Die Erfindung lässt sich besser verstehen, und andere Eigenschaften, Details und Vorteile von ihr erscheinen einleuchtender beim Lesen der folgenden ausführlichen und detaillierten Beschreibung einer besonderen Ausführungsform der Erfindung, die nur als nicht einschränkendes Beispiel unter Bezugnahme auf die beigefügten schematischen Zeichnungen dient. In diesen Zeichnungen:

– stellt 1 den zeitlichen Verlauf der Spannung an den Klemmen des Speicherkondensators dar für einen Zustand nahe der vollen Ladung a) der elektrischen Energiequelle und für einen Zustand nahe der Entladung b) der elektrischen Energiequelle bei einem Elektrozaungerät nach dem Stand der Technik,

– ist 2 ein Schaltkreis, der ein autonomes Elektrozaungerät entsprechend der vorliegenden Erfindung darstellt,

– ist 3 ein Organigramm, das die unterschiedlichen Berechnungsschritte darstellt, die vom Microcontroller des Elektrozaungeräts der 2 durchgeführt werden,

– stellt 4 den zeitlichen Verlauf eines Steuersignals des Schaltkreises für das Laden des Speicherkondensators des Elektrozaungeräts der 2 dar für einen Zustand nahe der vollen Ladung a) der elektrischen Energiequelle und für einen Zustand nahe der Entladung b) der elektrischen Energiequelle, wobei die Zustände mit denen in 1 identisch sind, und

– stellt 5 den zeitlichen Verlauf der Spannung an den Klemmen des Speicherkondensators des Elektrozaungeräts der 2 dar für einen Zustand nahe der vollen Ladung a) der elektrischen Energiequelle und für einen Zustand nahe der Entladung b) der elektrischen Energiequelle, wobei die Zustände mit denen in 1 identisch sind.

Das bei dem Elektrozaungerät entsprechend der Erfindung umgesetzte generelle Prinzip besteht darin, den Umformer mit Energiespeicherung mit konstanter zyklischer Meldung in einen Umformer mit Energiespeicherung mit variabler zyklischer Meldung abzuändern. Die zyklische Meldung variiert je nach der Versorgungsspannung U_E an den Klemmen der elektrischen Energiequelle derart, dass die Ladezeit des Speicherkondensators gleich oder geringfügig kleiner ist als die vorgegebene Periode &Dgr; für die Aktivierung des Thyristors, d. h. die Periode der an den Zaun abgegebenen elektrischen Impulse. Das Einstellen besteht darin, den Speicherkondensator schrittweise mit Stromstärken zu laden, die gegenüber den Stromstärken nach dem Stand der Technik reduziert sind, was zur Folge hat, dass die Verluste durch den Joule-Effekt minimiert werden, der Stromverbrauch des Elektrozaungeräts reduziert wird und sich folglich dessen Autonomie erhöht.

In 2 weist ein tragbares, autonomes Elektrozaungerät 100 eine elektrische Energiequelle 1 auf, die zwischen den Eingangsklemmen A und B angeschlossen ist. Die Ausgangsklemmen R und T des Elektrozaungeräts 100 können an einen (nicht dargestellten) elektrisch leitenden Draht des Zauns angeschlossen sein.

Die Quelle 1 legt eine Eingangs- oder Versorgungsspannung U_E zwischen den Eingangsklemmen A und B an. Die Spannung U_E verändert sich im Laufe der Betriebszeit der elektrischen Spannungsquelle 1, zwischen einer Spannung E₀, beispielsweise gleich 9 V, die dem vollen Ladezustand der Quelle 1 entspricht, und einer Spannung Null, die dem Zustand der vollständigen Entladung der Quelle 1 entspricht. Der Zustand der vollständigen Entladung wird in Wirklichkeit nicht erreicht. Die elektrische Energiequelle wird ersetzt, sobald die für die Ladung des Kondensators erforderliche Zeit die Periode &Dgr; zwischen zwei aufeinander folgenden Entladungen desselben übersteigt.

Das Elektrozaungerät 100 umfasst einen Pulsbreitenmodulator 2, dessen Eingangsklemmen an den Eingangsklemmen A und B und dessen Ausgangsklemmen I und J an der Eingangsklemme B bzw. an das Gate eines MOSFET-Transistors 3 angeschlossen sind.

