<Desc/Clms Page number 1>
Inrichting voor het toevoeren van energie. De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het toevoeren van energie van een gelijkstroom-laagspanningsbron aan een belasting, welke inrichting een energiereservoir bevat.
Voor draagbare elektronische toestellen die elektrische stroom gebruiken, zoals draagbare komputers, zogenoemde notebooks, mobilofonen en dergelijke, wordt de energie meestal geleverd door al of niet oplaadbare batterijen.
Dergelijke toestellen kunnen kortstondig veel energie nodig hebben. Het is uiteraard mogelijk de batterijen zo te dimensioneren dat ze deze energiepiek op het gewenste ogenblik rechtstreeks kunnen leveren of met andere woorden de batterijen te dimensioneren in funktie van de maximum te verwachten energieopname van het toestel. Dit heeft voor gevolg dat de batterij relatief groot en zwaar is, hetgeen zeer hinderlijk is voor voornoemde draagbare toestellen die bij voorkeur zo licht en klein mogelijk gemaakt worden.
Vandaar dat inrichtingen ontworpen werden die een energiereservoir bevatten waarin, gedurende de tijd dat het toestel geen of weinig energie verbruikt, energie kan opgeslagen worden. Op het ogenblik dat gedurende korte tijd een grote hoeveelheid energie vereist is, kan energie uit dit reservoir geput worden. De batterijen moeten dus niet meer in staat zijn deze energiepiek te leveren en kunnen dus minder zwaar gemaakt worden.
Een bekende inrichting van voornoemde soort maakt daarbij gebruik van een weerstand die tussen de energiebron en het energiereservoir geschakeld is. Deze inrichting werkt
<Desc/Clms Page number 2>
evenwel niet optimaal. Naarmate de spanning in het energiereservoir zieh opbouwt en dus dit reservoir geladen wordt, daalt de oplaadstroom exponentieel. Hoe dichter de uitgangsspanning van het reservoir de spanning bij het opladen benadert, hoe kleiner deze oplaadstroom, zodat het opladen van het reservoir relatief lang duurt. Enige kontrole van het oplaadproces is moeilijk. Bij het opstarten, wanneer er nog geen energie in het reservoir aanwezig is, kan een zeer grote stroom door de weerstand stromen. Deze stroom kan niet altijd worden geleverd.
De uitvinding heeft tot doel deze nadelen te verhelpen en een inrichting voor het toevoeren van energie te verschaffen die op een optimale manier toelaat kortstondig meer energie aan de belasting te leveren dan de energiebron maximaal kan leveren, zodat deze energiebron relatief klein kan gehouden worden.
Tot dit doel bevat de inrichting een bestuurbare stroombron die op het energiereservoir aangesloten is en een besturingseenheid die op deze stroombron en de uitgang van het energiereservoir aangesloten is om deze stroombron te besturen in funktie van de uitgangsspanning van het energiereservoir.
Door bestuurbare stroombron wordt hier bedoeld een element dat stroom genereert en dit onafhankelijk van de spanning die over het element staat.
Bij voorkeur is de stroombron een instelbare stroombron waarvan ten minste het tijdstip en de duur van stroomleveren en de grootte van de stroom instelbaar zijn door de besturingseenheid.
<Desc/Clms Page number 3>
In een bijzondere uitvoeringsvorm van de uitvinding bevat de besturingseenheid een komparator die de spanning aan de uitgang van het energiereservoir vergelijkt met een referentiespanning en wanneer beide spanningen gelijk zijn de stroombron uitschakelt of wanneer het verschil tussen deze spanningen een bepaalde waarde overschrijdt deze stroombron inschakelt.
In een merkwaardige uitvoeringsvorm van de uitvinding bevat het energiereservoir ten minste een kondensator.
In de meeste gevallen bevat de inrichting een spanningsomvormer en is de stroombron tussen deze spanningsomvormer en het energiereservoir geschakeld.
In een doelmatige uitvoeringsvorm van de uitvinding is de inrichting gemonteerd als energietoevoerinrichting in een digitale mobilofoon.
Met het inzicht de kenmerken van de uitvinding beter aan te tonen, is hierna, als voorbeeld zonder enig beperkend karakter, een voorkeurdragende uitvoeringsvorm van een inrichting voor het toevoeren van energie beschreven met verwijzing naar de bijgaande tekeningen, waarin : figuur 1 een blokschema weergeeft van een inrichting voor het toevoeren van energie volgens de uitvinding. figuur 2 een meer gedetailleerd elektrisch schema weergeeft van een deel van de inrichting uit figuur 1.
