WO2010121896A1 - Ladeschaltung für einen ladungsspeicher und verfahren zum laden eines solchen - Google Patents

Ladeschaltung für einen ladungsspeicher und verfahren zum laden eines solchen Download PDF

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WO2010121896A1
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voltage
charging
charge
signal
coupled
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PCT/EP2010/054251
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Peter Trattler
Manfred Pauritsch
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Austriamicrosystems Ag
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
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    • H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • H02J7/345—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering using capacitors as storage or buffering devices
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/50—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED] responsive to malfunctions or undesirable behaviour of LEDs; responsive to LED life; Protective circuits
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    • H02J7/00712—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters
    • H02J7/007182—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters in response to battery voltage
    • H02J7/007184—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters in response to battery voltage in response to battery voltage gradient

Definitions

  • a charge storage device is used to provide, for example, the energy needed to operate a flash diode at the moment the flash is fired.
  • charge storage conventional capacities or so-called supercaps are used.
  • a supercap has the advantage that a high capacity, for example in the farad range, is available on a small area. Due to the low internal resistance, a high current can be released for a short time, whereby the decrease of the voltage at the super capacitance is low.
  • Energy stored in the charge storage would be required. On the one hand, this energy must be supplied by the energy source and, on the other hand, must be dissipated when triggered. Since the currents required for a flash diode are in the range of 2 to 5 amperes, the excess energy to be dissipated from the power source connected to the flash diode is very high. This makes it difficult to integrate this power source. Under certain circumstances, larger areas necessary for cooling. On the other hand, high demands are placed on the energy source.
  • a charging circuit for a charge storage device comprises a first terminal, a second terminal, a control arrangement and a current source.
  • the first terminal is designed for supplying a charging voltage and for connecting the charge storage device related to a reference potential terminal.
  • the second terminal is designed to provide a consumer voltage and to connect an electrical load.
  • the control arrangement is coupled to the first and the second terminal and has a signal output for providing a first charge state signal, and a test output for providing a test signal.
  • the power source is coupled to the second terminal.
  • the first state of charge signal is provided as a function of a value of an additional voltage between the first and the second connection, as well as in dependence on the test signal.
  • the charging voltage is supplied as a function of the first state of charge signal.
  • the charge storage device By supplying the charging voltage, the charge storage device is charged until a specific value of the additional voltage drops between the first and the second connection, so that the consumer voltage is provided at the required level. As soon as this value of the additional voltage is reached in time dependence on the test signal, the first charge state signal is generated and the charging voltage is switched off. The charging cycle is completed.
  • the electrical load includes, for example, a
  • the load voltage has, for example, the forward or forward voltage of the flash diode.
  • the electrical load is related to the reference potential connection.
  • the power source is either connected between the first and second terminals or coupled to the second terminal and referenced to the reference potential terminal.
  • a target value of the additional voltage as a function of the charging voltage is formed from a sum comprising a minimum voltage of the current source and a delta voltage of the charge accumulator.
  • the minimum voltage of the power source includes the minimum voltage required to operate the power source.
  • the delta voltage of the charge storage device includes the voltage drop across the charge supply that occurs when the energy stored in the charge storage is released. The value of the delta voltage depends, for example, on the discharge of the charge store and its internal resistance.
  • the charge storage can be charged exactly to the energy needed to operate the electrical load. Charging is therefore adaptive.
  • the current source can be switched as a function of the test signal.
  • the power source is briefly switched on and off again.
  • the current value of the additional voltage falling across the current source that is to say also the value of the consumer voltage provided at the second terminal, is detected by the control arrangement.
  • the charge storage comprises a capacity or a supercap.
  • the control arrangement comprises an adjustable voltage source coupled to the first terminal, a first comparator, a logic unit and a pulse generator.
  • the voltage source is designed to provide an addition voltage.
  • the first comparator points an inverting input coupled to the adjustable voltage source, a non-inverting input coupled to the second terminal, and an output coupled to an input of the logic unit.
  • the logic unit is connected to the signal output and has a control output for driving the pulse generator.
  • the pulse generator is connected to the test output.
  • the addition voltage is added to the charging voltage applied to the first terminal of the charging circuit and compared in the first comparator with the load voltage applied to the second terminal.
  • the pulse generator generates the test signal, which has, for example, rectangular test pulses.
  • a test pulse of the test signal causes the current source and the consumer connected to it to switch on briefly, so that, for example, a test flash is triggered.
  • the logic unit evaluates the output signal of the first comparator at the time of the presence of a test pulse provided at the pulse generator. If the value of the additional voltage at the time of the test pulse its
  • the logic unit generates the first state of charge signal, whereby the charging voltage is turned off.
  • the current value of the required consumer voltage is taken into account by a test pulse of the test signal.
  • the value required for this can be taken into account when loading the charge storage.
  • the logic unit is preferably executed digitally.
  • a first memory cell coupled to the first comparator is provided for storing the target value of the additional voltage.
  • the storage of the target value of the additional voltage makes it possible to determine this value by switching the power source on and off once, so that this takes place during manufacture and does not have to be performed during operation.
  • a second memory cell coupled to the first comparator is provided for storing a target value of the consumer voltage.
  • a respective memory cell is implemented in the form of a RAM, EEPROM memory or a write-once memory cell, OTP.
  • the logic unit comprises means for measuring the consumer voltage with respect to a temperature and means for adjusting the target value of the consumer voltage as a function of the measurement.
  • thermistor resistance English negative temperature coefficient thermistor, NTC
  • NTC English negative temperature coefficient thermistor
  • the temperature is approximately determined by measuring the ambient temperature, for example the temperature of the chip.
  • the temperature of the electrical load is determined by measuring the load voltage at two different current values according to a so-called PTAT, proportional to absolute temperature method.
