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Die Erfindung betrifft ein bidirektionales drahtloses Lade-/Entladegerät mit einer Bypass-Steuerung, insbesondere ein bidirektionales drahtloses Lade-/Entladegerät mit einer Bypass-Steuerung, durch das der bidirektionale drahtlose Sende-/Empfangsbetrieb erfüllt ist. Während des drahtlosen Sendebetriebs kann auf eine Akkuversorgung verzichtet werden, wenn eine externe Energiequelle zur Bereitstellung der elektrischen Funkenergie angeschlossen ist. Während des drahtlosen Empfangsbetriebs erfolgt der drahtlose Empfang der elektrischen Energie, um das Handheld-Gerät und die Last aufzuladen. Hierdurch ergibt sich das bidirektionale drahtlose Auf-/Entladen, wobei die Standzeit des Akkus und der Wirkungsgrad der eingesetzten elektrischen Energie erhöht werden.
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Mit der wachsenden Beliebtheit von tragbaren elektronischen Geräten wird die drahtlose Aufladung immer üblicher. Wir können uns vorstellen, dass die drahtlose Aufladung in der Zukunft überall ermöglicht ist.
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Die überall verfügbare, drahtlose Aufladung hat große Bequemlichkeit erbracht. Ganz egal, ob es sich um drahtgebundenes oder drahtloses Aufladen handelt, kann die zu Beginn des Ladevorgangs entstehende Sprungwelle kumulative Schäden an Akkus verursachen, was zur Verringerung der Akkulaufzeit führt. Das heißt, die Lebensdauer des Akkus verringert sich mit der zunehmenden Anzahl von Ladezyklen. Gleichzeitig wird der Wirkungsgrad beim Laden und Entladen immer schlimmer.
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Beim herkömmlichen drahtlosen Aufladen handelt es sich meist nur um eine unidirektionale Aufladung. Das heißt, der Empfänger kann immer nur Empfangsaufgabe und der Sender immer nur Sendeaufgabe erfüllen. Es wurde ein bidirektionales drahtloses Lade-/Entladegerät entwickelt, bei dem eine gegenseitige Umschaltung zwischen dem oben erwähnten, unidirektional wirkenden Sender und Empfänger erfolgt, um den Sende- und Empfangsvorgang umgekehrt auf den Empfangs- bzw. Sendevorgang umzuschalten. Jedoch wird der Wirkungsgrad der bidirektionalen drahtlosen Aufladung aufgrund des Akkubetriebs beeinträchtigt.
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Beim herkömmlichen drahtlosen Ladegerät stellt der Akku die drahtlose Energiequelle zur Verfügung, was zur Verringerung der Standzeit des Akkus und des Wirkungsgrads beim Senden der elektrischen Energie führt.
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Durch die Erfindung wird ein bidirektionales drahtloses Lade-/Entladegerät bereitgestellt, das mit einer Bypass-Steuerung versehen ist und durch das der bidirektionale drahtlose Sende-/Empfangsbetrieb erfüllt ist, wobei während des drahtlosen Sendebetriebs auf die Akkuversorgung verzichtet werden kann, wenn eine externe Energiequelle zur Bereitstellung einer elektrischen Funkenergie angeschlossen wird. Wenn die externe Energiequelle hingegen nicht erfasst wird, dann ein Sendebetrieb aktiviert wird, in dem ein Akku der drahtlosen Sende-/Empfangseinheit die elektrische Funkenergie zur Verfügung stellt. Während des drahtlosen Empfangsbetriebs kann der Rückflussverhinderer mit einem Handheld-Gerät verbunden sein, wobei die Optionsausgabe-Schaltereinheit mit einer Last verbindbar ist, um das Handheld-Gerät und die Last mit der drahtlos empfangenen, elektrischen Energie aufzuladen. Hierdurch ergibt sich das bidirektionale drahtlose Auf-/Entladen, wobei die Standzeit des Akkus und der Wirkungsgrad der eingesetzten elektrischen Energie erhöht werden.
