JPH10502779A - 変成器なしのバス結合器におけるボードネット電圧供給装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 特に建物システム技術の情報およびエネルギーを導くバス（バス線１、２）に結合するための、変成器なしのバス結合器におけるボードネット電圧を用意するための装置。結合回路（３）がその制御入力端（４）で、調節規範に対する入力端（６、７）を有する駆動回路（５）と接続されている。結合回路（３）は、それがメッセージのサイクル数に対する定電流源の動作の仕方で動作し、またそれがより低いサイクル数に対して駆動回路（５）と結び付いて調節回路として動作するように構成かつ設定されている。結合回路（３）は作用的にボードネット電圧を取り出すための蓄積コンデンサ（８）と直列に接続されている。この直列回路が作用的にバス線（１、２）に接続されている。

Description

【発明の詳細な説明】 変成器なしのバス結合器におけるボードネット電圧供給装置 本発明は、特に建物システム技術のバスシステムの情報およびエネルギーを導 くバスに結合するための、変成器なしのバス結合器におけるボードネット電圧を 用意するための装置に関する。 バス結合器は、従来、変成器を有するものとして構成されている（ヨーロッパ 特許出願公開第 0365696号公報、ヨーロッパ特許出願公開第 0379902号公報参照 ）。その際にボードネット電圧供給のための直流電圧はＬＣフィルタとして作用 する変成器およびコンデンサによりバスから得られる。変成器のインダクタンス の低抵抗の直流抵抗の際に直流電流取得のためには低抵抗が、また情報伝達によ る交流的負荷のためには高抵抗の誘導性の抵抗が用意される。このような構成で は小形化およびＩＣ回路への集積に限界が課せられる。 本発明の課題は、情報およびエネルギーを導くバスに結合するための、変成器 なしのバス結合器におけるボードネット電圧を用意するための装置を提供するこ とにある。 この課題は、本発明によれば、請求項１による装置により解決される。その際 に制御入力端を有する結合回路が制御入力端を介して駆動回路と接続されており 、その際に駆動回路は調節規範に対する入力端を有する。結合回路は、それが通 信のサイクル数に対する定電流源の動作の仕方で動作し、またそれがより低いサ イクル数に対して駆動回路と結び付いて調節回路として動作するように構成かつ 設定されている。このようなより低いサイクル数はエネルギー消費により惹起さ れる。メッセージのサイクル数はビット／秒での伝送速度として解することがで きる。たとえばヨーロッパバス配線協会のバスであるＥＩＢバスはたとえば９． ６ｋｂｉt／秒で動作し、このことは９．６ｋＨｚのサイクル数に相当する。結 合回路は作用的にボードネット電圧を取り出すための蓄積コンデンサと直列に接 続されている。直列回路は作用的にバス線に接続されている。 最高の調節サイクル数が最低の伝送サイクル数よりも低く設定されていること によって、結合回路の抵抗がボードネット電圧供給に対しては十分に低く、また メッセージ信号に対しては十分に高いことが保証されている。バス上のメッセー ジはそれによりボードネット電圧供袷により減衰されない。他方において、、ボ ードネット電圧供給に対するエネルギーは特に経済的な仕方で低損失で得られる 。実際には、最高の調節サイクル数を最低の伝送サイクル数の１０分の１よりも 低く設定するのが有利である。 このような構成は集積回路、すなわちＩＣでの構成を可能にする。 結合回路は作用的にトランジスタを有してよく、そのエミッタが抵杭を介して 結合回路の極を形成し、この極にコンデンサも接続されており、このコンデンサ が他方の側でトランジスタの制御入力端としての役割をするベースに接続されて おり、そのコレクタが結合回路の他方の極を形成する。このような構成は特に簡 単かつ効果的である。 駆動回路がその入力端で結合回路の両極に接続されており、また結合回路の電 圧降下が最小値となるように接続または構成されていると有利である。これによ り結合回路における最小の電圧降下での調節およびそれにより最高の効率が得ら れる。 駆動回路はさまざまな視点で最適化することができる。最良の効率にではなく 一定のボードネット電圧に調節したいならば、請求項４による駆動回路が有利で ある。それによれば、駆動回路はその入力端で蓄積コンデンサに接続されており 、また蓄積コンデンサにおいてボードネット電圧として取り出される電圧が一定 に保たれるように接続または構成されている。 