Die Source S des Transistors 3 ist an die Eingangsklemme B und der Drain D des Transistors 3 ist über die Primärwicklung 41 eines Transformators 4 an die Eingangsklemme A angeschlossen. Der Transistor 3 übernimmt die Aufgabe eines Schalters, der von dem vom Modulator 2 ausgegebenen Steuersignal gesteuert wird. Das Steuersignal ist hier eine Spannung U_G, die vom Modulator 2 an das Gate G des Transistors 3 angelegt wird. Die Spannung U_G ist in 4 dargestellt. Es handelt sich um ein zeitliches Rechteckimpulssignal der Periode T. Während einer Zeit T-&tgr; befindet sich der Transistor 3 in einem gesperrten Zustand, wobei die Spannung U_G kleiner als ein vorgegebener Schwellenwert ist. Die Schleife M₁ ist dann geöffnet. Während einer Zeit &tgr; befindet sich der Transistor 3 in einem Übergangszustand, wobei die Spannung U_G größer als der vorgegebene Schwellenwert ist. Die Schleife M₁ ist dann geschlossen, und die Spannung U_E liegt während einer Zeit &tgr; direkt an den Klemmen der Primärwicklung 41 des Transformators 4 an.

Bekanntermaßen speichert die Primärwicklung während einer Zeit &tgr; Energie in magnetischer Form. Während der Zeit T-&tgr; wird diese Energie von der Sekundärwicklung 42 über die Diode 5 an den Energiespeicherkondensator C zurückgegeben, der dann schrittweise geladen wird. Die in der Ladeschleife M₂ in Reihe geschaltete Diode 5 verhindert, dass der Speicherkondensator C sich während der Zeit &tgr; in der Schleife M₂ entlädt, unter Berücksichtigung der jeweiligen, in 2 angegebenen Richtung der Wicklungen 41 und 42.

Der Speicherkondensator C ist ebenfalls Teil einer Entladeschleife M₃. Die Entladeschleife M₃ umfasst einen Thyristor 7, der die Aufgabe eines von nicht dargestellten Mitteln gesteuerten Schalters hat, und eine Primärwicklung eines Ausgangstransformators 6. Wenn der Thyristor 7 aktiviert wird und in seinen Übergangszustand kippt, wird die Entladeschleife M₃ geschlossen und gestattet somit, dass sich der Speicherkondensator C in der Primärwicklung 61 des Ausgangstransformators 6 entlädt. Folglich wird an den Klemmen der Sekundärwicklung 62 des Ausgangstransformators 6, die den Ausgangsklemmen T und R des Elektrozaungeräts 100 entsprechen, ein Impuls mit sehr hoher Spannung erzeugt.

Der Pulsbreitenmodulator 2 kann mit diskreten Elementen ausgeführt sein. Er kann beispielsweise die Form eines Spannungsregelschaltkreises haben. Vorzugsweise umfasst der Pulsbreitenmodulator 2 allerdings einen mikroprogrammierten integrierten elektronischen Schaltkreis oder einen Microcontroller 20. Eine Software in Form eines ausführbaren Programms ist in dem Speicher des Microcontrollers hinterlegt und wird von diesem ausgeführt. Der Microcontroller 20 ist an den Klemmen eines ersten Widerstands 22 angeschlossen, der mit einem zweiten Widerstand 21 eine Spannungsteiler-Brückenschaltung bildet, die zwischen den Eingangsklemmen A und B angeordnet ist. Die an den Klemmen des Widerstands 22 abgenommene Spannung U_e ist folglich proportional zu der Versorgungsspannung U_E. U_e ist eine reduzierte Versorgungsspannung.

Der Algorithmus des vom Microcontroller während des Ladevorgangs des Speicherkondensators C ausgeführten Programms ist in 3 kurz dargestellt. In einem ersten Schritt 301 zur Erfassung wird der Wert der reduzierten Versorgungsspannung U_e zwischen den Eingangsklemmen F und H des Microcontrollers 20 ausgelesen und als gemessene reduzierte Versorgungsspannung gespeichert.

In Schritt 302 wird die Pulsbreite &tgr; von der gemessenen reduzierten Versorgungsspannung abgeleitet, derart, dass die Verluste durch den Joule-Effekt minimiert werden. Die Ableitung des Wertes der Pulsbreite &tgr; kann das Ergebnis einer Berechnung sein. Vorzugsweise ist eine Tabelle mit früheren erfahrungsgemäßen Ausgabewerten permanent im Speicher des Microcontrollers hinterlegt. Diese Tabelle setzt die gemessene reduzierte Versorgungsspannung und die zur Erreichung der gewünschten Wirkung verwendete Pulsbreite &tgr; zueinander in Beziehung. Die Ableitung der Pulsbreite &tgr; von der gemessenen reduzierten Versorgungsspannung beschränkt sich also auf das einfache Auslesen der gespeicherten Tabelle.