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Die Erfindung weist insbesondere die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale auf. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Gemäß der Erfindung wird ein bidirektionales drahtloses Lade-/Entladegerät mit einer Bypass-Steuerung, das Folgendes aufweist:
eine Logik-Steuereinheit;
eine drahtlose Sende-/Empfangseinheit, die mit der Logik-Steuereinheit verbunden ist;
einen Vollbrückenwechselrichter, der mit der drahtlosen Sende-/Empfangseinheit und der Logik-Steuereinheit verbunden ist;
eine Hoch-/Heruntertransformiereinheit, die mit dem Vollbrückenwechselrichter und der Logik-Steuereinheit verbunden ist;
eine Entladungs-Schaltereinheit, die einen Akkuanschluss, einen Signalsteueranschluss und einen Ausgang aufweist, wobei der Signalsteueranschluss mit der Logik-Steuereinheit verbunden ist, während der Ausgang mit der Hoch-/Heruntertransformiereinheit verbunden ist;
einen Steuerschalter, der einerseits mit dem Akkuanschluss und andererseits über eine erste Diode mit dem Signalsteueranschluss der Entladungs-Schaltereinheit verbunden ist; und
einen Akku, der mit dem Akkuanschluss der Entladungs-Schaltereinheit verbunden ist;
einen Rückflussverhinderer, der einen Eingang, einen Ausgang und einen Steueranschluss aufweist, wobei der Eingang mit einem Ende eines ersten Widerstands und einem Ladeanschluss verbunden ist, wobei das andere Ende des ersten Widerstands mit der Logik-Steuereinheit und einem Ende eines zweiten Widerstands verbunden ist, und wobei das andere Ende des zweiten Widerstands geerdet ist, und wobei der Ausgang zwischen der Entladungs-Schaltereinheit und der Hoch-/Heruntertransformiereinheit geschaltet ist, und wobei der Steueranschluss mit der Logik-Steuereinheit verbunden ist; und
eine Optionsausgabe-Schaltereinheit, die einen Optionsausgabe-Verbindungsanschluss, einen Optionsausgabeanschluss und einen Optionsausgabe-Signalsteueranschluss aufweist, wobei der Optionsausgabe-Verbindungsanschluss mit dem Ausgang des Rückflussuerhinderers, dem Ausgang der Entladungs-Schaltereinheit und der Hoch-/Heruntertransformiereinheit verbunden ist, und wobei der Optionsausgabe-Signalsteueranschluss mit der Logik-Steuereinheit verbunden ist.
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Wenn ein Sendemodus betätigt, der Ladeanschluss des Rückflussverhinderers mit der externen Energiequelle verbunden wird, wird der Rückflussverhinderer von der Logik-Steuereinheit eingeschaltet, sodass die Entladungs-Schaltereinheit ausgeschaltet wird. Die Eingangsspannung der externen Energiequelle wird durch die Hoch-/Heruntertransformiereinheit hochtransformiert, woraufhin der Gleichstrom durch den Vollbrückenwechselrichter in den Wechselstrom umgewandelt wird, der dann von der Spule in der drahtlosen Sende-/Empfangseinheit erfasst wird, um die elektrische Funkenergie bereitzustellen. Auf diese Weise erfolgt die drahtlose Aufladung, wenn ein elektronisches Produkt an der gegenüberliegenden Seite die von der drahtlosen Sende-/Empfangseinheit ausgesendete, elektrische Funkenergie erfasst. Wird eine externe Energiequelle angeschlossen und für den zweiten Sendebetrieb [unter Stromversorgung durch eine externe Energiequelle] zur Verfügung gestellt, wird auf die Stromversorgung aus dem Akku verzichtet. Wird die externe Energiequelle hingegen nicht erfasst, dann wird der erste Sendebetrieb aktiviert. In diesem Fall stellt der Akku der drahtlosen Sende-/Empfangseinheit die elektrische Funkenergie zur Verfügung.
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Wenn ein Empfangsmodus betätigt, der Rückflussverhinderer mit einem Handheld-Gerät verbunden und die Optionsausgabe-Schaltereinheit mit einer Last verbunden wird, dann werden der Rückflussverhinderer und die Optionsausgabe-Schaltereinheit durch die Logik-Steuereinheit aktiviert, sodass die von der Sende-/Empfangseinheit empfangene elektrische Energie durch den Vollbrückenwechselrichter vollständig von Wechselspannung in Gleichspannung umgewandelt wird. Danach wird die Gleichspannung durch die Hoch-/Heruntertransformiereinheit so heruntertransformiert, dass die heruntertransformierte Gleichspannung den Rückflussverhinderer und die Optionsausgabe-Schaltereinheit durchfließt. Damit können das Handheld-Gerät und die Last mit der drahtlos empfangenen, elektrischen Energie aufgeladen werden. Hierdurch ergibt sich der drahtlose Empfang der elektrischen Energie.
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Auf diese Weise kann das erfindungsgemäße bidirektionale drahtlose Lade-/Entladegerät den bidirektionalen drahtlosen Sende- und Empfangsmodus aufweisen. Während des drahtlosen Sendemodus kann entweder der Akku oder die externe Energiequelle die Funkenergie bereitstellen. Während des drahtlosen Empfangsmodus können das Handheld-Gerät und die Last mit der drahtlos empfangenen, elektrischen Energie aufgeladen werden. Hierdurch ergibt sich das bidirektionale drahtlose Auf-/Entladen, wobei die Standzeit des Akkus und der Wirkungsgrad der eingesetzten elektrischen Energie erhöht werden.
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Im Folgenden werden die Erfindung und ihre Ausgestaltungen anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt
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1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen drahtlosen Ladegeräts; und
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2 einen Schaltplan des Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen drahtlosen Ladegeräts.
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In 1 und 2 weist ein erfindungsgemäßes bidirektionales drahtloses Lade-/Entladegerät mit einer Bypass-Steuerung eine Logik-Steuereinheit 10, eine mit der Logik-Steuereinheit 10 verbundene, drahtlose Sende-/Empfangseinheit 20, einen mit der drahtlosen Sende-/Empfangseinheit 20 und der Logik-Steuereinheit 10 verbundenen Vollbrückenwechselrichter 30, eine mit dem Vollbrückenwechselrichter 30 und der Logik-Steuereinheit 10 verbundene Hoch-/Heruntertransformiereinheit 40, eine Entladungs-Schaltereinheit 50, einen Steuerschalter 53, einen Rückflussverhinderer 60 und eine Optionsausgabe-Schaltereinheit 80 auf.
