen Eingang
zum Zuführen
des ersten Ladezustandssignals, einen weiteren Eingang zum Zuführen des zweiten
Ladezustandssignals und einen Ausgang zum Bereitstellen eines Abschaltsignals.
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Mit
Hilfe des zweiten Komparators wird die Ladespannung mit der Maximalspannung
verglichen. Sobald die Ladespannung den Wert der Maximalspannung überschreitet,
wird das zweite Ladezustandssignal bereitgestellt. Dieses wird im
Logikgatter mit dem ersten Ladezustandssignal kombiniert. Aus dieser
Kombination ergibt sich das Abschaltsignal.
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Damit
ist die Ladespannung mit Vorteil zusätzlich auf eine Maximalspannung
einstellbar.
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Das
Logikgatter umfasst beispielsweise ein ODER-Gatter, so dass das
Abschaltsignal entweder bei Vorliegen des ersten Ladezustandssignals,
also bei Anliegen des Zielwerts der Zusatzspannung an der Stromquelle,
oder bei Vorliegen des zweiten Ladezustandssignals, wenn die Ladespannung
den Wert der Maximalspannung erreicht hat, erzeugt wird.
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In
einer Ausführungsform
weist eine Ansteuerschaltung eine Ladeschaltung, sowie einen DC/DC-Wandler
auf. Der DC/DC-Wandler
umfasst einen Eingang zum Anschließen einer auf den Bezugspotentialanschluss
bezogenen Energiequelle, einen Steuereingang zum Zuführen des
Abschaltsignals und einen Ausgang zum Bereitstellen der Ladespannung
in Abhängigkeit
des Abschaltsignals.
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Die
von der Energiequelle gelieferte Energie wird mit Hilfe des DC/DC-Wandlers
in die Ladespannung umgewandelt. Mit der Ladespannung wird der anschließbare Ladungsspeicher
solange aufgeladen, bis das Abschaltsignal vorliegt und der Ladezyklus beendet
ist.
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In
einer Ausführungsform
weist ein Verfahren zum Laden eines Ladungsspeichers folgende Schritte
auf:
- – Zuführen einer
Ladespannung zu dem Ladungsspeicher,
- – Einschalten
einer mit dem Ladungsspeicher gekoppelten Stromquelle oder einer
mit dem Ladungsspeicher gekoppelten Hilfsstromquelle,
- – Ermitteln
einer in Abhängigkeit
der Ladespannung abfallenden Zusatzspannung,
- – Ausschalten
der Stromquelle oder der Hilfsstromquelle,
- – Überprüfen, ob
ein ermittelter Wert der Zusatzspannung einen Wert einer Additionsspannung erreicht
hat,
- – falls
ja, Bereitstellen eines ersten Ladezustandssignals und Beenden des
Ladens, und
- – falls
nein, weiter Zuführen
der Ladespannung.
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Die
Ladespannung wird dem Ladungsspeicher solange zugeführt, bis
ein Wert der Zusatzspannung den Wert einer Additionsspannung erreicht
hat.
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Die
Zusatzspannung fällt
dabei zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss ab. Bevorzugt
fällt die
Zusatzspannung an der mit dem Ladungsspeicher gekoppelten Stromquelle
ab.
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In
einer Weiterbildung umfasst das Verfahren die Schritte:
- – Überprüfen, ob
ein Wert der Ladespannung einen Wert einer Maximalspannung erreicht
hat,
- – falls
ja, Bereitstellen eines zweiten Ladezustandssignals und Beenden
des Ladens, und
- – falls
nein, weiter Zuführen
der Ladespannung.
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Sobald
die Ladespannung den Wert der Maximalspannung erreicht hat, wird
der Ladezyklus beendet.
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Mit
dem Verfahren ist es vorteilhafterweise möglich, den Ladungsspeicher
genau auf einen benötigten
Energiewert aufzuladen. Dadurch werden die Leistungsaufnahme und
die Verlustleistung minimiert.
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Die
Erfindung wird nachfolgend an mehreren Ausführungsbeispielen anhand der
Figuren näher
erläutert.
Funktions- beziehungsweise wirkungsgleiche Bauelemente und Schaltungsteile
tragen gleiche Bezugszeichen. Insoweit sich Schaltungsteile oder
Bauelemente in ihrer Funktion entsprechen, wird deren Beschreibung
nicht in jeder der folgenden Figuren wiederholt.
