窗口比较器以及具有这种窗口比较器的手持工具机、电动工具、充电设备和/或家用器具

摘要

在一种用于监测输入电压(UI)的具有分立的、无线圈的且无电容器的结构的窗口比较器(200)中，所述窗口比较器(200)包括至少三个晶体管以及至少一个欧姆电阻(R1至R10)。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于监测输入电压的窗口比较器以及带有这种窗口比较器的手持工具机、电动工具、充电设备和/或家用器具。

背景技术

从现有技术中，在广泛的变化范围内已知用于检测分立电路技术和集成电路技术中的电压范围的电子窗口比较器或两级的阈值探测器或幅度探测器电路，其在广泛的变化范围内是已知的。

从DE 24 15 098 B2中已知一种分立构建的幅度探测器电路或所谓的“窗口探测器”。该幅度探测器电路具有第一阈值电路，该第一阈值电路对输入电压做出响应并且在其输出端处提供输出电压，该输出电压对应于输入电压的超过第一电压阈值的部分。此外，设置具有比第一阈值电路的情况下更高的阈值的第二阈值电路，该第二阈值电路对输入电压做出响应并且当输入电压超过第二阈值电路的阈值时将输出端置于参考电压点。在此，设置反馈电路，该反馈电路对输出端处的电压做出响应并且提供用于第一阈值电路的控制电压，当输出端由第二阈值电路置于参考电位点时，该控制电压使第一阈值电路脱离其激活状态。

从US 5,963,062 A中还已知一种电子窗口比较器。该窗口比较器基本上包含带有电流镜的差分开关级以及下游的负载电路。

发明内容

本发明涉及一种用于监测输入电压的窗口比较器，该窗口比较器具有分立的、无线圈的且无电容器的结构且包括至少三个晶体管和至少一个欧姆电阻。

因此，本发明使得能够实现电子窗口比较器在电路技术上简单且成本有利的实现，由于其低的电力需求，该电子窗口比较器还尤其适用于电池供电的移动设备。仅使用分立的双极晶体管或分立的单极MOSFET以及至少一个分立的欧姆电阻。不需要诸如具有相对较低的MTBF值(Mean Time Between Failure，平均故障间隔时间)的电解电容器或线圈之类的故障关键构件。

优选地，在至少三个晶体管中，至少两个晶体管是npn晶体管并且至少一个晶体管构造为互补pnp晶体管。由此可以实现电子窗口比较器的电路的最小结构。

优选地，当输入电压超过大约0.6V至1.2V的范围中的第一电压阈值时，第一npn晶体管切换。因此，可以以简单且不复杂的方式实现第一开关阈值的确定。

根据一种有利的扩展方案，pnp晶体管一直接通，直到输入电压大于第二电压阈值，该第二电压阈值对应于窗口比较器的工作电压减去pnp晶体管的基极-发射极电压。由此可以确定窗口比较器的第二开关阈值。在双极小信号晶体管的常见晶体管参数的情况下，在例如3.3V的工作电压的情况下，因此得出例如2.7V数量级的第二电压阈值。

优选地，在pnp晶体管的基极与发射极之间布置有电阻。由此可以实现，晶体管不以非期望的方式接通或安全地保持在关断状态中。

优选地，窗口比较器的工作电压位于3.0V与3.6V之间的范围中。因此，窗口比较器非常适用于监测用于电池供电设备的锂电池或锂聚合物电池的充电电子设备。特别优选地，工作电压位于大约3.3V的数量级，该数量级对应于锂聚合物电池的常见单元电池电压。

在一种扩展方案中设置，第二npn晶体管用作用于第一npn晶体管的集电极电压的反相器，并且借助第二npn晶体管，同时能够将pnp晶体管的集电极电压经由第七电阻引至接地。通过借助第二npn晶体管形成的反相器或者说反向级(Invertierstufe)，将与第一开关阈值相关的第一npn晶体管的输出电压和与第二开关阈值相关的pnp晶体管的输出电压相互关联，并且因此可以提供具有两个开关状态的定义的输出电压或定义的输出信号。在第一开关状态中，窗口比较器的输出电压大约为零伏或者说位于接地，即窗口比较器的输出端在“低”状态中。当输入电压位于两个开关阈值之间时，窗口比较器的输出电压恰好等于工作电压(第二开关状态)，否则该窗口比较器的输出电压等于零伏，即窗口比较器的输出端在“低”状态中。在窗口比较器的第二开关状态中，输出电压大约等于工作电压，即窗口比较器的输出端在“高”状态中。