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Die Entladungs-Schaltereinheit 50 weist einen Akkuanschluss 501, einen Signalsteueranschluss 502 und einen Ausgang 503 auf. Der Signalsteueranschluss 502 ist mit der Logik-Steuereinheit 10 verbunden, während der Ausgang 503 mit der Hoch-/Heruntertransformiereinheit 40 verbunden ist. Der Akkuanschluss 501 ist ferner mit einem Akku 70 verbunden.
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Der Steuerschalter 53 ist einerseits mit einem Akkuanschluss 501 und andererseits über eine erste Diode 531 mit dem Signalsteueranschluss 502 verbunden. Der Steuerschalter 53 ist zum Beispiel ein automatischer Rückstellschalter.
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Der Rückflussverhinderer 60 weist einen Eingang 601, einen Ausgang 603 und einen Steueranschluss 602 auf. Der Eingang 601 ist mit einem Ende eines ersten Widerstands 611 und einem Ladeanschluss 612 verbunden. Der Ladeanschluss 612 des Rückflussverhinderers 60 ist mit einer externen Energiequelle [nicht gezeigt] verbunden. Das andere Ende des ersten Widerstands 611 ist mit der Logik-Steuereinheit 10 und einem Ende eines zweiten Widerstands 613 verbunden. Das andere Ende des zweiten Widerstands 613 ist geerdet. Der Ausgang 603 ist zwischen der Entladungs-Schaltereinheit 50 und der Hoch-/Heruntertransformiereinheit 40 geschaltet. Der Steueranschluss 602 ist mit der Logik-Steuereinheit 10 verbunden.
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Die Optionsausgabe-Schaltereinheit 80 weist einen Optionsausgabe-Verbindungsanschluss 802, einen Optionsausgabeanschluss 801 und einen Optionsausgabe-Signalsteueranschluss 803 auf. Der Optionsausgabe-Verbindungsanschluss 802 ist mit dem Ausgang 603 des Rückflussverhinderers 60, dem Ausgang 503 der Entladungs-Schaltereinheit 50 und der Hoch-/Heruntertransformiereinheit 40 verbunden, wobei der Optionsausgabe-Signalsteueranschluss 803 mit der Logik-Steuereinheit 10 verbunden ist. Der Optionsausgabeanschluss 801 der Optionsausgabe-Schaltereinheit 80 ist mit einer Last [nicht gezeigt] verbunden.
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Wenn ein Sendemodus betätigt, der Ladeanschluss 612 des Rückflussverhinderers 60 mit der externen Energiequelle [nicht gezeigt] verbunden wird, wird der Rückflussverhinderer 60 von der Logik-Steuereinheit 10 eingeschaltet, sodass die Entladungs-Schaltereinheit 50 ausgeschaltet wird. Die Eingangsspannung der externen Energiequelle wird durch die Hoch-/Heruntertransformiereinheit 40 hochtransformiert, woraufhin der Gleichstrom durch den Vollbrückenwechselrichter 30 in den Wechselstrom umgewandelt wird, der dann von der Spule in der drahtlosen Sende-/Empfangseinheit 20 erfasst wird, um die elektrische Funkenergie bereitzustellen. Auf diese Weise erfolgt die drahtlose Aufladung, wenn ein elektronisches Produkt an der gegenüberliegenden Seite die von der drahtlosen Sende-/Empfangseinheit 20 ausgesendete, elektrische Funkenergie erfasst. Wird eine externe Energiequelle angeschlossen und für den zweiten Sendebetrieb [unter Stromversorgung durch eine externe Energiequelle] zur Verfügung gestellt, wird auf die Stromversorgung aus dem Akku 70 verzichtet. Wird die externe Energiequelle hingegen nicht erfasst, dann wird der erste Sendebetrieb aktiviert. in diesem Fall stellt der Akku 70 der drahtlosen Sende-/Empfangseinheit 20 die elektrische Funkenergie zur Verfügung.
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Wenn ein Empfangsmodus betätigt, der Rückflussverhinderer 60 mit einem Handheld-Gerät [nicht gezeigt] verbunden und die Optionsausgabe-Schaltereinheit 80 mit einer Last [nicht gezeigt] verbunden wird, dann werden der Rückflussverhinderer 60 und die Optionsausgabe-Schaltereinheit 80 durch die Logik-Steuereinheit 10 aktiviert, sodass die von der Sende-/Empfangseinheit 20 empfangene elektrische Energie durch den Vollbrückenwechselrichter 30 vollständig von Wechselspannung in Gleichspannung umgewandelt wird. Danach wird die Gleichspannung durch die Hoch-/Heruntertransformiereinheit 40 so heruntertransformiert, dass die heruntertransformierte Gleichspannung den Rückflussverhinderer 60 und die Optionsausgabe-Schaltereinheit 80 durchfließt. Damit können das Handheld-Gerät und die Last mit der drahtlos empfangenen, elektrischen Energie aufgeladen werden. Hierdurch ergibt sich der drahtlose Empfang der elektrischen Energie.