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Es
zeigen:
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1 eine
erste beispielhafte Ausführungsform
einer Ansteuerschaltung nach dem vorgeschlagenen Prinzip,
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2 eine
zweite beispielhafte Ausführungsform
einer Ansteuerschaltung nach dem vorgeschlagenen Prinzip,
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3 eine
dritte beispielhafte Ausführungsform
einer Ansteuerschaltung nach dem vorgeschlagenen Prinzip,
-
4 eine
vierte beispielhafte Ausführungsform
einer Ansteuerschaltung nach dem vorgeschlagenen Prinzip, und
-
5 eine
Implementierungsmöglichkeit
einer Ansteuerschaltung nach dem vorgeschlagenen Prinzip.
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1 zeigt
eine erste beispielhafte Ausführungsform
einer Ansteuerschaltung nach dem vorgeschlagenen Prinzip. Die Ansteuerschaltung
umfasst eine Ladeschaltung LS und einen DC/DC-Wandler W. Die Ladeschaltung
LS weist einen ersten Anschluss A1 und einen zweiten Anschluss A2
auf. Ein Ausgang des Wandlers W ist mit dem ersten Anschluss A1
der Ladeschaltung LS verbunden. Des Weiteren sind dargestellt eine
mit einem Eingang des Wandlers W verbundene, auf einen Bezugspotentialanschluss 10 bezogene
Energiequelle B, ein mit dem ersten Anschluss A1 verbundener Ladungsspeicher SC,
sowie ein mit dem zweiten Anschluss A2 gekoppelter, elektrischer
Verbraucher D1. Der Ladungsspeicher SC und der elektrische Verbrau cher
D1 sind mit ihren jeweiligen anderen Anschlüssen auf den Bezugspotentialanschluss 10 bezogen.
Der elektrische Verbraucher D1 ist beispielhaft als Blitzlichtdiode
ausgeführt.
Der Wandler W ist als induktiver oder als kapazitiver DC/DC-Wandler ausgeführt. Die
Energiequelle B umfasst beispielsweise eine Batterie. Der Ladungsspeicher
SC ist beispielhaft als Supercap ausgeführt.
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Die
Ladeschaltung LS umfasst eine zwischen den ersten Anschluss A1 und
den zweiten Anschluss A2 geschaltete Stromquelle I1, eine Steueranordnung
ST, ein Logikgatter L, einen zweiten Komparator K2, sowie eine Maximalspannungsquelle
VM. Ein nichtinvertierender Eingang des zweiten Komparators K2 ist
mit dem ersten Anschluss A1 verbunden. Ein invertierender Eingang
des zweiten Komparators K2 ist zum Zuführen einer Maximalspannung UM
mit der auf den Bezugspotentialanschluss 10 bezogenen Maximalspannungsquelle
VM verbunden. Ein Eingang des Logikgatters L ist zum Zuführen eines
ersten Ladezustandssignals S1 mit einem Signalausgang A3 der Steueranordnung
ST gekoppelt. Ein zweiter Eingang des Logikgatters L ist zum Zuführen eines
zweiten Ladezustandssignals S2 mit dem Ausgang des zweiten Komparators
K2 gekoppelt. Ein Ausgang des Logikgatters L ist zum Bereitstellen
eines Abschaltsignals AS mit einem Steuereingang des Wandlers W
verbunden.
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Die
Steueranordnung ST weist eine Logikeinheit LE, einen Pulsgenerator
PG, einen ersten Komparator K1 und eine Spannungsquelle VA auf. Die
Spannungsquelle VA ist einerseits mit dem ersten Anschluss A1 der
Ladeschaltung LS und andererseits mit einem invertierenden Eingang
des ersten Komparators K1 gekoppelt. Die Spannungsquelle VA stellt
eine einstellbare Additionsspannung UA bereit. Ein nichtinvertierender
Eingang des ersten Komparators K1 ist mit dem zweiten Anschluss
A2 der Ladeschaltung LS verbunden. Ein Ausgang des ersten Komparators
K1 ist mit einem Eingang der Logikeinheit LE gekoppelt. Ein Steuerausgang
SA der Logikeinheit LE ist mit einem Eingang des Pulsgenerators PG
verbunden. Ein Ausgang des Pulsgenerators PG ist mit einem Testausgang
TA der Steueranordnung ST zum Bereitstellen eines Testsignals ON
verbunden. Der Testausgang TA ist mit der Stromquelle I1 zu deren
Steuerung gekoppelt.