优选地，窗口比较器具有第一分压器，该第一分压器借助工作电压侧的第一电阻和接地侧的第二电阻形成，在该第一分压器的电压分接头处施加要监测的输入电压，其中，该电压分接头经由第四电阻与第一npn晶体管的基极连接以及经由第三电阻与pnp晶体管的基极连接。由此，即使在窗口比较器的输入端未连接的情况下，第一npn晶体管的基极和互补pnp晶体管的基极也位于定义的电位。

优选地，窗口比较器具有第二分压器，该第二分压器借助工作电压侧的第五电阻和接地侧的第八电阻形成，该第二分压器的电压分接头与第一npn晶体管的集电极连接并且经由第九电阻与第二npn晶体管的基极连接。由此，第二npn晶体管的基极位于定义的电位。

在一种技术上有利的扩展方案中，第二npn晶体管的集电极借助第十电阻连接至接地，其中，第二npn晶体管的集电极电压表示窗口比较器的输出电压。因此，设定定义的输出信号或定义的输出电压。

优选地，第一、第二、第五、第七和第九电阻分别具有1kΩ的值，第三和第四电阻分别具有47kΩ的值，第六电阻具有470kΩ的值，并且第八和第十电阻分别具有100kΩ的值。因此，可以以简单的方式的方法为大多数实际相关的应用情况提供具有合适电特性的窗口比较器。

优选地，两个npn晶体管分别借助小信号晶体管、尤其是2N3904型的小信号晶体管形成，并且一个pnp晶体管借助小信号晶体管、尤其是2N3906型的小信号晶体管形成。因此，给出简单、省电且同时稳健的窗口比较器的成本有利的、适合大批量的制造。

此外，本发明涉及具有至少一个根据本发明的窗口比较器的手持工具机、电动工具、充电设备和/或家用器具。由此能够实现来自多个电设备的电信号中的故障状态的可靠识别。

附图说明

在以下描述中基于在附图中示出的实施例进一步阐述本发明。附图示出：

图1示出根据现有技术的标准的窗口比较器的示意性视图；

图2示出图1的窗口比较器随时间t的示意性的输入和输出电压变化过程的曲线图；

图3示出根据本发明的窗口比较器的示例性电路图；

图4示出图3的窗口比较器的测量出的输入和输出电压变化过程的曲线图。

具体实施方式

图1示出从现有技术中已知的窗口比较器100，该窗口比较器具有第一运算放大器A

窗口比较器100的输入电压V

如果输入电压V

在进一步的描述过程中，以术语“低”状态表示输入端处或输出端处的约为零伏或接地电位的电压。与此相反，名称“高”状态表示输入端处或输出端处的处于工作电压U

如果输入电压V

图2示出图1的窗口比较器100的示例性的电压变化过程，其示例性地加载有正周期性的和三角形的输入电压V

图3示出根据本发明的窗口比较器200，该窗口比较器具有分立的、无线圈的且无电容器的结构，其包括至少三个晶体管和至少一个欧姆电阻。作为说明，窗口比较器200具有两个双极npn晶体管T1、T2，一个双极互补pnp晶体管Q以及示例性地十个欧姆电阻R

接地M与正导轨(Plusschiene)202之间的工作电压U

窗口比较器200的电路优选地具有第一分压器210，该第一分压器借助工作电压侧的第一电阻R

窗口比较器200的电路还优选地具有第二分压器220，该第二分压器借助工作电压侧的第五电阻R

第一npn晶体管T

第一、第二、第五、第七和第九电阻(即R

优选地，两个npn晶体管T

例如，如果观察借助两个欧姆电阻形成的分压器，则在故障分析中产生两种可能的故障状态。在故障情况下，要监测的分压器的电压分接头可以具有零伏的电压或者位于工作电压的水平。例如，这种故障情况可能由高阻焊接部位

因此，根据本发明的窗口比较器200适用于电信号的监测的范畴内的各种应用，例如用于物理参量的测量，尤其是温度、湿度、气压、路径、角度、光、转速或速度等。由于窗口比较器200的最小电力需求，因此该窗口比较器还预定用于移动的、电池供电的设备——尤其是手持工具机和电动工具——中的信号监测。

特别优选地，窗口比较器200可以在用于转速调节以及用于传感器监测的电子设备中使用。因此可以检查传感器与下游电子设备的电连接是否是无故障的，即传感器是否在电气上仍然“存在”，尤其是没有中断和/或短路，并且因此不提供任何失真的

图4示出分配给图3的窗口比较器200的输入和输出电压变化过程曲线图250。在曲线图250的横坐标上绘制有以秒为单位的时间t，而纵坐标示出从大约零伏到大约示例性地3.3伏的区间中的、以伏为单位的电压U。试验性地施加到图3的窗口比较器的输入电压U

窗口比较器200的两个电压阈值U

直到时间点t

此外，从曲线图250中可以看出，输出电压U