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Auf diese Weise kann das erfindungsgemäße bidirektionale drahtlose Lade-/Entladegerät den bidirektionalen drahtlosen Sende- und Empfangsmodus aufweisen. Während des drahtlosen Sendemodus kann entweder der Akku oder die externe Energiequelle die Funkenergie bereitstellen. Während des drahtlosen Empfangsmodus können das Handheld-Gerät und die Last mit der drahtlos empfangenen, elektrischen Energie aufgeladen werden. Hierdurch findet das bidirektionale drahtlose Auf-/Entladen statt.
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Der Rückflussverhinderer 60 weist einen ersten Transistor 64, einen zweiten Transistor 65, einen dritten Widerstand 66, einen ersten Bipolartransistor 67 und einen vierten Widerstand 68 auf. Der erste Transistor 64 und der zweite Transistor 65 weisen jeweils einen Drain-Anschluss 641, 651, einen Source-Anschluss 642, 652 und einem Gate-Anschluss 643, 653 auf. Der dritte Widerstand 66 ist einerseits mit dem Source-Anschluss 642, 652 des ersten Transistors 64 und des zweiten Transistors 65 und andererseits mit dem Gate-Anschluss 643, 653 des ersten Transistors 64 und des zweiten Transistors 65 sowie dem ersten Bipolartransistor 67 verbunden. Der erste Bipolartransistor 67 weist einen Basisanschluss 671, einen Kollektaranschluss 672 und einen Emitteranschluss 673 auf. Der Kollektoranschluss 672 ist mit dem anderen Ende des dritten Widerstands 66 verbunden, wobei der Emitteranschluss 673 geerdet ist, während der Basisanschluss 671 über den vierten Widerstand 68 mit der Logik-Steuereinheit 10 verbunden ist. Der erste Transistor 64 und der zweite Transistor 65 sind als Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor ausgeführt.
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Die Entladungs-Schaltereinheit 50 weist einen dritten Transistor 54, einen vierten Transistor 55, einen fünften Widerstand 56, einen sechsten Widerstand 58 und einen zweiten Bipolartransistor 57 auf. Der dritte Transistor 54 und der vierte Transistor 55 weisen jeweils einen Drain-Anschluss 541, 551, einen Source-Anschluss 542, 552 und einen Gate-Anschluss 543, 553 auf. Der fünfte Widerstand 56 ist einerseits mit dem Source-Anschluss 542, 552 des dritten Transistors 54 und des vierten Transistors 55 und andererseits mit dem Gate-Anschluss 543, 553 des dritten Transistors 54 und des vierten Transistors 55 sowie dem zweiten Bipolartransistor 57 verbunden, Der zweite Bipolartransistor 57 weist einen Basisanschluss 571, einen Kollektoranschluss 572 und einen Emitteranschluss 573 auf. Der Kollektoranschluss 572 ist mit dem anderen Ende des fünften Widerstands 56 verbunden, wobei der Emitteranschluss 573 geerdet ist, während der Basisanschluss 571 über einen sechsten Widerstand 58 mit dem Signalsteueranschluss 502 verbunden ist. Der dritte Transistor 54 und der vierte Transistor 55 sind als Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor ausgeführt.
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Die Hoch-/Heruntertransformiereinheit 40 weist einen Induktor 41, einen fünften Transistor 42, einen sechsten Transistor 43 und einen Kondensator 44 auf. Der Induktor 41 ist einerseits mit dem Rückflussverhinderer 60 und der Entladungs-Schaltereinheit 50 verbunden und andererseits zwischen dem fünften Transistor 42 und dem sechsten Transistor 43 geschaltet. Der fünfte Transistor 42 und der sechste Transistor 43 weisen jeweils einen Drain-Anschluss 421, 431, einen Source-Anschluss 422, 432 und einen Gate-Anschluss 423, 433 auf. Der Source-Anschluss 422 des fünften Transistors 42 ist mit dem Drain-Anschluss 431 des sechsten Transistors 43 verbunden, während der Drain-Anschluss 421 des fünften Transistors 42 mit einem Ende des Kondensators 44 und dem Vollbrückenwechselrichter 30 verbunden ist. Das andere Ende des Kondensators 44 ist geerdet. Der fünfte Transistor 42 und der sechste Transistor 43 sind als Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor ausgeführt.
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Der Vollbrückenwechselrichter 30 weist einen ersten Kontaktfuß 31, einen zweiten Kontaktfuß 32, einen dritten Kontaktfuß 33 und einen vierten Kontaktfuß 34 auf. Der erste Kontaktfuß 31 ist mit der Hoch-/Heruntertransformiereinheit 40 verbunden, während der zweite Kontaktfuß 32 und der vierte Kontaktfuß 34 mit der drahtlosen Sende-/Empfangseinheit verbunden sind. Der dritte Kontaktfuß 33 ist geerdet. Der Vollbrückenwechselrichter 30 weist ferner einen siebten Transistor 35, einen achten Transistor 36, einen neunten Transistor 37 und einen zehnten Transistor 38 auf. Der siebte Transistor 35, der achte Transistor 36, der neunte Transistor 37 und der zehnte Transistor 38 sind mit je einem Gate-Anschluss 351, 361, 371, 381 versehen und über diesen mit der Logik-Steuereinheit 10 verbunden. Der siebte Transistor 35, der achte Transistor 36, der neunte Transistor 37 und der zehnte Transistor 38 sind als Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor ausgeführt.