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Die
von der Spannungsquelle VA bereitgestellte, einstellbare Additionsspannung
UA umfasst eine Summe aufweisend eine Mindestspannung der Stromquelle
I1 und eine Deltaspannung des Ladungsspeichers SC. Die Deltaspannung
des Ladungsspeichers SC entspricht einem Spannungsabfall am Ladungsspeicher
SC im Verlauf des Bereitstellens der gespeicherten Ladung. Die Mindestspannung
der Stromquelle I1 entspricht einer Spannung, die zum Betrieb der
Stromquelle I1 mindestens erforderlich ist. Die Maximalspannung
UM ist ein maximaler Wert einer Spannung, auf die der Ladungsspeicher
SC aufgeladen werden kann.
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Mit
Hilfe der Energiequelle B stellt der Wandler W an seinem Ausgang
in Abhängigkeit
des Abschaltsignals AS eine Ladespannung UC bereit. Die Ladespannung
UC wird dem ersten Anschluss A1, also sowohl der Ladeschaltung LS
als auch dem Ladungsspeicher SC zugeführt. Durch das Testsignal ON
wird die Stromquelle I1 mehrmals ein- und ausgeschaltet. Während dieser
kurzen Einschaltzeiten wird eine über der Spannungsquelle I1
abfallende Zusatzspannung U12 unter Berücksichtigung einer an der Blitzlichtdiode
D1 abfallenden Verbraucherspannung UD daraufhin überprüft, ob eine Spannung des Ladungsspeichers
SC bereits ausreicht, um die Blitzlichtdiode D1 mittels eines Auslösesignals
F auszulösen.
Die Zusatzspannung U12 wird mit Hilfe der Additionsspannung UA angepasst.
Sobald die Zusatzspannung U12 ihren Zielwert, nämlich den Wert der Additionsspannung
UA erreicht hat, schaltet der Ausgang des ersten Komparators K1
um. Die Logikeinheit LE wertet dieses Ergebnis bei gleichzeitigem Vorliegen
eines Testimpulses des Testsignals ON aus und stellt dieses Ergebnis
am Signalausgang A3 in Form des ersten Ladezustandssignals S1 bereit. Infolgedessen
schaltet der Ausgang des beispielsweise eine ODER-Funktion implementierenden
Logikgatters L um und das Abschaltsignal AS bewirkt ein Ausschalten
des Wandlers W, sowie ein Abschalten der Ladespannung UC. Der Ladezyklus
ist beendet.
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Gleichzeitig
wird mit Hilfe des zweiten Komparators überprüft, ob die Spannung am Ladungsspeicher
SC den Wert der Maximalspannung UM erreicht hat. Sobald dies der
Fall ist, wird der Ausgang des Logikgatters L über das zweite Ladezustandssignal
S2 umgeschaltet, wodurch der Wandler W durch das Abschaltesignal
AS ausgeschaltet wird.
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Solange
weder das erste noch das zweite Ladezustandssignal S1 oder S2 vorliegen,
stellt der Wandler W an seinem Ausgang weiter die Ladespannung UC
bereit.
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Dadurch,
dass der Ladungsspeicher SC genau auf den Spannungswert, der während der
Dauer des Auslösens
der Blitzlichtdiode D1 benötigt
wird, aufgeladen wird, wird die Leistungsaufnahme minimiert. Gleichzeitig
erübrigt
sich das Abführen überschüssiger Energie
in der Stromquelle I1. Dies ermöglicht
die Integration der Stromquelle I1 bei Realisierung der gezeigten
Ansteuerschaltung auf einem Chip.
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2 zeigt
eine zweite beispielhafte Ausführungsform
einer Ansteuerschaltung nach dem vorgeschlagenen Prinzip. Diese
An steuerschaltung entspricht der Ansteuerschaltung aus 1,
wobei ein weiterer Anschluss A22 vorgesehen ist, um einen weiteren
elektrischen Verbraucher D2 anzuschließen. Der weitere Verbraucher
D2 ist ebenfalls beispielhaft als Blitzlichtdiode ausgeführt. Die
Ladeschaltung LS umfasst zusätzlich
eine weitere Stromquelle I2, die einerseits mit dem ersten Anschluss
A1 und andererseits mit dem weiteren Anschluss A22 verbunden ist.