De inrichting voor het toevoeren van energie afkomstig van een gelijkstroom-laagspanningsenergiebron 1 aan een belasting 2, volgens figuuur 1, bevat in hoofzaak een spanningsomvormer 3, een daarop aangesloten instelbare en
<Desc/Clms Page number 4>
bestuurbare stroombron 4, een besturingseenheid 5 voor het besturen van de de stroombron 4 en een op de stroombron 4 en de besturingseenheid 5 aangesloten energiereservoir 6.
Voor allerlei draagbare elektronische toestellen zoals mobilofoons, draagbare komputers of zogenoemde notebooks, telemonitoringsystemen enz., is de laagspanningsenergiebron 1 meestal een droge batterij die wel in staat is een beperkte stroom gedurende een bepaalde tijd te leveren maar geen piekstromen kan afleveren. Zelfs indien ze initieel de gevraagde piekstroom zou kunnnen leveren is dit door de door gebruik afnemende stroomkapaciteit, na bepaalde tijd niet meer het geval. Veel gebruikte dergelijke batterijen zijn 3 Volt lithiumbatterijen die het voordeel hebben zeer kompakt te zijn en dus een hoge energiedichtheid per eenheid volume hebben. Bij konstante uitgangsspanning kunnen ze gedurende lange tijd een beperkte stroom leveren maar ze kunnen geen piekstromen leveren.
Als belasting 2 kan in het algemeen elke laagspannings en laagvermogenbelasting worden gebruikt welke slechts gedurende korte tijdspanne energie nodig heeft zoals bijvoorbeeld sensoren of detektoren die slechts af en toe aktief zijn en waarbij de batterijen zo kompakt mogelijk moeten zijn. Een ander voorbeeld is de digitale mobilofoon, de zogenoemde GSM (Global System for Mobility). Hier stelt zieh het probleem dat de energiebehoefte ongelijkmatig over de ontvangst- en de zendfaze verdeeld is. Gedurende de zendfaze, die ongeveer 1/8 van de aktieve tijd in beslag neemt, is de energiebehoefte veel groter dan gedurende de rest van de aktieve periode.
De uitvinding zorgt ervoor dat de mobilofoon optimaal en uiterst efficient van energie voorzien wordt.
<Desc/Clms Page number 5>
De spanningsomvormer 3 is een klassieke gelijkstroom/gelijkstroom spanningsomvormer die de voedingsspanning, dit is de spanning van de batterij, transformeert, meestal optransformeert, tot een tussenspanning die hoger ligt dan de gewenste uitgangsspanning van de inrichting. Deze spanningsomvormer wordt gedimensioneerd in funktie van de gemiddelde te leveren stroom. Er wordt ernaar gestreefd deze zo laag mogelijk te houden omdat de verhouding van de uitgangsspanning van de inrichting tot de ingangsspanning van de omvormer beperkt wordt door de hoeveelheid energie die maximaal met een aanvaardbare efficiëntie door de omvormer kan omgezet worden.
De instelbare stroombron 4 is een element dat stroom genereert onafhankelijk van de spanning die over het element staat. Dergelijke stroombronnen zijn voor de vakman als dusdanig bekend. Het tijdstip en de duur van de stroomlevering aan het energiereservoir 6 evenals de grootte van de stroom zijn instelbaar en worden adaptief ingesteld door de besturingseenheid 5. Deze besturingseenheid staat in verbinding met de uitgang van het energiereservoir 6 en bezit middelen om de uitgangsspanning van dit energiereservoir 6 te vergelijken met een referentiespanning en middelen om in funktie van het verschil in spanning de stroombron 4 in of uit te schakelen. De verhouding van de tijd dat de stroombron uitgeschakeld is en de tijd dat de stroombron ingeschakeld is en de stroomintensiteit bepalen de grootte van de geleverde stroom.
De besturingseenheid 5 kan eventueel middelen bevatten om niet alleen het tijdstip van in-en uitschakelen van de stroombron 4 te bepalen, maar ook de stroomsterkte zelf in te stellen. Twee ingangen van de besturingseenheid zijn
<Desc/Clms Page number 6>
daartoe via de lijnen 7 en 8 respektievelijk met de uitgang van de spanningsomvormer of de ingang van de stroombron 4 en met de uitgang van de stroombron die ook in verbinding staat met de uitgang van het energiereservoir 6 verbonden. Een uitgang van de besturingseenheid 5 sluit via de leiding 9 op een ingang van de stroombron 4 aan.