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Die Optionsausgabe-Schaltereinheit 80 weist ferner einen elften Transistor 81, einen zwölften Transistor 82, einen siebten Widerstand 83, einen achten Widerstand 84 und einen dritten Bipolartransistor 85 auf. Der elfte Transistor 81 und der zwölfte Transistor 82 weisen jeweils einen Drain-Anschluss 811, 821, einen Source-Anschluss 812, 822 und einen Gate-Anschluss 813, 823 auf. Der siebte Widerstand 83 ist einerseits mit dem Source-Anschluss 812, 822 des elften Transistors 81 und des zwölften Transistors 82 und andererseits mit dem Gate-Anschluss 813, 823 des elften Transistors 81 und des zwölften Transistors 82 sowie mit dem dritten Bipolartransistor 85 verbunden. Der dritte Bipolartransistor 85 weist einen Basisanschluss 851, einen Kollektoranschluss 852 und einen Emitteranschluss 853 auf. Der Kollektoranschluss 852 ist mit dem anderen Ende des siebten Widerstands 83 verbunden, wobei der Emitteranschluss 853 geerdet ist, während der Basisanschluss 851 über den achten Widerstand 84 mit dem Optionsausgabe-Signalsteueranschluss 803 verbunden ist. Der elfte Transistor 81 und der zwölfte Transistor 82 sind als Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor ausgeführt. Der Optionsausgabeanschluss 801 der Optionsausgabe-Schaltereinheit 80 ist ferner mit einer Last [nicht gezeigt] verbunden, die aus einer Gruppe ausgewählt ist, die ein Handheld-Gerät, ein Notebook, einen Tablet-PC, eine mobile Stromquelle und ein Satelliten-Navigationssystem aufweist.
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Die Logik-Steuereinheit 10 weist einen Erfassungsanschluss 101, einen Digitalsignal-Steueranschluss 102, einen Rückflussverhinderer-Signalanschluss 103, einen Sendezustandshalteanschluss 104, einen Sende-/Erkennungsanschluss 105, einen ersten Pulsweitenmodulations-Steueranschluss 106, einen zweiten Pulsweitenmodulations-Steueranschluss 107, einen ersten Steueranschluss 108, einen zweiten Steueranschluss 109, einen dritten Steueranschluss 110, einen vierten Steueranschluss 111, einen Spannungsanschluss 112, einen Steuersignal-Sende-/Empfangsanschluss 113 und einen Optionsausgabe-Steuersignalanschluss 114 auf. Der Erfassungsanschluss 101 ist mit dem anderen Ende des ersten Widerstands 611 und einem Ende des zweiten Widerstands 613 verbunden. Der Digitalsignal-Steueranschluss 102 ist über eine zweite Diode 532 mit dem Signalsteueranschluss 502 verbunden. Der Ruckflussverhinderer-Signalanschluss 103 ist mit dem Steueranschluss 602 des Rückflussverhinderers 60 verbunden. Der Sendezustandshalteanschluss 104 ist über eine dritte Diode 533 mit dem Signalsteueranschluss 502 der Entladungs-Schaltereinheit 50 verbunden. Der Sende-/Erkennungsanschluss 105 ist über einen neunten Widerstand 534 mit dem Signalsteueranschluss 502 der Entladungs-Schaltereinheit 50 verbunden. Der erste Pulsweitenmodulations-Steueranschluss 106 und der zweite Pulsweitenmodulations-Steueranschluss 107 sind mit der Hoch-/Heruntertransformiereinheit 40 verbunden. Der erste Steueranschluss 108, der zweite Steueranschluss 109, der dritte Steueranschluss 110 und der vierte Steueranschluss 111 sind aufeinanderfolgend mit dem Vollbrückenwechselrichter 30 verbunden. Der Spannungsanschluss 112 ist zwischen der Hoch-/Heruntertransformiereinheit 40 und dem Vollbrückenwechselrichter 30 geschaltet, wobei der Steuersignal-Sende-/Empfangsanschluss 113 mit der drahtlosen Sende-/Empfangseinheit 20 verbunden ist. Der Optionsausgabe-Steuersignalanschluss 114 ist mit der Optionsausgabe-Schaltereinheit 80 verbunden.
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Der erfindungsgemäße Sendebetrieb umfasst einen ersten Sendebetrieb unter Stromversorgung durch einen Akku und einen zweiten Sendebetrieb unter Stromversorgung durch eine externe Energiequelle. Wird eine externe Energiequelle angeschlossen und für den zweiten Sendebetrieb zur Verfügung gestellt, wird auf die Stromversorgung aus dem Akku 70 verzichtet. Wird die externe Energiequelle hingegen nicht erfasst, dann wird der erste Sendebetrieb aktiviert. In diesem Fall stellt der Akku 70 der drahtlosen Sende-/Empfangseinheit 20 die elektrische Funkenergie zur Verfügung.
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Nachfolgend wird der erste Sendebetrieb [unter Stromversorgung durch einen Akku] näher erläutert.