Die weitere Stromquelle I2 ist ebenfalls mit dem Testsignal ON schaltbar. Über der
weiteren Stromquelle I2 fällt
eine weitere Zusatzspannung U122 ab. Die weitere Stromquelle I2
stellt eine weitere Verbraucherspannung UD2 bereit. Zur Erfassung
und Anpassung der weiteren Zusatzspannung U122 ist innerhalb der
Steueranordnung ST ein weiterer Komparator K12 vorgesehen. Ein invertierender Eingang
des weiteren Komparators K12 ist mit dem invertierenden Eingang
des ersten Komparators K1 verbunden. Ein nichtinvertierender Eingang
des weiteren Komparators K12 ist mit dem weiteren Anschluss A22
verbunden. Ein Ausgang des weiteren Komparators K12 ist mit der
Logikeinheit LE gekoppelt. Das Ausgangssignal des ersten Komparators K1
wird dabei in der Logikeinheit LE mit einem Ausgangssignal des weiteren
Komparators K12 mit einer UND-Funktion verknüpft.
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Zeitgleich
zur Zusatzspannung U12 wird ein Wert der weiteren Zusatzspannung
U122 in entsprechender Weise wie unter 1 beschrieben
durch Zuführen
der Ladespannung UC auf den Wert der Additionsspannung UA aufgeladen.
Haben sowohl die Zusatzspannung U12, als auch die weitere Zusatzspannung
U122 diesen Wert erreicht, so wird das erste Ladezustandssignal
S1 gesetzt und der Wandler W wird über das Abschaltesignal AS
abgeschaltet.
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Nach
dem gleichen Prinzip können
beliebig viele weitere elektrische Verbraucher parallel angeschlossen
und mit Hilfe der Ansteuerschaltung betrieben werden.
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3 zeigt
eine dritte beispielhafte Ausführungsform
einer Ansteuerschaltung nach dem vorgeschlagenen Prinzip. Die dargestellte
Ansteuerschaltung entspricht der Ansteuerschaltung von 1, wobei
in der Ladeschaltung LS zusätzlich
eine Hilfsstromquelle IH und in der Steueranordnung ST zusätzlich ein
Abtasthalteglied SH vorgesehen sind. Der Hilfsstromquelle IH ist
eine vom Wandler W bereitgestellte Hilfsspannung UH als Funktion
der Ladespannung UC zugeführt.
Die Hilfsstromquelle IH ist mittels des Testsignals ON schaltbar.
Das Abtasthalteglied SH ist zwischen den zweiten Anschluss A2 und
den nichtinvertierenden Eingang des ersten Komparators K1 geschaltet.
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Das
Abtasthalteglied SH ist ebenfalls über einen Steuereingang vom
Testsignal ON gesteuert. Das Abtasthalteglied SH nimmt einen zum
Zeitpunkt des Vorliegens eines Testimpulses des Testsignals ON an
seinem Eingang anliegenden Wert der Verbraucherspannung UD auf,
hält diesen
Wert und stellt ihn an seinem Ausgang bereit. Die Verbraucherspannung
UD umfasst in diesem Beispiel eine Vorwärtsspannung der Blitzlichtdiode
D1. Somit wird der Ladungsspeicher SC auf eine Spannung, die aus
einer Summe aufweisend die Verbraucherspannung UD und die Additionsspannung
UA gebildet ist, aufgeladen.
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Mit
Vorteil ist aufgrund des Abtasthaltegliedes SH nur mehr ein einmaliger
Testimpuls des Testsignals ON erforderlich, um den Zielwert der
Verbraucherspannung UD zu erfassen. Dieser einmalige Test wird vorzugsweise
während
der Herstellung durchgeführt.
Das Abtasthalteglied SH ist vorzugsweise als Analog/Digital-Wandler
und Digital/Analog-Wandler und nicht flüchtiger Speicher ausgeführt, damit
der Zielwert auch ohne Versorgung gespeichert wird.
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4 zeigt
ein viertes Ausführungsbeispiel einer
Ansteuerschaltung nach dem vorgeschlagenen Prinzip. Diese Ausführungsform
entspricht der Ausführungsform
von 3, wobei zusätzlich
der weitere elektrische Verbraucher D2 parallel zum elektrischen
Verbraucher D1 an die Ansteuerschaltung angeschlossen ist. Dazu
weist die Ladeschaltung LS entsprechend der in 2 beschriebenen
Ausführungsform
den weiteren Anschluss A22 auf, an den der weitere Verbraucher D2
angeschlossen ist. Die Ladeschaltung LS umfasst zusätzlich die
weitere Stromquelle I2, sowie eine weitere Hilfsstromquelle IH2.
Die weitere Hilfsstromquelle IH2 ist einerseits zum Zuführen der
Hilfsspannung UH mit dem Ausgang des Wandlers W und andererseits
mit dem weiteren Anschluss A22 gekoppelt. Die Steueranordnung ST
weist zusätzlich
eine Maximalwerteinheit ME auf. Diese ist dem Abtasthalteglied SH
vorgeschaltet.