  • the charging circuit comprises at least one further terminal which is coupled to the control arrangement and at least one further current source which is coupled to the first terminal and the at least one further terminal.
  • the Current source is switchable in response to the test signal and is designed to provide a further load voltage and to connect another related to the jacketspotenzialan- connection electrical load.
  • the first charge state signal is additionally provided as a function of a value of at least one additional voltage between the first and the at least one further connection.
  • Each additional electrical load is connected via another power source the first connection, parallel to the first load and its power source connected.
  • a target value of the at least one additional additional voltage is measured analogously to the target value of the additional voltage from a sum comprising the minimum voltage of the at least one further current source and the delta voltage of the charge accumulator.
  • the controller has at least one further comparator with an inverting input coupled to the inverting input of the first comparator, a non-inverting input coupled to the at least one further terminal and an output connected to at least one of the comparators is coupled to another input of the logic unit.
  • a comparator For detecting and setting a respective further additional voltage and a respective further load voltage, a comparator is in each case connected in parallel to the first comparator. By an AND operation of the output signals of all comparators in the logic unit, the first charge state signal is determined. This ensures that the required additional voltage is applied to all connected power sources.
  • the controller additionally comprises a sample holding member connected between the inverting input of the first comparator and the second terminal.
  • a control input of Abtasthaltegliedes the test signal is supplied.
  • the sample holding member is configured to detect a value of the load voltage depending on the test signal and to hold this value. With the Abtasthalteglied it is possible to detect a value of the load voltage with only one test pulse of the test signal, to preserve this value and supply it to the first comparator. This further optimizes the charging circuit.
  • the Abtasthalteglied is alternatively realized as an analog / digital converter and digital / analog converter with a connected memory cell.
  • the target value of the additional voltage is stored within the control arrangement.
  • the target value can be stored, for example, in a non-volatile memory. This allows a single calibration in production.
  • the charging circuit has an auxiliary power source which is coupled to the second terminal and to which an auxiliary voltage in function of the charging voltage is supplied.
  • the auxiliary power source is switchable in dependence of the test signal.
  • the auxiliary power source is needed to determine the value of the load voltage and is not used in real operation of the electrical load, so for example when triggering the flash diode.
  • a buffer value is added to the addition voltage.
  • control arrangement comprises a maximum value unit, which is connected on the output side to the Abtasthalteglied and the consumer voltage, and at least the other consumer voltage are supplied.
  • the MA- ximalwertisme is designed to determine a maximum value of the supplied load voltages.
  • the maximum value unit is connected upstream of the scanning holding member. This captures the maximum value of the load voltages of the connected loads.
  • a single test pulse of the test signal is sufficient to determine the target value of a respective additional voltage.
  • the charging circuit comprises a second comparator and a logic gate.
  • the second comparator has a noninverting input coupled to the first terminal, an inverting input for supplying a maximum voltage, and an output for providing a second state of charge signal.
  • the logic gate comprises an input for supplying the first charge state signal, a further input for supplying the second state of charge signal and an output for providing a switch-off signal.
  • the charging voltage is compared with the maximum voltage.
  • the second state of charge signal is provided. This is combined in the logic gate with the first state of charge signal. This combination results in the shutdown signal.
  • the charging voltage is advantageously adjustable in addition to a maximum voltage.
  • the logic gate comprises, for example, an OR gate, so that the shutdown signal either in the presence of the first state of charge signal, so when the target value of the additional voltage to the power source, or in the presence of the second loading state signal when the charging voltage has reached the value of the maximum voltage, is produced.
  • a drive circuit has a charging circuit and a DC / DC converter.
  • the DC / DC converter includes an input for connecting one to the
  • Reference potential terminal related energy source a control input for supplying the switch-off signal and an output for providing the charging voltage in response to the switch-off signal.
  • the energy supplied by the energy source is converted into the charging voltage by means of the DC / DC converter. With the charging voltage, the connectable charge storage device is charged until the switch-off signal is present and the charging cycle has ended.
  • a method for loading a charge storage device comprises the following steps:
  • the charging voltage is supplied to the charge storage device until a value of the additional voltage has reached the value of an addition voltage.
  • the additional voltage drops between the first and the second connection.
  • the additional voltage preferably drops off at the current source coupled to the charge store.
  • the method comprises the steps:
  • the charging cycle is ended.
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of a drive circuit according to the proposed principle
  • FIG. 2 shows a second exemplary embodiment of a control circuit according to the proposed principle
  • FIG. 3 shows a third exemplary embodiment of a drive circuit according to the proposed principle
  • FIG. 4 shows a fourth exemplary embodiment of a drive circuit according to the proposed principle
  • Figure 5 shows an implementation possibility of a drive circuit according to the proposed principle.
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of a drive circuit according to the proposed principle.
  • the drive circuit comprises a charging circuit LS and a DC / DC converter W.
  • the charging circuit LS has a first terminal Al and a second terminal A2.
  • An output of the converter W is connected to the first terminal Al of the charging circuit LS.
  • an energy source B connected to an input of the converter W and related to a reference potential terminal 10, a charge store SC connected to the first terminal Al, and an electrical load Dl coupled to the second terminal A2.
  • the charge store SC and the electrical consumer rather Dl are related to the reference potential terminal 10 with their respective other terminals.
  • the electrical load Dl is exemplified as a flash diode.
  • the transducer W is designed as an inductive or capacitive DC / DC converter.
  • the energy source B includes, for example, a battery.
  • the charge storage SC is exemplified as a supercap.
  • the charging circuit LS comprises a current source II connected between the first terminal A1 and the second terminal A2, a control arrangement ST, a logic gate L, a second comparator K2, and a maximum voltage source VM.
  • a non-inverting input of the second comparator K2 is connected to the first terminal Al.