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Es kann durch den Steuerschalter 53 auf den ersten Sendebetrieb umgeschaltet. Als Alternative dazu kann ein Signal über den Rückflussverhinderer-Signalanschluss 103 der Logik-Steuereinheit 10 gesendet, um die Entladungs-Schaltereinheit 50 umzuschalten. Wird der Steuerschalter 53 so gedrückt, dass die Logik-Steuereinheit 10 erkennt, dass die Entladungs-Schaltereinheit 50 in den ersten Sendebetrieb umgeschaltet wird, dann durchfließt die elektrische Energie die Entladungs-Schaltereinheit 50. Danach gelangt diese über den fünften Transistor 42 der Hoch-/Heruntertransformiereinheit 40 an den Spannungsanschluss 112 der Logik-Steuereinheit 10, um der Logik-Steuereinheit 10 die elektrische Energie zuzuführen.
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Im Fall, dass die Logik-Steuereinheit 10 an den ersten Sendebetrieb erkannt hat, kann die dritte Diode 533 bewirken, dass der Sendezustandshalteanschluss 104 der Logik-Steuereinheit 10 den ersten Sendebetrieb fortsetzt. Gleichzeitig wird ein Sendesignal an den Sende-/Erkennungsanschluss 105 kontinuierlich bereitgestellt, um den Sendezustand zu halten.
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Durch den Steuersignal-Sende-/Empfangsanschluss 113 der Logik-Steuereinheit 10 wird ermittelt, ob ein aufzuladendes elektronisches Produkt an einer der mit der Antenne versehenen, drahtlosen Sende-/Empfangseinheit 20 entgegengesetzten Seite vorhanden ist. Wenn kein aufzuladendes elektronisches Produkt erfasst ist, bewirkt die Logik-Steuereinheit 10, den Sendebetrieb zu stoppen. Der Steuersignal-Sende-/Empfangsanschluss 113 sorgt für die Überprüfung, ob eine Last an einer der drahtlosen Sende-/Empfangseinheit 20 entgegengesetzten Seite vorliegt.
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Wenn keine Last vorhanden ist, wird der Sendebetrieb angehalten.
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Wenn eine Last vorliegt, so sendet die Logik-Steuereinheit 10 über den ersten und den zweiten Pulsweitenmodulations-Steueranschluss 106, 107 ein Signal aus, um den fünften und den sechsten Transistor 42, 43 der Hoch-/Heruntertransformiereinheit 40 anzutreiben. Durch das über den ersten und den zweiten Pulsweitenmodulations-Steueranschluss 106, 107 gesendete Signal können der fünfte und der sechste Transistor 42, 43 kontinuierlich mit sehr hoher Frequenz in versetzter Weise gesperrt bzw. entsperrt werden. Das heißt, der fünfte Transistor 42 wird gesperrt, wenn der sechste Transistor 43 entsperrt wird. Hierdurch ergibt sich eine Schleife, da der sechste Transistor 43 und der Akku 70 endseitig geerdet sind. Daher kann die elektrische Energie des Akkus 70 durch die Entladungs-Schaltereinheit 50 und den Induktor 41 der Hoch-/Heruntertransformiereinheit 40 an den sechsten Transistor 43 gelangen, um den Induktor 41 aufzuladen. Hingegen ist der sechste Transistor 43 gesperrt, wenn der fünfte Transistor 42 entsperrt ist. Dann fließt die elektrische Energie aus dem Akku 70 über den Induktor 41 hingegen durch den fünften Transistor 42, um den Induktor 41 zu entladen und dem Kondensator 44 den Gleichstrom zuzuführen. Bei dem Gleichstrom handelt es sich um eine gleichgerichtete und gleichzeitig hochtransformierte Gleichspannung, die dann durch den Vollbrückenwechselrichter 30 in Wechselspannung umgewandelt wird. Damit wird die elektrische Funkenergie nach außen gesendet, nachdem die drahtlose Sende-/Empfangseinheit 20 den Wechselstrom erfasst.
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Dadurch, dass einer der Transistoren 42, 43 gesperrt und der andere entsperrt ist, wird der Induktor 41 aufgeladen bzw. entladen. Dadurch, dass der Kondensator 44 die gleichgerichtete und gleichzeitig hochtransformierte Gleichspannung speichert und der Vollbrückenwechselrichter 30 die Gleichspannung in eine Wechselspannung umwandelt, kann die drahtlose Sende-/Empfangseinheit 20 den Wechselstrom erfassen und dann die elektrische Energie nach außen abstrahlen. Gleichzeitig kann das an der gegenüberliegenden Seite befindliche, elektronische Produkt die von der drahtlosen Sende-/Empfangseinheit 20 abgestrahlte elektrische Energie empfangen. Damit kommt das drahtlose Aufladen zustande.
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Nachfolgend wird der zweite Sendebetrieb [unter Stromversorgung durch eine externe Energiequelle] näher erläutert.