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Die
Maximalwerteinheit ME ermittelt einen maximalen Wert aller ihren
Eingängen
zugeführten Werten
der Verbraucherspannungen UD1 und UD2. Somit wird beim Laden des
Ladungsspeichers SC der maximale Wert der Verbraucherspannungen
UD1 und UD2 berücksichtigt,
also im Fall von Blitzlichtdioden die maximale Vorwärtsspannung.
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Das
Abtasthalteglied SH kann alternativ als Analog/Digital-Wandler oder Digital/Analog-Wandler in
Verbindung mit einer Speicherzelle zum Speichern des Wertes der
Verbraucherspannungen, bei dem der Ladezyklus beendet ist, ausgeführt sein.
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In
einer alternativen Ausführungsform
liefert eine jede Hilfsstromquelle IH, IH2 einen von der jeweiligen
Stromquelle I1, I2 verschiedenen Strom. Um diese auszugleichen,
wird die Additionsspannung UA entsprechend erhöht.
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In
einer weiteren alternativen Ausführungsform
wird eine Hilfsstromquelle nach der anderen ein- und ausgeschaltet
und der maximale Wert der Verbraucherspannungen der angeschlossenen
Verbraucher ermittelt.
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5 zeigt
eine beispielhafte Implementierung einer Ansteuerschaltung nach
dem vorgeschlagenen Prinzip auf einem Chip. Der Chip C umfasst den
Wandler W, die Steueranordnung ST, eine Schnittstellensteuerung
ST1, eine Ladestromquelle IC, sowie die Stromquelle I1, die weitere
Stromquelle I2, die Hilfsstromquelle IH und die weitere Hilfsstromquelle
IH2. Der Wandler W ist in Verbindung mit einer extern angeschlossenen
Induktivität
L1 als induktiver Wandler ausgeführt.
Dem Wandler W wird von der Energiequelle B über eine Eingangskapazitat
C1 Energie zugeführt.
Die vom Wandler W bereitgestellte Ladespannung UC wird an einem
Ausgang des Chips C über
eine Ausgangskapazität
C2 bereitgestellt. Des Weiteren wird die Ladespannung UC über die
Ladestromquelle IC an einem weiteren Ausgang des Chips C einem ersten
und einem zweiten Ladungsspeicher SC1, SC2 zugeführt. Die beiden Ladungsspeicher
SC1 und SC2 sind dabei in Reihe geschaltet und auf den Bezugspotentialanschluss 10 bezogen.
An zwei weiteren Anschlüssen
des Chips C ist jeweils ein elektrischer Verbraucher, beispielsweise
eine Blitzlichtdiode, D1, D2 angeschlossen.
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Vorteilhafterweise
sind alle Stromquellen I1, I2, IH, IH2 in den Chip C integriert,
da aufgrund des vorgeschlagenen Prinzips die angeschlossenen Ladungsspeicher
SC1 und SC2 ledig lich genau auf den für den Betrieb der Blitzlichtdioden
D1 und D2 im Moment des Auslösens
des Blitzes erforderlichen Wert der Ladespannung UC aufgeladen sind.
Ein Abführen überschüssiger Energie
aufgrund eines alleinigen Aufladens des ersten und des zweiten Ladungsspeichers
SC1 und SC2 auf die Maximalspannung erübrigt sich.
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- 10
- Bezugspotentialanschluss
- AS
- Abschaltesignal
- S1,
S2
- Ladezustandssignal
- A1,
A2, A22
- Anschluss
- A3
- Ausgang
- TA
- Testausgang
- K1,
K2, K12
- Komparator
- SH
- Abtasthalteglied
- ST
- Steueranordnung
- PG
- Pulsgenerator
- LE
- Logikeinheit
- L
- Logikgatter
- D1,
D2
- Verbraucher
- B
- Energiequelle
- I1,
I2, IC
- Stromquelle
- UD1,
UD2
- Verbraucherspannung
- ON
- Testsignal
- UC
- Ladespannung
- UH
- Hilfsspannung
- UM
- Maximalspannung
- U12
- Zusatzspannung
- UA
- Additionsspannung
- SC,
SC1, SC2
- Ladungsspeicher
- ME
- Maximalwerteinheit
- W
- DC/DC-Wandler
- C1,
C2
- Kapazität
- LS
- Ladeschaltung
- VM,
VA
- Spannungsquelle
- SA
- Steuerausgang
- F
- Auslösesignal
- IH,
IH2
- Hilfsstromquelle
- C
- Chip
- ST1
- Schnittstellensteuerung