他方において、バスシステムからの最小の電流、従ってまたバスシステムの最 小の電力消費のための調節のための駆動回路は請求項５に従って設計することが できる。それによれば、駆動回路はその入力端でボードネット電圧供給のため電 流経路に接続されている。駆動回路は、ボードネット電圧供給のために必要とさ れる程度のオーダーの電流のみをバスから取り出すように接続または構成されて いる。 請求項６による実施態様によれば、平均的な、すなわち最低のバス電圧よりも 大きいバス電圧のオーダーのボードネット電圧を得ることが可能である。エネル ギーおよび情報を導くバスにおいて直流電圧電位にメッセージが交流電圧として 重畳されているならば、最低バス電圧は直流電圧電位に関して負の情報成分の範 囲に低下する。請求項６によるバイパス回路により、定電流源の作動相で、特定 の作動時点でバス電圧よりも大きいボードネット電圧においても、定電流源がさ らに正しい機能で作動するように、電流がバイパスを介して流れることが可能に される。 請求項６による装置では、結合回路に対して直列にまた蓄積コンデンサを橋絡 してバイパス回路が設けられており、その際に橋絡された分岐路に蓄積コンデン サに対して直列に方向に関係して遮断する弁が挿入されている。この弁は、それ ぞれバイパス回路における電圧よりも高い蓄積コンデンサにおける電圧の際に方 向に関係して遮断する弁がその遮断状態にあるように挿入されている。ここで、 方向に関係して遮断する弁とは、一方の方向では遮断し、他方の方向では導通し ．ている弁を指している。このような弁は方向に関係して自己阻止性であっても 、制御されるものであってもよく、または調節される弁であってもよい。 請求項６による方向に関係して遮断する弁は、それぞれバイパス回路における 電圧よりも低い蓄積コンデンサにおける電圧に対して導通状態にある。バイパス 回路は、それが蓄積コンデンサにおいて取り出すべきボードネット電圧よりも大 きいバス電圧の際には遮断しており、また蓄積コンデンサにおいて取り出すべき ボードネット電圧よりも小さいバス電圧の際には導通しているように接続または 構成されている。すなわち定電流源としての動作相での機能的に正しい作動が方 向に関係して遮断する弁およびバイパス回路により、最低のバス電圧よりも大き い平均的なバス電圧のナーダーのボードネット電圧が得られるときにも達成され る。 バイパス回路はそれ自体は公知の仕方でコンパレータにより構成することがで きる。請求項７によるバイパス回路によりこのようなコンパレータは特に簡単か つ経済的な仕方で省略することができる。このようなバイパス回路はトランジス タを有し、そのベースは駆動回路と結合回路との間に存在する制御線に接続され ている。その際に結合回路のトランジスタのベースとバイパスのトランジスタの ベースとの間に電圧降下を生ずる要素、特に導通方向のダイオードが挿入されて いる。直流電圧変換はその際に電圧降下における順方向電圧降下を形成する要素 により置換される。 バイパス回路内のコンパレータは、請求項８による実施態様による装置におい ても省略することができる。その際に結合回路のトランジスタはしきいコレクタ を有し（ドイツ特許出願公開第 4316608号公報参照）、このコレクタはバイパス 回路を形成する相補性の形式のトランジスタの制御電極又はベースに接続されて いる。その際にコンパレータは特に望ましいことに省略でき、またチップに集積 する際にシリコンを節減できる。 以下に図面に概要を示されている実施例にもとづき本発明を一層詳細に説明す る。 図１にはボードネット電圧を用意するための装置であって、調節作動中に調節 規範が定電流源における電圧降下である装置の概要が示されている。この場合、 最大可能な効率を達成するため結合回路における最小電圧降下への調節が行われ る。 図２には調節作動由に一定のボードネット電圧またはバス結合器の作動電圧へ の調節が行われる装置が示されている。 図３には調節作動中にバスシステムからの最小の電流消費、従ってまた電力消 費への調節が行われる装置が示されている。 図４には図２による装置および図３による装置の組み合わせとして動作する装 置が示されている。この場合、調節規範はボードネット電力または作動電力であ る。 図５には図１ないし図４による結合回路に対する実施例が示されている。 図６には図１または図２による装置に対する駆動回路に対する実施例が示され ている。 図７には図１による装置に対するバイパスを有する実施例が示されている。 図８にはバイパスおよび駆動回路を有する定電流源が示されている。 図９には特に望ましい実施例にもとづきバイパスを設けられている図２による 装置の構成が示されている。 