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Nachdem der Ladeanschluss 612 des Rückflussverhinderers 60 an die externe Energiequelle angeschlossen ist, kann der Erfassungsanschluss 101 der Logik-Steuereinheit 10 erfassen, dass die Verbindung mit der externen Energiequelle stattfindet. In diesem Fall wird das erfindungsgemäße drahtlose Ladegerät auf den zweiten Sendebetrieb umgeschaltet. Nun wird ein Signal über den Digitalsignal-Steueranschluss 102 der Logik-Steuereinheit 10 gesendet, um die Entladungs-Schaltereinheit 50 auszuschalten und damit die Entladung des Akkus zu verhindern. Gleichzeitig wird der Rückflussverhinderer 60 so betätigt, dass die von der externen Energiequelle bereitgestellte elektrische Energie unmittelbar an die Hoch-/Heruntertransformiereinheit 40 geleitet wird. Damit wird die von der externen Energiequelle bereitgestellte elektrische Energie durch die Hoch-/Heruntertransformiereinheit 40 gleichgerichtet und gleichzeitig hochtransformiert. Durch den Vollbrückenwechselrichter 30 wird der Gleichstrom in einen Wechselstrom umgewandelt. Auf diese Weise wird die elektrische Energie nach außen abgestrahlt, nachdem die drahtlose Sende-/Empfangseinheit 20 den Wechselstrom erfasst.
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Dadurch, dass einer der Transistoren 42, 43 gesperrt und der andere entsperrt ist, wird der Induktor 41 aufgeladen bzw. entladen. Dadurch, dass der Kondensator 44 die gleichgerichtete und gleichzeitig hochtransformierte Gleichspannung speichert und der Vollbrückenwechselrichter 30 die Gleichspannung in eine Wechselspannung umgewandelt, kann die drahtlose Sende-/Empfangseinheit 20 die Wechselspannung erfassen und dann die elektrische Energie nach außen abstrahlen. Gleichzeitig kann das an der gegenüberliegenden Seite befindliche, elektronische Produkt die von der drahtlosen Sende-/Empfangseinheit 20 abgestrahlte elektrische Energie empfangen. Damit kommt das drahtlose Aufladen zustande.
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Nachfolgend wird der Empfangsbetrieb des erfindungsgemäßen bidirektionalen drahtlosen Lade-/Entladegeräts mit einer Bypass-Steuerung näher erläutert.
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Der Ladeanschluss 612 des Rückflussverhinderers 60 ist mit einem Handheld-Gerät verbunden. Stellt die der Sende-/Empfangseinheit 20 gegenüberliegende Seite die elektrische Sendeenergie zur Verfügung, wird ein Signal über den Steuersignal-Sende-/Empfangsanschluss 113 der Logik-Steuereinheit 10 gesendet, um die Sende-/Empfangseinheit 20 in den Empfangsbetrieb umzuschalten. Die von der Sende-/Empfangseinheit 20 empfangene elektrische Energie wird durch den Vollbrückenwechselrichter 30 so verarbeitet, dass die Wechselspannung in eine Gleichspannung umgewandelt wird, die dann durch die Hoch-/Heruntertransformiereinheit 40 heruntertransformiert wird. Damit kann das Handheld-Gerät drahtlos aufgeladen werden.
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Der Optionsausgabeanschluss 801 der Optionsausgabe-Schaltereinheit 80 ist mit einer Last [nicht gezeigt] verbunden. Die von der Sende-/Empfangseinheit 20 empfangene elektrische Energie wird durch den Vollbrückenwechselrichter 30 so verarbeitet, dass die Wechselspannung in eine Gleichspannung umgewandelt wird, die dann durch die Hoch/Heruntertransformiereinheit 40 heruntertransformiert wird. Damit kann die Last drahtlos aufgeladen werden.
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Befindet sich das bidirektionale drahtlose Lade-/Entladegerät mit einer Bypass-Steuerung im Empfangsbetrieb, können im Zusammenwirken der Logik-Steuereinheit 10 mit dem Rückflussverhinderer 60 und der Optionsausgabe-Schaltereinheit 80 noch folgende Steuermodi zur Verfügung stehen.
- 1. Sind der Rückflussverhinderer 60 und die Optionsausgabe-Schaltereinheit 80 beide aktiv, kann die von der Sende-/Empfangseinheit 20 empfangene elektrische Energie zum drahtlosen Aufladen an das Handheld-Gerät und den Optionsausgabeanschluss 801 der Optionsausgabe-Schaltereinheit 80 gesendet werden.
- 2. Befinden sich der Rückflussverhinderer 60 in Betrieb und die Optionsausgabe-Schaltereinheit 80 außer Betrieb, kann die von der Sende-/Empfangseinheit 20 empfangene elektrische Energie zum drahtlosen Aufladen nur an das Handheld-Gerät, jedoch ohne an den Optionsausgabeanschluss 801 der Optionsausgabe-Schaltereinheit 80 gesendet werden.
- 3. Sind der Rückflussverhinderer 60 und die Optionsausgabe-Schaltereinheit 80 beide ausgeschaltet, kann die von der Sende-/Empfangseinheit 20 empfangene elektrische Energie weder an das Handheld-Gerät noch an den Optionsausgabeanschluss 801 der Optionsausgabe-Schaltereinheit 80 gesendet werden.
- 4. Wird der Rückflussverhinderer 60 ausgeschaltet und die Optionsausgabe-Schaltereinheit 80 eingeschaltet, kann die von der Sende-/Empfangseinheit 20 empfangene elektrische Energie zum drahtlosen Aufladen nur an den Optionsausgabeanschluss 801 der Optionsausgabe-Schaltereinheit 80, jedoch ohne an das Handheld-Gerät gesendet werden.