Het energiereservoir 6 bestaat bij voorkeur uit een batterij kondensatoren die een lage ESR waarde bezitten.
Evenals de ene pool van de batterij 1 en de belasting 2, zijn ook de spanningsomvormer 3, de besturingseenheid 5 en het energiereservoir met een pool met de aarde verbonden.
De werking van de hiervoor beschreven inrichting is als volgt : Na het aanleggen van een voedingsspanning door de batterij 1, wordt aan de uitgang van de spanningsomvormer 3 een tussenspanning opgebouwd. Zodra deze spanningsomvormer stabiel is, wordt door de besturingseenheid 5 via de leiding 9 een signaal gegeven waardoor de stroombron 4 in werking treedt en het energiereservoir 6 opgeladen wordt.
Wanneer de besturingseenheid 5 detekteert dat de spanning in het energiereservoir 6 de gewenste referentiespanning bereikt heeft, geeft ze een signaal aan de stroombron 4 waardoor deze afgeschakeld wordt.
Wanneer de belasting 2 tijdelijk vermogen nodig heeft, levert het energiereservoir dit vermogen, waardoor de uitgangsspanning van het energiereservoir 6 en dus van de volledige inrichting daalt. Wanneer deze spanning onder een bepaalde waarde daalt of met andere woorden het verschil met de referentiespanning te groot wordt, beveelt de
<Desc/Clms Page number 7>
besturingseenheid 5 de stroombron 4 terug in werking te treden.
De hoeveelheid van de door de inrichting geleverde stroom wordt bepaald door, enerzijds, de intensiteit van de uitgangsstroon en, anderzijds, de verhouding tussen de tijd dat het energiereservoir 6 wordt belast en de tijd dat de stroombron aktief is en het reservoir terug wordt bijgevuld.
De besturingsinrichting 5 kan optioneel op een uitgang 10 een signaal ter beschikking stellen dat aangeeft wannneer het energiereservoir 6 klaar is voor gebruik of met andere woorden gevuld is. Dit signaal kan bijvoorbeeld een lampje doen branden.
Optioneel kan aan een ingang 11 van de besturingsinrichting 5 een synchronisatiesignaal toegevoerd worden dat aangeeft wanneer het energiereservoir 6 wordt belast. Het in- en uitschakelen van de stroombron 4 door de besturingsinrichting 5 kan hiermee worden gesynchroniseerd.
In de figuur 2 is een mogelijke praktische uitvoering weergegeven van het blokschema uit figuur 1.
Het energiereservoir 6 is gevormd door een kondensator die enerzijds via de leiding 12 met de aarde verbonden en anderzijds via de leiding 13 op de belasting 2 aansluit.
De besturingseenheid 5 bevat in hoofdzaak een komparator 14. Een ingang is via de leiding 15 met de leiding 13 verbonden, de andere ingang via de leiding 16, waarin een referentiespanningsbron 17 geschakeld is, met de aarde. De komparator 14 is geschakeld in een voedingslijn 18 die enerzijds op de uitgang van de spanningsomvormer 3 en anderzijds op de aarde aansluit. De uitgang van de
<Desc/Clms Page number 8>
komparator 14 sluit via de leiding 19 aan op de stroombron 4.
Deze stroombron 4 bevat twee transistoren 20 en 21 waarvan de basissen door de leiding 22 met elkaar verbonden zijn.
De emitters sluiten via leidingen 23 over een weerstand 24 aan op de uitgang van de spanningsomvormer 3. De kollektor van de transistor 20 sluit via de leiding 25 aan op de uitgang, dit is op de leiding 13. De kollektor van de transistor 21 sluit via de leiding 26 over een weerstand 27 aan op de leiding 19. Een derde transistor 28 is met zijn basis door de leiding 29 verbonden met de leiding 26. Zijn emitter sluit aan via de leiding 30 op de leiding 22 en zijn kollektor staat via de leiding 31 met de aarde in verbinding.
De spanningsomvormer 3 is van een gekende konstruktie en is gemonteerd in de voedingslijn 32.
De hiervoor beschreven inrichting voor het toevoeren van energie laat toe dat een batterij die kompakt is en een beperkt vermogen kan leveren, toch gebruikt wordt om kortstondig een merkelijk groter vermogen aan een belasting ter beschikking te stellen.
De huidige uitvinding is geenszins beperkt tot de hiervoor beschreven en in de figuren weergegeven uitvoeringsvormen, doch dergelijke inrichtingen voor het toevoeren van energie kunnen in verschillende varianten worden verwezenlijkt zonder buiten het kader van de uitvinding te vallen.