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DE20303301U1 - Stromversorgung von elektronischen Systemen, die sowohl induktiv als auch aus einer wiederaufladbaren Batterie gespeist werden - Google Patents

Stromversorgung von elektronischen Systemen, die sowohl induktiv als auch aus einer wiederaufladbaren Batterie gespeist werden

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DE20303301U1
DE20303301U1 DE20303301U DE20303301U DE20303301U1 DE 20303301 U1 DE20303301 U1 DE 20303301U1 DE 20303301 U DE20303301 U DE 20303301U DE 20303301 U DE20303301 U DE 20303301U DE 20303301 U1 DE20303301 U1 DE 20303301U1
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Description

PRINZ & P ARTNER ObR
PATENTANWÄLTE Manzingerweg 7
EUROPEAN PATENT ATTORNEYS D-81241 München
EUROPEAN TRADEMARK ATTORNEYS TeL: + 49 89 89 69 8-0
Fax: +49 89 89 69 8-211
Email: info@prinzundpartner.de
TEXAS INSTRUMENTS DEUTSCHLAND GMBH
Haggertystraße 1
85356 Freising
Tl 0504 DE
HD /hö
Stromversorgung von elektronischen Systemen, die sowohl induktiv als auch aus einer wiederaufladbaren Batterie gespeist werden
Die Erfindung betrifft allgemein die Stromversorgung von elektronischen Systemen, die sowohl induktiv als auch aus einer wiederaufladbaren Batterie gespeist werden. Besondere Anwendung findet die Erfindung bei tragbaren Komponenten von schlüssellosen Zugangskontrollsystemen, die einen Transponder und einen Funk-Fernsteuerungssender aufweisen, insbesondere für Kraftfahrzeug-Schließanlagen.
Um mit einer kostengünstigen Batterie von mäßiger Kapazität eine lange Betriebszeit zu erreichen, schlägt die Erfindung vor, die Batterie aus dem induktiv empfangenen Transpondersignal aufzuladen, ohne aber die essentiellen Funktionen der aus dem Transpondersignal gespeisten Schaltkreise zu beeinträchtigen. Dies wird mit den in der Anlage beschriebenen Maßnahmen und mit den in den Zeichnungen dargestellten Schaltungsteilen erreicht. Wesentliche Merkmale der Erfindung sind sowohl in den nachfolgenden Schutzansprüchen als auch in der Anlage beschrieben sowie in den Zeichnungen dargestellt.
Systeme, bei denen eine induktive Kopplung für die Energie- und
Datenübertragung verwendet wird, wie Kraftfahrzeug-Wegfahrsperren, werden laufend erweitert und mit der Bequemlichkeit dienenden Funktionen kombiniert.
Ein Beispiel ist die Kombination des batterielosen Transponders für die Wegfahrsperrenfunktion mit der batteriebetriebenen Fernsteuerfunktion
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Prinz & Partner
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(schlüssellose Ferneingabe RKE) oder die Erweiterung eines RKE-Systems um eine induktiv gekoppelte, jedoch batteriebetriebene Verstärkerschaltung zum Ermöglichen einer schlüssellosen (passiven) Eingabefunktion (PE). Zum Beibehalten oder Verringern der Systemkosten ist es erforderlich, die drei Funktionen in weniger Schaltungen oder sogar in einer einzigen Schaltung zu kombinieren. Es ist auch die gemeinsame Verwendung bestimmter Teile (Steuereinrichtung, Verschlüsselungsschaltungen, Speicher...) erwünscht, um die Chipgröße und damit die Chipkosten zu verringern. Die gemeinsam verwendeten Schaltungen müssen unabhängig davon versorgt werden, ob die Batteriespannung verfügbar ist oder ob Leistung über die induktive Schnittstelle zugeführt wird. Weil jede Spannungsquelle eine beliebige Spannung zwischen null und der maximalen Quellenspannung haben kann, ist eine intelligente Leistungsverwaltung erforderlich. Weiterhin müssen wiederaufladbare Batterien verwendbar sein, und es muß ein gesteuertes Wiederaufladen möglich sein. Wechselwirkungen zwischen den Spannungsquellen müssen vermieden werden. Ein weiteres Problem besteht darin, daß der Standby-Stromverbrauch für batteriebetriebene Teile sehr niedrig sein muß, um eine lange Batterielebensdauer zu ermöglichen, und es ist auch erforderlich, daß der induktiv gekoppelte Teil wenig Strom verbraucht, um eine ausreichende Kommunikationsstrecke mit kleinen, wenig Platz beanspruchenden Kopplungsantennen zu erreichen.
Hier wird eine Schaltungsanordnung offenbart (siehe Figur 1), welche die folgenden Merkmale aufweist:
- die Versorgung der induktiv versorgten Analogschaltungen (Wegfahrsperre) unabhängig von der Batterieversorgung.
- die Versorgung der digitalen und gemeinsam verwendeten Teile über Spannungsregler (VOLT. REG 1) in der Nähe des minimal erforderlichen Spannungspegels zum Verringern des Stromverbrauchs.
- die abwechselnde Versorgung der digitalen und gemeinsam verwendeten Teile durch induktive Kopplung oder über die Batteriequelle (V. SWl, V.
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SW2) abhängig von einem Spannungsvergleich (VCL/VBAT-Vergleich). Siehe den Anhang für eine detaillierte Beschreibung.
- die Möglichkeit des Versorgens anderer Schaltungsanordnungen mit einem höheren Leistungsverbrauch (beispielsweise RKE-Steuereinrichtung) über eine induktive Spannungsquelle, wobei jedoch ein Abfall unter die minimal erforderliche Eingangsspannung für die gemeinsam verwendeten digitalen Schaltungen unter Verwendung eines Vorreglers und eines Spannungsreglers (PRE. REG., VOLT. REG. 2) verhindert wird. Siehe die anliegende Beschreibung.
- die Möglichkeit des Ladens der Batterie von einer induktiven Quelle unter der Steuerung der gemeinsam verwendeten digitalen Schaltungen und einer zweiten Steuereinrichtung (beispielsweise der RKE-Steuereinrichtung). Hinsichtlich der Prozedur siehe das anliegende Flußdiagramm.
- die Möglichkeit des Versorgens der induktiven Spannungsquelle durch die Batterie für spezielle Zwecke (es könnte sich um eine getrennte Offenbarung handeln).
- niedrige erforderliche Eingangsspannungen bis hinab zu 1,8 Volt.