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Zusammengefasst lassen sich mit dem erfindungsgemäßen bidirektionalen drahtlosen Lade-/Entladegerät mit einer Bypass-Steuerung beispielsweise folgende Vorteile realisieren:
- 1. Das erfindungsgemäße Ladegerät kann die Standzeit des Akkus verlängern.
- 2. Das erfindungsgemäße Ladegerät kann den Wirkungsgrad der eingesetzten elektrischen Energie steigern.
- 3. Befindet sich das erfindungsgemäße Ladegerät im Empfangsbetrieb, können die mit der Optionsausgabe-Schaltereinheit 80 verbundene Last und das mit dem Rückflussverhinderer 60 verbundene Handheld-Gerät drahtlos aufgeladen werden.
- 4. Das erfindungsgemäße Ladegerät erfüllt den bidirektionalen drahtlosen Sende-/Empfangsbetrieb. Beim Gebrauch kann diese den bidirektionalen drahtlosen Lade-/Entladevorgang ausführen.
- 5. Das erfindungsgemäße Ladegerät kann auf unterschiedliche elektronische Produkte angewendet werden.
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Die vorstehende Beschreibung stellt die Ausführungsbeispiele der Erfindung dar und soll nicht die Ansprüche beschränken. Alle gleichwertigen Änderungen und Modifikationen, die gemäß der Beschreibung und den Zeichnungen der Erfindung von einem Fachmann vorgenommen werden können, gehören zum Schutzbereich der vorliegenden Erfindung.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Logik-Steuereinheit
- 101
- Erfassungsanschluss
- 102
- Digitalsignal-Steueranschluss
- 103
- Rückflussverhinderer-Signalanschluss
- 104
- Sendezustandshalteanschluss
- 105
- Sende-/Erkennungsanschluss
- 106
- erster Pulsweitenmodulations-Steueranschluss
- 107
- zweiter Pulsweitenmodulations-Steueranschluss
- 108
- erster Steueranschluss
- 109
- zweiter Steueranschluss
- 110
- dritter Steueranschluss
- 111
- vierter Steueranschluss
- 112
- Spannungsanschluss
- 113
- Steuersignal-Sende-/Empfangsanschluss
- 20
- drahtlose Sende-/Empfangseinheit
- 30
- Vollbrückenwechselrichter
- 31
- erster Kontaktfuß
- 32
- zweiter Kontaktfuß
- 33
- dritter Kontaktfuß
- 34
- vierter Kontaktfuß
- 35
- siebter Transistor
- 36
- achter Transistor
- 37
- neunter Transistor
- 38
- zehnter Transistor
- 351 bis 381
- Gate-Anschluss
- 40
- Hoch-/Heruntertransformiereinheit
- 41
- Induktor
- 42
- fünfter Transistor
- 421, 431
- Drain-Anschluss
- 422, 432
- Source-Anschluss
- 423, 433
- Gate-Anschluss
- 43
- sechster Transistor
- 44
- Kondensator
- 50
- Entladungs-Schaltereinheit
- 501
- Akkuanschluss
- 502
- Signalsteueranschluss
- 503
- Ausgang
- 53
- Steuerschalter
- 531
- erste Diode
- 532
- zweite Diode
- 533
- dritte Diode
- 534
- neunter Widerstand
- 54
- dritter Transistor
- 541, 551
- Drain-Anschluss
- 542, 552
- Source-Anschluss
- 543, 553
- Gate-Anschluss
- 55
- vierter Transistor
- 56
- fünfter Widerstand
- 57
- zweiter Bipolartransistor
- 571
- Basisanschluss
- 572
- Kollektoranschluss
- 573
- Emitteranschluss
- 58
- sechster Widerstand
- 60
- Rückflussverhinderer
- 601
- Eingang
- 611
- erster Widerstand
- 612
- Ladeanschluss
- 613
- zweiter Widerstand
- 602
- Steueranschluss
- 603
- Ausgang
- 64
- erster Transistor
- 65
- zweiter Transistor
- 66
- dritter Widerstand
- 67
- erster Bipolartransistor
- 671
- Basisanschluss
- 672
- Kollektoranschluss
- 673
- Emitteranschluss
- 68
- vierter Widerstand
- 641, 651
- Drain-Anschluss
- 642, 652
- Source-Anschluss
- 643, 653
- Gate-Anschluss
- 70
- Akku
- 80
- Optionsausgabe-Schaltereinheit
- 801
- Optionsausgabeanschluss
- 802
- Optionsausgabe-Verbindungsanschluss
- 803, 114
- Optionsausgabe-Signalsteueranschluss (803)
- 81
- elfter Transistor
- 82
- zwölfter Transistor
- 811, 821
- Drain-Anschluss
- 812, 822
- Source-Anschluss
- 813, 823
- Gate-Anschluss
- 83
- siebter Widerstand
- 84
- achter Widerstand
- 85
- dritter Bipolartransistor
- 851
- Basisanschluss
- 852
- Kollektoranschluss
- 853
- Emitteranschluss