  • An inverting input of the second comparator K2 is connected for supplying a maximum voltage UM with the reference to the reference potential terminal 10 related maximum voltage source VM.
  • One input of the logic gate L is coupled to a signal output A3 of the control arrangement ST for supplying a first charge state signal S1.
  • a second input of the logic gate L is coupled to the output of the second comparator K2 for supplying a second state of charge signal S2.
  • An output of the logic gate L is connected to a control input of the converter W for providing a switch-off signal AS.
  • the control arrangement ST has a logic unit LE, a pulse generator PG, a first comparator Kl and a voltage source VA.
  • the voltage source VA is coupled on the one hand to the first terminal Al of the charging circuit LS and on the other hand to an inverting input of the first comparator K1.
  • the voltage source VA provides an adjustable addition voltage UA.
  • a non-inverting input of the first comparator K1 is connected to the second terminal A2 the charging circuit LS connected.
  • An output of the first comparator K1 is coupled to an input of the logic unit LE.
  • a control output SA of the logic unit LE is connected to an input of the pulse generator PG.
  • An output of the pulse generator PG is connected to a test output TA of the control arrangement ST for providing a test signal ON.
  • the test output TA is coupled to the current source II for its control.
  • the adjustable addition voltage UA provided by the voltage source VA comprises a sum comprising a minimum voltage of the current source II and a delta voltage of the charge accumulator SC.
  • the delta voltage of the charge storage SC corresponds to a voltage drop across the charge storage SC in the course of providing the stored charge.
  • the minimum voltage of the current source II corresponds to a voltage which is at least necessary for the operation of the current source II.
  • the maximum voltage UM is a maximum value of a voltage to which the charge storage SC can be charged.
  • the converter W provides a charging voltage UC at its output as a function of the switch-off signal AS.
  • the charging voltage UC is supplied to the first terminal Al, that is to say both the charging circuit LS and the charge storage SC.
  • the test signal ON turns the power source Il on and off several times. During these short switch-on times, an additional voltage U12 dropping above the voltage source II is checked, taking into account a load voltage UD dropped at the flash diode D1, if a voltage of the charge store SC is already sufficient to trigger the flash diode D1 by means of a trigger signal F.
  • the additional voltage U12 is with Help of the addition voltage UA adjusted.
  • the output of the first comparator K1 switches over.
  • the logic unit LE evaluates this result in the simultaneous presence of a test pulse of the test signal ON and provides this result at the signal output A3 in the form of the first state of charge signal Sl ready.
  • the output of, for example, an OR function implementing logic gate L switches over and the shutdown signal AS causes a turning off of the converter W, as well as a shutdown of the charging voltage UC.
  • the charging cycle is completed.
  • the converter W continues to provide the charging voltage UC at its output.
  • FIG. 2 shows a second exemplary embodiment of a drive circuit according to the proposed principle.
  • This appendix Control circuit corresponds to the drive circuit of Figure 1, wherein a further terminal A22 is provided to connect a further electrical load D2.
  • the further consumer D2 is likewise designed by way of example as a flash diode.
  • the charging circuit LS additionally comprises a further current source 12, which is connected on the one hand to the first terminal Al and on the other hand to the further terminal A22.
  • the further current source 12 can also be switched with the test signal ON. Above the further current source 12, a further additional voltage U122 drops.
  • the further current source 12 provides a further consumer voltage UD2.
  • a further comparator K12 is provided within the control arrangement ST.
  • An inverting input of the further comparator K12 is connected to the inverting input of the first comparator K1.
  • a non-inverting input of the further comparator K12 is connected to the further terminal A22.
  • An output of the further comparator K12 is coupled to the logic unit LE.
  • the output signal of the first comparator Kl is linked in the logic unit LE with an output signal of the further comparator K12 with an AND function.
  • a value of the additional additional voltage U122 is charged to the value of the addition voltage UA in a corresponding manner as described in FIG. 1 by supplying the charging voltage UC. If both the additional voltage U12 and the additional additional voltage U122 have reached this value, the first charge state signal S1 is set and the converter W is switched off via the switch-off signal AS. According to the same principle as many other electrical loads can be connected in parallel and operated by means of the drive circuit.
  • FIG. 3 shows a third exemplary embodiment of a drive circuit according to the proposed principle.
  • the drive circuit shown corresponds to the drive circuit of Figure 1, wherein in the charging circuit LS in addition an auxiliary power source IH and in the control arrangement ST in addition a Abtasthalteglied SH are provided.
  • the auxiliary power source IH is supplied by the converter W provided auxiliary voltage UH as a function of the charging voltage UC.
  • the auxiliary power source IH can be switched by means of the test signal ON.
  • the sample holder SH is connected between the second terminal A2 and the non-inverting input of the first comparator K1.
  • the Abtasthalteglied SH is also controlled by a control input from the test signal ON.
  • the Abtasthalteglied SH receives a present at the time of the presence of a test pulse of the test signal ON at its input value of the load voltage UD, holds this value and provides it at its output.
  • the load voltage UD in this example includes a forward voltage of the flash diode Dl.
  • the charge storage SC is charged to a voltage formed of a sum including the load voltage UD and the addition voltage UA.
  • the Abtasthaltegliedes SH only a single test pulse of the test signal ON is required to detect the target value of the load voltage UD. This one-time test is preferably carried out during manufacture.
  • the Abtasthalteglied SH is preferably as Analog / digital converter and digital / analog converter and non-volatile memory designed so that the target value is stored without supply.
  • FIG. 4 shows a fourth exemplary embodiment of a drive circuit according to the proposed principle.
  • This embodiment corresponds to the embodiment of Figure 3, wherein additionally the further electrical load D2 is parallel to the electrical load Dl connected to the drive circuit.