- ein niedriger kontinuierlicher Leistungsverbrauch der Leistungsverwaltungsschaltungen.
- es sind keine redundanten Schaltungen erforderlich.
Passiver Eingangs-IC TMS37126 zur Leistungsverwaltung
1) VCL/VBAT-Vergleich für die TMS37126-Leistungsverwaltung:
Ruediger Ganz. 13. Februar 2003
Problem:
Prinz & Partner
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Ein System wird durch eine Spannung 1 (VCL) oder durch eine Spannung 2 (VBAT) versorgt. Die Funktionalität des Systems ändert sich abhängig von der Versorgungsquelle. Es kann nur eine Versorgung existieren, oder es können beide Versorgungen existieren. Eine zuverlässige Vorhandenseinsprüfung für beide Spannungen ist für den Fall erforderlich, daß beide Versorgungen verfügbar sind oder daß nur eine existiert.
Lösung:
Dies wird durch eine Schaltung erreicht, die die folgenden Eigenschaften aufweist:
«Sie prüft eine Spannung (VCL) mit Hilfe einer zweiten Spannung (VBAT)
Vorteil: ein zuverlässiges Ergebnis, falls VCL unterhalb eines bestimmten Schwellenwerts liegt.
• Es sind zwei auf dem hohen Pegel aktive Signale verfügbar, um das Vorhandensein und das NichtVorhandensein von VCL anzugeben.
· Das das Nichtvorhandensein angebende Signal (NOVCL) wird von VBAT gesteuert.
Vorteil: eine sichere Angabe des NichtVorhandenseins unabhängig von der "Qualität" von VCL.
• Das das Vorhandensein von VCL angebende Signal (YESVCL) wird von VCL selbst abgeleitet.
Vorteil: ein positiver Zustand von VCL wird unabhängig von VBAT angegeben.
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VCL
YESVCL
Hierbei wird VCL mit Hilfe von VBAT geprüft. NOVCL gibt an, daß VCL unterhalb einer bestimmten Schwelle liegt. NOVCL wird durch VBAT gesteuert. YESVCL gibt den guten Zustand von VCL an. Es wird von VCL selbst gesteuert.
Allgemeine Verwendung dieses Prinzips:
Eine von einer Batterie versorgte Meßeinheit (beispielsweise ein Multimeter) kann nur die eigene Versorgung messen, solange sie gut ist. Falls die Versorgung schwach ist, ist eine zweite Meßeinheit mit einer unabhängigen Versorgung erforderlich, um den schlechten Zustand der Batterie der ersten Meßeinheit anzugeben. Hier ist auch eine zweite Versorgung erforderlich, um den schlechten Zustand der ersten Quelle anzugeben.
2) Vorregelung für die Batterielade- und Batterieaustauschfunktion; Ruediger Ganz. 13. Februar 2003
Problem:
VCL muß ausschließlich batterieversorgte Schaltungen in der Art einer externen MCU treiben, oder VCL wird zum Laden einer Batterie verwendet. Beide Funktionen benötigen eine hohe Treiberstärke von VCL. VCL wird vom externen HF-Feld abgeleitet. Daher ist die Treiberstärke vom Feld und der Kopplung (dem Abstand) abhängig. Eine niedrige Treiberfähigkeit kann zu einem
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VCL-Abfall führen, wodurch die Grundfunktionen des Transponders beeinträchtigt werden. Dies muß vermieden werden.
Lösung:
Der Pegel von VCL muß oberhalb eines bestimmten Schwellenwerts bleiben, andernfalls wird der Batterieladestrom oder der Versorgungsstrom für die externe MCU verringert, um VCL über dem Schwellenwert zu halten.
Vorteile:
• Es wird eine minimale VCL gewährleistet, die für die reine Transponderfunktionalität erforderlich ist.
· Die Aufladegeschwindigkeit ist von der VCL-Treiberstärke abhängig.
Starke Kopplung -> Starkes VCL -> Ein schnelles Laden der Batterie ist möglich.
Schwache Kopplung -> Das Laden der Batterie ist noch möglich, verläuft jedoch langsam.
VCL
> hpcHi
I \/r
Aktivieren
Spannungsregler VCLJN
Aktivieren
V_Geregelt
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ZD legt den minimalen VCL-Schwellenwert fest. PCHl steuert den Strom von VCL in den Spannungsregler für V_Geregelt. V_Geregelt selbst wird zur Batterieladung und für die externe MCU-Versorgung verwendet.
3) Batterieladefunktion Andreas Hagl. 13. Februar 2003
Der IC mit passivem Eingang ermöglicht es dem Kunden, eine wiederaufiadbare Batterie zu verwenden. In diesem Fall kann die Batterieladung von der MikroSteuereinrichtung unter Verwendung des Analog-Digital-Wandlers (ADC) gesteuert werden, um die Batteriespannung zu messen. Der Kunde kann einen Ladealgorithmus entsprechend den spezifischen Anforderungen der verwendeten wiederaufladbaren Batterie implementieren. Die Identifikationsvorrichtung muß sich in der Nähe der Ladeantenne befinden, um eine VCL zu erzeugen, die hoch genug ist, um das Laden der Batterie zu ermöglichen.
Die Ladefunktion ist in zwei Schritte unterteilt. Die Ladefunktion wird für Spannungen unterhalb von 1,8 Volt durch die Steuerschaltung aktiviert. Oberhalb von 1,8 Volt wird das Laden durch die MikroSteuereinrichtung gesteuert.
VBAT < 1,8 V
Ein von der Ladestation zur Steuereinheit gesendeter Batterieladebefehl aktiviert den Spannungsregler 2 (ENVBUP) und den Spannungsschalter 3 (ENCHRG). Die Vorregelungsschaltung (PRE-REG.) gewährleistet, daß VCL nicht durch eine vollkommen entladene Batterie auf Masse kurzgeschlossen wird.
Sie hält VCL oberhalb eines Pegels, der zur kontinuierlichen Versorgung der Steuereinheit erforderlich ist. Der Stromfluß in die wiederaufiadbare Batterie wird durch den Kopplungsfaktor zwischen der Antenne des Lesegeräts und der Antenne des Transponders begrenzt.
VBAT > 1,8 V
Prinz & Partner
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Falls eine Batteriespannung von > 1,8 V erreicht wird, wird die Mikrosteuereinrichtung versorgt und kann den weiteren Ladeprozeß steuern. Die Batteriespannung wird unter Verwendung des ADC von der MikroSteuereinrichtung gemessen. Die MikroSteuereinrichtung kann die Ladefunktion über den Spannungsschalter 3 durch Senden von SPI-Befehlen zur Steuereinheit aktivieren und deaktivieren.