Die Ausführung des Programms gelangt dann in eine Zeitschleife 303 mit der Periode T und dem Schritt T/n, wobei n eine hohe ganze Zahl ist, um eine Signal-Abtastung zu gestatten. Diese Schleife entspricht der Erzeugung einer Periode des Steuersignals des MOSFET 3. Das Steuersignal ist hier ein Rechteckimpulssignal. Die n aufeinander folgenden Werte einer binären Steuervariablen werden nacheinander berechnet. Beispielsweise nimmt die Steuervariable über die ersten k Intervalle den Wert 1 an, so dass die Zeit k×T/n gleich der Pulsbreite &tgr; ist, und über den Rest der Periode T, d. h. während einer Zeit T-&tgr;, den Wert 0 an. Die Werte dieser Steuervariablen werden über nicht dargestellte geeignete Ausgabemittel ausgelesen, die im Gegenzug eine entsprechende Steuerspannung zwischen den Klemmen I und J des Microcontroller 20 ausgeben. Dann wird eine Periode T eines Rechteckimpulssignals ausgegeben. Die Spannung beträgt beispielsweise 5 V über eine Zeit &tgr;, dann 0 V über eine Zeit T-&tgr;.

Am Ausgang der Schleife 303 mit der Zeit T misst der Microcontroller über nicht dargestellte Mittel den momentanen Wert der Spannung U_C an den Klemmen des Speicherkondensators C, die denen zur Messung der Spannung U_E der Quelle 1 verwendeten ähnlich sind.

In Schritt 305 wird folgende Bedingung getestet: ist die gemessene Spannung U_C größer oder gleich der Referenzspannung U₀?

Wenn U_C kleiner ist als U₀, wurde der Speicherkondensator nicht vollständig geladen. Das Programm kehrt dann zum Schritt zur Erzeugung einer Periode des Steuersignals zurück, und der Speicherkondensator C wird weitergeladen.

Wenn hingegen U_C größer oder gleich U₀ ist, sind die Ausführung des Programms und der Ladevorgang des Kondensators beendet. Es wird die Entladung des Kondensators abgewartet, bevor erneut ein Ladevorgang des Kondensators eingeleitet wird. Das Programm wird dann erneut vom Microcontroller 20 ausgeführt.

Somit wird bei jeder neuen Ausführung des Programms die zeitliche Breite &tgr; des Rechteckimpulses des Steuersignals in Abhängigkeit von dem gemessenen momentanen Wert der Versorgungsspannung U_E oder der mit der Versorgungsspannung U_E verbundenen Spannung neu berechnet. In 4 sind Steuersignale für zwei verschiedene Ladezustände der elektrischen Energiequelle dargestellt. Zu Beginn der Nutzung, wenn sich die Quelle in einem Zustand nahe der vollen Ladung a) befindet, ist die zeitliche Breite des Rechteckimpulses reduziert. Am Ende der Nutzung der Stromquelle hingegen, wenn sich die Quelle in einem Zustand nahe der Entladung b) befindet, ist die Breite des Rechteckimpulses höher, um die schwache, von der elektrischen Quelle gelieferte Leistung auszugleichen.

Der zeitliche Verlauf der Spannung an den Klemmen des entsprechend diesem Verfahren geladenen Speicherkondensators ist in 5 dargestellt und ist mit den entsprechenden Diagrammen in 1 zu vergleichen. Zu Beginn der Nutzung der elektrischen Stromquelle ist die Anstiegsrate der Spannung U_C reduziert, damit nicht zu viel elektrische Leistung bedingt durch den Joule-Effekt verloren geht. Die Pulsbreite ist derart eingestellt, dass die Ladezeit des Speicherkondensators bis zu der vorgegebenen Referenzspannung U₀ im wesentlichen konstant ist in Abhängigkeit von der von der Quelle 1 gelieferten Versorgungsspannung U_E. Vorzugsweise ist die Ladezeit des Kondensators geringfügig kleiner gewählt als die Zeit &Dgr; zwischen zwei aufeinander folgenden Entladungen des Kondensators.

Obgleich die Erfindung im Zusammenhang mit einer besonderen Ausführungsart beschrieben wurde, versteht es sich von selbst, dass sie sich keinesfalls hierauf beschränkt, sondern dass sie alle ähnlichen Techniken der beschriebenen Mittel sowie deren Kombinationen miteinander umfasst, sofern diese sich in den Rahmen der Erfindung einpassen.