  • the charging circuit LS has, according to the embodiment described in FIG. 2, the further connection A22, to which the further consumer D2 is connected.
  • the charging circuit LS additionally comprises the further current source 12, as well as a further auxiliary current source IH2.
  • the further auxiliary power source IH2 is coupled on the one hand for supplying the auxiliary voltage UH to the output of the converter W and on the other hand to the further terminal A22.
  • the control arrangement ST additionally has a maximum value unit ME. This is the Abtasthalteglied SH upstream.
  • the maximum value unit ME determines a maximum value of all the values of the consumer voltages UD1 and UD2 fed to their inputs. Thus, when charging the charge storage SC, the maximum value of the load voltages UD1 and UD2 is taken into account, that is, in the case of flash diodes, the maximum forward voltage.
  • the sample holder SH may alternatively be implemented as an analog-to-digital converter or digital-to-analog converter in conjunction with a memory cell for storing the value of the load voltages at which the charge cycle is completed.
  • each auxiliary current source IH, IH2 supplies a current different from the respective current source II, 12. To compensate for this, the addition voltage UA is increased accordingly.
  • one auxiliary power source is switched on and off after the other and the maximum value of the load voltages of the connected consumers is determined.
  • FIG. 5 shows an exemplary implementation of a drive circuit according to the proposed principle on a chip.
  • the chip C comprises the converter W, the control arrangement ST, an interface controller ST1, a charging current source IC, as well as the current source II, the further current source 12, the auxiliary current source IH and the further auxiliary current source IH2.
  • the transducer W is designed in conjunction with an externally connected inductance Ll as an inductive converter.
  • the converter W is supplied with energy from the energy source B via an input capacitance Cl.
  • the charging voltage UC provided by the converter W is provided at an output of the chip C via an output capacitance C2.
  • the charging voltage UC is fed via the charging current source IC at a further output of the chip C to a first and a second charge storage SCl, SC2.
  • the two charge accumulators SC1 and SC2 are connected in series and referenced to the reference potential terminal 10.
  • an electrical load such as a flash diode, Dl, D2 is connected.

Landscapes

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  • Discharge-Lamp Control Circuits And Pulse- Feed Circuits (AREA)
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Abstract

In einer Ausführungsform weist eine Ladeschaltung für einen Ladungsspeicher einen ersten Anschluss (Al) zum Zuführen einer Ladespannung (UC) und zum Anschließen des auf einen Bezugspotentialanschluss (10) bezogenen Ladungsspeichers (SC), einen zweiten Anschluss (A2) zum Bereitstellen einer Verbraucherspannung (UD) und zum Anschließen eines elektrischen Verbrauchers (D1), eine Steueranordnung (ST), die mit dem ersten und dem zweiten Anschluss (A1, A2) gekoppelt ist und einen Signalausgang (A3) zum Bereitstellen eines ersten Ladezustandssignals (S1) und einen Testausgang (TA) zum Bereitstellen eines Testsignals (on) aufweist, und eine Stromquelle (I1), die mit dem zweiten Anschluss (A2) gekoppelt ist, auf, wobei das erste Ladezustandssignal (S1) in Abhängigkeit eines Werts einer Zusatzspannung (U12) zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss (A1, A2), sowie in Abhängigkeit des Testsignals (on) bereitgestellt ist und wobei die Ladespannung (UC) in Abhängigkeit des ersten Ladezustandssignals (S1) zugeführt ist. Des Weiteren ist ein Verfahren zum Laden eines Ladungsspeichers angegeben.

Description

Beschreibung
Ladeschaltung für einen Ladungsspeicher und Verfahren zum Laden eines solchen
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 Super- caps 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 ge- ring ist.
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- beziehungs- weise 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 Ampere 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.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine demgegenüber verbesserte Ladeschaltung für einen Ladungsspeicher, sowie ein verbessertes Verfahren zum Laden eines solchen anzugeben.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Ladeschaltung für einen La- dungsspeicher des Patentanspruchs 1, sowie durch das Verfahren zum Laden eines Ladungsspeichers des Patentanspruchs 16. Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
In einer Ausführungsform umfasst eine Ladeschaltung für einen Ladungsspeicher einen ersten Anschluss, einen zweiten An- schluss, 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 La- dezustandssignals, 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. Durch Zuführen der Ladespannung wird der Ladungsspeicher solange geladen, bis zwischen dem ersten und dem zweiten An- schluss ein bestimmter Wert der Zusatzspannung abfällt, so dass die Verbraucherspannung in der benötigten Höhe bereitge- stellt 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.
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.
Der elektrische Verbraucher umfasst beispielsweise eine
Blitzlichtdiode. Die Verbraucherspannung weist beispielsweise die Durchlass- beziehungsweise Vorwärtsspannung der Blitzlichtdiode auf. Der elektrische Verbraucher ist auf den Be- zugspotentialanschluss bezogen.
Die Stromquelle ist entweder zwischen den ersten und den zweiten Anschluss geschaltet oder mit dem zweiten Anschluss gekoppelt und auf den Bezugspotentialanschluss bezogen.
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. - A -
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 Ladungsspei- eher, 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.
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.
In einer Weiterbildung ist die Stromquelle in Abhängigkeit des Testsignals schaltbar.
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.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst der Ladungsspeicher eine Kapazität oder eine Supercap.
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.
Zu der am ersten Anschluss der Ladeschaltung anliegenden La- despannung 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 kurzzei- tiges 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.
Vorteilhafterweise wird durch einen Testimpuls des Testsig- nals jeweils der aktuelle Wert der benötigten Verbraucherspannung berücksichtigt. Dadurch kann beim Laden des Ladungsspeichers genau der hierfür benötigte Wert berücksichtigt werden .