Claims (6)

1. Steuerschaltung für die Stromversorgung von elektronischen Systemen, die sowohl induktiv als auch aus einer wiederaufladbaren Batterie gespeist werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie mit der aus induktiv empfangenen Transpondersignalen gewonnenen Versorgungsspannung geladen wird.
2. Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladung der Batterie nur erfolgt, wenn die Versorgungsspannung einen vorbestimmten Spannungspegel erreicht oder überschreitet.
3. Steuerschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladespannung der Batterie gemessen wird und bei einer Ladespannung, die niedriger ist als die zum Betrieb von essentiellen Schaltungsteilen notwendige Mindestspannung, die Ladung der Batterie unterbleibt.
4. Steuerschaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Batterieladevorgang durch einen Mikroprozessor gesteuert wird, wenn eine für dessen Betrieb ausreichende Versorgungsspannung verfügbar ist.
5. Steuerschaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ihre Verwendung in einer tragbaren Komponente eines Zugangskontrollsystems für Kraftfahrzeuge, die einen Transponder und einen Funksender aufweist.
6. Steuerschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass getrennte Versorgungsspannungen bereitgestellt werden für
- analoge Schaltungsteile einer elektronischen Wegfahrsperre;
- digitale Schaltungsteile einer schlüssellosen Schließanlage;
- gemeinsam genutzte digitale Schaltungsteile.
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