Die Logikeinheit ist vorzugsweise digital ausgeführt. In einer weiteren Ausführungsform ist eine mit dem ersten Komparator gekoppelte erste Speicherzelle zur Speicherung des Zielwerts der Zusatzspannung vorgesehen.
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.
In einer Weiterbildung ist eine mit dem ersten Komparator gekoppelte zweite Speicherzelle zur Speicherung eines Zielwerts der Verbraucherspannung vorgesehen.
Mit Hilfe des gespeicherten Zielwerts der Verbraucherspannung kann ein nachfolgender Ladezyklus weiter verbessert werden. Alterungseffekte werden berücksichtigt.
Eine jeweilige Speicherzelle ist dabei in Form eines RAM, EEPROM-Speichers oder einer einmal beschreibbaren Speicher- zelle, OTP, implementiert.
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.
Damit werden Temperatureffekte, die die Verbraucherspannung, also beispielsweise die Vorwärtsspannung einer Blitzlichtdiode, beeinflussen, erfasst und kompensiert.
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 auftre- tende Änderung der Verbraucherspannung wird kompensiert.
Alternativ wird die Temperatur näherungsweise durch Messung der Umgebungstemperatur, beispielsweise der Temperatur des Chips, bestimmt.
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.
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 weite- ren 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 Bezugspotentialan- schluss 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 .
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.
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.
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 Ausgangssigna- Ie aller Komparatoren in der Logikeinheit wird das erste Ladezustandssignal ermittelt. Somit ist sichergestellt, dass an allen angeschlossenen Stromquellen die jeweils erforderliche Zusatzspannung anliegt.
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. 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 Kom- parator zuzuführen. Damit wird die Ladeschaltung weiter opti- miert.
Das Abtasthalteglied wird alternativ als Analog/Digital- Wandler und Digital/Analog-Wandler mit einer angeschlossenen Speicherzelle realisiert. Damit wird der Zielwert der Zusatz- Spannung 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.
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.
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 zwi- sehen der an der Stromquelle und der an der Hilfsstromquelle abfallenden Spannung zu berücksichtigen, wird der Additionsspannung ein Pufferwert hinzugerechnet.
In einer Weiterbildung umfasst die Steueranordnung eine Maxi- malwerteinheit, 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.
Bei Betrieb von mehreren Verbrauchern an der Ladeschaltung wird dem Abtasthalteglied die Maximalwerteinheit vorgeschaltet. Diese erfasst den maximalen Wert der Verbraucherspannungen der angeschlossenen Verbraucher.
Vorteilhafterweise ist auch hier ein einmaliger Testimpuls des Testsignals ausreichend, um den Zielwert einer jeweiligen Zusatzspannung zu ermitteln.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ladeschaltung einen zweiten Komparator und ein Logikgatter. Der zweite Kom- parator 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 Ladezu- Standssignals, einen weiteren Eingang zum Zuführen des zweiten Ladezustandssignals und einen Ausgang zum Bereitstellen eines Abschaltsignals.
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.
Damit ist die Ladespannung mit Vorteil zusätzlich auf eine Maximalspannung einstellbar. 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 zwei- ten Ladezustandssignals, wenn die Ladespannung den Wert der Maximalspannung erreicht hat, erzeugt wird.
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 .
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 Ladezyk- lus beendet ist.
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 abfallen- den 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.
Die Ladespannung wird dem Ladungsspeicher solange zugeführt, bis ein Wert der Zusatzspannung den Wert einer Additionsspannung erreicht hat.
Die Zusatzspannung fällt dabei zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss ab. Bevorzugt fällt die Zusatzspannung an der mit dem Ladungsspeicher gekoppelten Stromquelle ab.
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.
Sobald die Ladespannung den Wert der Maximalspannung erreicht hat, wird der Ladezyklus beendet.
Mit dem Verfahren ist es vorteilhafterweise möglich, den La- dungsspeicher genau auf einen benötigten Energiewert aufzuladen. Dadurch werden die Leistungsaufnahme und die Verlustleistung minimiert.
Die Erfindung wird nachfolgend an mehreren Ausführungsbei- spielen 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.
Es zeigen:
Figur 1 eine erste beispielhafte Ausführungsform einer Ansteuerschaltung nach dem vorgeschlagenen Prinzip,
Figur 2 eine zweite beispielhafte Ausführungsform einer An- Steuerschaltung nach dem vorgeschlagenen Prinzip,
Figur 3 eine dritte beispielhafte Ausführungsform einer Ansteuerschaltung nach dem vorgeschlagenen Prinzip,
Figur 4 eine vierte beispielhafte Ausführungsform einer Ansteuerschaltung nach dem vorgeschlagenen Prinzip, und
Figur 5 eine Implementierungsmöglichkeit einer Ansteuer- Schaltung nach dem vorgeschlagenen Prinzip.
Figur 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 An- schluss Al und einen zweiten Anschluss A2 auf. Ein Ausgang des Wandlers W ist mit dem ersten Anschluss Al der Ladeschaltung LS verbunden. Des Weiteren sind dargestellt eine mit einem Eingang des Wandlers W verbundene, auf einen Bezugspoten- tialanschluss 10 bezogene Energiequelle B, ein mit dem ersten Anschluss Al verbundener Ladungsspeicher SC, sowie ein mit dem zweiten Anschluss A2 gekoppelter, elektrischer Verbraucher Dl. Der Ladungsspeicher SC und der elektrische Verbrau- eher Dl sind mit ihren jeweiligen anderen Anschlüssen auf den Bezugspotentialanschluss 10 bezogen. Der elektrische Verbraucher Dl 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.
Die Ladeschaltung LS umfasst eine zwischen den ersten An- Schluss Al und den zweiten Anschluss A2 geschaltete Stromquelle II, 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 Al 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 Sl mit einem Signalausgang A3 der Steueranord- nung 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.
Die Steueranordnung ST weist eine Logikeinheit LE, einen Pulsgenerator PG, einen ersten Komparator Kl und eine Spannungsquelle VA auf. Die Spannungsquelle VA ist einerseits mit dem ersten Anschluss Al der Ladeschaltung LS und andererseits mit einem invertierenden Eingang des ersten Komparators Kl gekoppelt. Die Spannungsquelle VA stellt eine einstellbare Additionsspannung UA bereit. Ein nichtinvertierender Eingang des ersten Komparators Kl ist mit dem zweiten Anschluss A2 der Ladeschaltung LS verbunden. Ein Ausgang des ersten Kompa- rators Kl 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 Il zu deren Steuerung gekoppelt.
Die von der Spannungsquelle VA bereitgestellte, einstellbare Additionsspannung UA umfasst eine Summe aufweisend eine Mindestspannung der Stromquelle Il 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 Il entspricht einer Spannung, die zum Betrieb der Stromquelle Il mindestens erforderlich ist. Die Maximalspannung UM ist ein maximaler Wert einer Spannung, auf die der Ladungsspeicher SC aufgeladen werden kann.
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 Al, also sowohl der Ladeschaltung LS als auch dem Ladungsspeicher SC zugeführt. Durch das Testsignal ON wird die Stromquelle Il mehrmals ein- und ausgeschaltet. Während dieser kurzen Einschaltzeiten wird eine über der Spannungsquelle Il abfallende Zusatzspannung U12 unter Berücksichtigung einer an der Blitzlichtdiode Dl abfallenden Verbraucherspannung UD daraufhin überprüft, ob eine Spannung des Ladungsspeichers SC bereits ausreicht, um die Blitzlichtdiode Dl 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 Kl 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 Sl 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.
Gleichzeitig wird mit Hilfe des zweiten Komparators überprüft, ob die Spannung am Ladungsspeicher SC den Wert der Ma- ximalspannung 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.
Solange weder das erste noch das zweite Ladezustandssignal Sl oder S2 vorliegen, stellt der Wandler W an seinem Ausgang weiter die Ladespannung UC bereit.
Dadurch, dass der Ladungsspeicher SC genau auf den Spannungs- wert, der während der Dauer des Auslösens der Blitzlichtdiode Dl benötigt wird, aufgeladen wird, wird die Leistungsaufnahme minimiert. Gleichzeitig erübrigt sich das Abführen überschüssiger Energie in der Stromquelle II. Dies ermöglicht die Integration der Stromquelle Il bei Realisierung der gezeigten Ansteuerschaltung auf einem Chip.
Figur 2 zeigt eine zweite beispielhafte Ausführungsform einer Ansteuerschaltung nach dem vorgeschlagenen Prinzip. Diese An- Steuerschaltung entspricht der Ansteuerschaltung aus Figur 1, wobei ein weiterer Anschluss A22 vorgesehen ist, um einen weiteren elektrischen Verbraucher D2 anzuschließen. Der weitere Verbraucher D2 ist ebenfalls beispielhaft als Blitz- lichtdiode ausgeführt. Die Ladeschaltung LS umfasst zusätzlich eine weitere Stromquelle 12, die einerseits mit dem ersten Anschluss Al und andererseits mit dem weiteren Anschluss A22 verbunden ist. Die weitere Stromquelle 12 ist ebenfalls mit dem Testsignal ON schaltbar. Über der weiteren Stromquel- Ie 12 fällt eine weitere Zusatzspannung U122 ab. Die weitere Stromquelle 12 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 Kl 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 Kl wird dabei in der Logikeinheit LE mit einem Ausgangssignal des weiteren Komparators K12 mit einer UND-Funktion verknüpft.
Zeitgleich zur Zusatzspannung U12 wird ein Wert der weiteren Zusatzspannung U122 in entsprechender Weise wie unter Figur 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 Sl ge- setzt und der Wandler W wird über das Abschaltesignal AS abgeschaltet . Nach dem gleichen Prinzip können beliebig viele weitere elektrische Verbraucher parallel angeschlossen und mit Hilfe der Ansteuerschaltung betrieben werden.
Figur 3 zeigt eine dritte beispielhafte Ausführungsform einer Ansteuerschaltung nach dem vorgeschlagenen Prinzip. Die dargestellte Ansteuerschaltung entspricht der Ansteuerschaltung von Figur 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 Kl geschaltet .
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 Dl. Somit wird der Ladungsspeicher SC auf eine Spannung, die aus einer Summe aufweisend die Verbraucherspannung UD und die Additionsspannung UA gebildet ist, aufgeladen.
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.
Figur 4 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel einer Ansteuerschaltung nach dem vorgeschlagenen Prinzip. Diese Ausführungsform entspricht der Ausführungsform von Figur 3, wobei zusätzlich der weitere elektrische Verbraucher D2 parallel zum elektrischen Verbraucher Dl an die Ansteuerschaltung an- geschlossen ist. Dazu weist die Ladeschaltung LS entsprechend der in Figur 2 beschriebenen Ausführungsform den weiteren An- schluss A22 auf, an den der weitere Verbraucher D2 angeschlossen ist. Die Ladeschaltung LS umfasst zusätzlich die weitere Stromquelle 12, 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.
Die Maximalwerteinheit ME ermittelt einen maximalen Wert aller ihren Eingängen zugeführten Werten der Verbraucherspannungen UDl und UD2. Somit wird beim Laden des Ladungsspeichers SC der maximale Wert der Verbraucherspannungen UDl und UD2 berücksichtigt, also im Fall von Blitzlichtdioden die maximale Vorwärtsspannung.
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. In einer alternativen Ausführungsform liefert eine jede Hilfsstromquelle IH, IH2 einen von der jeweiligen Stromquelle II, 12 verschiedenen Strom. Um diese auszugleichen, wird die Additionsspannung UA entsprechend erhöht.
In einer weiteren alternativen Ausführungsform wird eine Hilfsstromquelle nach der anderen ein- und ausgeschaltet und der maximale Wert der Verbraucherspannungen der angeschlossenen Verbraucher ermittelt.
Figur 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 STl, eine Ladestromquelle IC, sowie die Stromquelle II, die weitere Stromquelle 12, die Hilfsstromquelle IH und die weitere Hilfsstromquelle IH2. Der Wandler W ist in Verbindung mit einer extern angeschlossenen Induktivität Ll als induktiver Wandler ausgeführt. Dem Wandler W wird von der Energiequelle B über eine Eingangskapazi- tat Cl 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 Ladungs- Speicher SCl, SC2 zugeführt. Die beiden Ladungsspeicher SCl und SC2 sind dabei in Reihe geschaltet und auf den Bezugspo- tentialanschluss 10 bezogen. An zwei weiteren Anschlüssen des Chips C ist jeweils ein elektrischer Verbraucher, beispielsweise eine Blitzlichtdiode, Dl, D2 angeschlossen.
Vorteilhafterweise sind alle Stromquellen II, 12, IH, IH2 in den Chip C integriert, da aufgrund des vorgeschlagenen Prinzips die angeschlossenen Ladungsspeicher SCl und SC2 ledig- lieh genau auf den für den Betrieb der Blitzlichtdioden Dl 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 SCl und SC2 auf die Maximalspannung erübrigt sich.
Bezugszeichenliste
10 BezugspotentialanSchluss
AS Abschaltesignal
Sl, S2 LadezuStandssignal
Al, A2, A22 Anschluss
A3 Ausgang
TA Testausgang
Kl, K2, K12 Komparator
SH Abtasthalteglied
ST Steueranordnung
PG Pulsgenerator
LE Logikeinheit
L Logikgatter
Dl, D2 Verbraucher
B Energiequelle
11, 12, IC Stromquelle
UDl , UD2 Verbraucherspannung
ON Testsignal
UC LadeSpannung
UH Hilfsspannung
UM MaximalSpannung
U12 ZusatzSpannung
UA AdditionsSpannung
SC, SCl, SC2 Ladungsspeieher
ME Maximalwerteinheit
W DC/DC-Wandler
Cl, C2 Kapazität
LS LadeSchaltung
VM, VA Spannungsquelle
SA Steuerausgang
F Auslösesignal
IH, IH2 Hilfsstromquelle C Chip
STl Schnittstellensteuerung

Claims

Patentansprüche
1. Ladeschaltung für einen Ladungsspeicher, aufweisend
- einen ersten Anschluss (Al) zum Zuführen einer Lade- Spannung (UC) und zum Anschließen des auf einen Be- zugspotentialanschluss (10) bezogenen Ladungsspeichers (SC) ,
- einen zweiten Anschluss (A2) zum Bereitstellen einer Verbraucherspannung (UD) und zum Anschließen eines elektrischen Verbrauchers (Dl),
- eine Steueranordnung (ST), die mit dem ersten und dem zweiten Anschluss (Al, A2) gekoppelt ist und einen Signalausgang (A3) zum Bereitstellen eines ersten Ladezustandssignals (Sl) und einen Testausgang (TA) zum Bereitstellen eines Testsignals (ON) aufweist, und
- eine Stromquelle (II), die mit dem zweiten Anschluss
(A2) gekoppelt ist, wobei das erste Ladezustandssignal (Sl) in Abhängigkeit eines Werts einer Zusatzspannung (U12) zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss (Al, A2), sowie in
Abhängigkeit des Testsignals (ON) bereitgestellt ist und wobei die Ladespannung (UC) in Abhängigkeit des ersten Ladezustandssignals (Sl) zugeführt ist.
2. Ladeschaltung nach Anspruch 1, wobei ein Zielwert der Zusatzspannung (U12) in Abhängigkeit der Ladespannung (UC) aus einer Summe umfassend eine Mindestspannung der Stromquelle (II) und eine Deltaspannung des Ladungsspeichers (SC) gebildet ist.
3. Ladeschaltung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Stromquelle (II) in Abhängigkeit des Testsignals (ON) schaltbar ist.
4. Ladeschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Ladungsspeicher (SC) eine Kapazität oder eine Supercap umfasst.
5. Ladeschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Steueranordnung (ST)
- eine mit dem ersten Anschluss (Al) gekoppelte, einstellbare Spannungsquelle (VA) zum Bereitstellen einer Additionsspannung (UA) , - einen ersten Komparator (Kl) mit einem invertierenden Eingang, der mit der einstellbaren Spannungsquelle (VA) gekoppelt ist, mit einem nicht-invertierenden Eingang, der mit dem zweiten Anschluss (A2) gekoppelt ist, und mit einem Ausgang, der mit einem Eingang ei- ner Logikeinheit (LE) gekoppelt ist,
- die Logikeinheit (LE) , die mit dem Signalausgang (A3) verbunden ist und einen Steuerausgang (SA) zur Ansteuerung eines Pulsgenerators (PG) aufweist, und
- den Pulsgenerator (PG) , der mit dem Testausgang (TA) verbunden ist, umfasst .
6. Ladeschaltung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei eine mit dem ersten Komparator (Kl) gekoppelte erste Speicherzelle zur Speicherung des Zielwerts der Zusatzspannung (U12) vorgesehen ist.
7. Ladeschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei eine mit dem ersten Komparator (Kl) gekoppelte zweite Speicherzelle zur Speicherung eines Zielwerts der Verbraucherspannung (UD) vorgesehen ist.
8. Ladeschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Logikeinheit (LE) Mittel zur Messung der Verbraucherspannung (UD) bezogen auf eine Temperatur und Mittel zur Anpassung des Zielwerts der Verbraucherspannung (UD) in Abhängigkeit der Messung umfasst.
9. Ladeschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 weiter umfassend
- mindestens einen weiteren Anschluss (A22), der mit der
Steueranordnung (ST) gekoppelt ist, - mindestens eine weitere Stromquelle (12), die mit dem ersten Anschluss (Al) und dem mindestens einen weiteren Anschluss (A22) gekoppelt ist, die in Abhängigkeit des Testsignals (on) schaltbar ist und die zum Bereitstellen einer weiteren Verbraucherspannung (UD2) und zum Anschließen eines weiteren auf den Be- zugspotentialanschluss (10) bezogenen elektrischen Verbrauchers (D2) ausgelegt ist, wobei das erste Ladezustandssignal (Sl) zusätzlich in Abhängigkeit eines Werts mindestens einer weiteren Zu- satzspannung (U122) zwischen dem ersten und dem mindestens einen weiteren Anschluss (A22) bereitgestellt ist.
10. Ladeschaltung nach Anspruch 5 und 9, wobei die Steueranordnung (ST) mindestens einen weiteren Komparator (K12) mit einem invertierenden Eingang, der mit dem invertierenden Eingang des ersten Komparators (Kl) gekoppelt ist, mit einem nichtinvertierenden Eingang, der mit dem mindestens einen weiteren Anschluss (A22) gekoppelt ist und mit einem Ausgang, der mit min- destens einem weiteren Eingang der Logikeinheit (LE) gekoppelt ist, aufweist.
11. Ladeschaltung nach Anspruch 5, wobei die Steuerung (ST) zusätzlich ein zwischen den invertierenden Eingang des ersten Komparators (Kl) und den zweiten Anschluss (A2) geschaltetes Abtasthalteglied (SH) aufweist, mit einem Steuereingang, dem das Testsig- nal (ON) zugeführt ist, wobei das Abtasthalteglied (SH) zum Erfassen eines Werts der Verbraucherspannung (UD) in Abhängigkeit des Testsignals (ON) und Halten diese Werts der Verbraucherspannung (UD) ausgelegt ist.
12. Ladeschaltung nach Anspruch 1 und 11, weiter aufweisend eine Hilfsstromquelle (IH), die mit dem zweiten Anschluss (A2) gekoppelt ist und der eine Hilfsspannung (UH) in Funktion der Ladespannung (UC) zugeführt ist, wobei die Hilfsstromquelle (IH) in Abhän- gigkeit des Testsignals (ON) schaltbar ist.
13. Ladeschaltung nach Anspruch 9 und nach Anspruch 11 oder 12, wobei die Steueranordnung (ST) eine Maximalwerteinheit (ME) umfasst, die ausgangsseitig mit dem Abtasthalteglied (SH) verbunden ist und der die Verbraucherspannung (UD) , sowie mindestens die weitere Verbraucherspannung (UD2) zugeführt sind, wobei die Maximalwerteinheit (ME) zur Ermittlung eines höchsten Wertes der zugeführten Verbraucherspannungen (UD, UD2) ausgelegt ist.
14. Ladeschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, weiter umfassend
- einen zweiten Komparator (K2), mit einem nichtinver- tierenden Eingang, der mit dem ersten Anschluss (Al) gekoppelt ist, mit einem invertierenden Eingang zum Zuführen einer Maximalspannung (UM) und mit einem Ausgang zum Bereitstellen eines zweiten Ladezustandssignals (S2) ,
- ein Logikgatter (L) , mit einem Eingang zum Zuführen des ersten Ladezustandssignals (Sl), einem weiteren Eingang zum Zuführen des zweiten Ladezustandssignals
(S2) und einem Ausgang zum Bereitstellen eines Abschaltsignals (AS) .
15. Ansteuerschaltung aufweisend - eine Ladeschaltung (LS) nach Anspruch 14,
- einen DC/DC-Wandler (W) mit einem Eingang zum Anschließen einer auf den Bezugspotentialanschluss (10) bezogenen Energiequelle (B) , mit einem Steuereingang zum Zuführen des Abschaltsignals (AS) und mit einem Ausgang zum Bereitstellen der Ladespannung (UC) in Abhängigkeit des Abschaltsignals (AS) .
16. Verfahren zum Laden eines Ladungsspeichers aufweisend folgende Schritte, - Zuführen einer Ladespannung (UC) zu dem Ladungsspeicher (SC) ,
- Einschalten einer mit dem Ladungsspeicher (SC) gekoppelten Stromquelle (II) oder einer mit dem Ladungsspeicher (SC) gekoppelten Hilfsstromquelle (IH), - Ermitteln einer in Abhängigkeit der Ladespannung (UC) abfallenden Zusatzspannung (U12),
- Ausschalten der Stromquelle (II) oder der Hilfsstrom- quelle (IH),
- Überprüfen, ob ein ermittelter Wert der Zusatzspannung (U12) einen Wert einer Additionsspannung (UA) erreicht hat,
- falls ja, Bereitstellen eines ersten Ladezustandssignals (Sl) und Beenden des Ladens, - falls nein, weiter Zuführen der Ladespannung (UC) .
17. Verfahren nach Anspruch 16, weiter umfassend
- Überprüfen, ob ein Wert der Ladespannung (UC) einen
Wert einer Maximalspannung (UM) erreicht hat,
- falls ja, Bereitstellen eines zweiten Ladezustandssignals (S2) und Beenden des Ladens,
- falls nein, weiter Zuführen der Ladespannung (UC) .
PCT/EP2010/054251 2009-04-20 2010-03-30 Ladeschaltung für einen ladungsspeicher und verfahren zum laden eines solchen WO2010121896A1 (de)

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