図１０には特に有利な実施例にもとづきバイパスを設けられている図２による 装置の別の構成が示されている。 変成器なしのバス結合器におけるボードネット電圧を用意するための装置が、 図１によれば、バス線１、２を有するバスに接続されている。たとえば上側のバ スは正の電位を導き、また下側のバスは負の電位または接地電位を導く。装置は その入力端４で駆動回路５と接続されている結合回路３を有する。駆動回路５は 調節規範に対する入力端６、７を有する。結合回路３は、それがメッセージのサ イクル数に対して定電流源の動作の仕方で動作するように構成かつ設定されてい る。メッセージのサイクル数は交流信号としてバスの直流電圧電位に重畳されて 伝送されている。低いサイクル数に対しては結合回路３は駆動回路５と結び付い て調節回路として動作する。結合回路３は少なくとも作用的に蓄積コンデンサ８ と接続されており、この蓄積コンデンサからボードネット電圧が直流電圧として 供給母線９および１０に取り出される。結合回路３および蓄積コンデンサ８から 成る直列回路は作用的にバス線１および２に接続されている。供給母線９および １０を経てバス結合器にボードネット電圧が供給される。ボードネット電圧を用 意するための装置はバス結合器の一部であってよい。ボードネット電圧供給のた めのエネルギーは特に経済的な仕方で低損失で得られる。 結合回路は特に簡単かつ効率的に図５に従って構成することができる。それに よれば結合回路は少なくとも作用的にトランジスタ１３を有し、そのエミッタが 抵抗１４を介して結合回路の一方の極１１を形成する。この極にはコンデンサ１ ５も接続されており、このコンデンサが他方の側でトランジスタ１３の制御入力 端としての役割をするベースに接続されている。トランジスタ１３のコレクタが 結合回路の他方の極１２を形成する。大きい電流の際には抵抗１４は既にトラン ジスタの内部エミッタ抵抗で十分であり、従ってまた追加的な外部抵抗が不要で あり、すなわち省略できるように小さくすることができる。 結合回路３の両極１１、１２に接続されている駆動回路５は原理的に図６に従 って構成することができる。調節規範に対する駆動回路の入力端６、７はコンパ レータ１６に導かれており、その出力端は駆動回路のトランジスタのベースと接 続されている。たとえばコレクタは、結合回路の制御入力端で動作する出力端を 形成する。エミッタはたとえば基準接地電位に接続される。 図５による結合回路３の時定数はトランジスタ１３の増幅率Ｂ、抵抗１４の抵 抗Ｒおよびコンデンサ１５のキャパシタンスＣの積としてτ＝Ｂ×Ｒ×Ｃとして 生ずる。結合回路はメッセージが有するような高いサイクル数においては時定数 τを有する定電流源として作用する。 結合回路の他方の極１２は定電流源の出力端を形成する。極１１はその入力端 を形成する。 調節規範がボードネット電圧または蓄積コンデンサ８における作動電圧である 図２による実施例では、結合回路３および駆動回路５は図５および図６による実 施例のように構成することができる。 前述の原理に従って、調節規範がボードネット電流または作動電流である図３ による実施例では、結合回路３および駆動回路５は図５および図６に示されてい るように構成することができる。この場合、測定抵抗１８に駆動回路の入力端６ および７が位置し得る。その際に測定抵抗１８を通るボードネット電流が駆動回 路に対する入力電圧として変換される。 図４による実施例は図２および図３による原理の組み合わせとして解すること ができる。 図７による装置では、図１による装置、バイパス回路１９および方向に関係し て遮断する弁２０が図示されている仕方で設けられている。当然のことながら、 実施例による具体的な構成要素は作用的にのみ集積回路で実現することができる 。また当然のことながら、示されている図面によるすべての回路はそのように理 解すべきである。 結合回路３に対して直列に、蓄積コンデンサ８を橋絡して、バイパス回路１９ が設けられている。その際に、橋絡された分岐路に蓄積コンデンサ８に対して直 列に方向に関係して遮断する弁２０が、それぞれバイパス回路１９における電圧 よりも高い蓄積コンデンサ８における電圧の際に方向に関係して遮断する弁２０ がその遮断状態にあるように挿入されている。他方においてそれぞれバイパス回 路１９における電圧よりも低い蓄積コンデンサ８における電圧に対しては方向に 関係して遮断する弁２０は導通状熊にある。バイパス回路１９は、それが蓄積コ ンデンサ８において取り出すべきボードネット電圧よりも大きいバス電圧の際に は遮断している。また蓄積コンデンサ８において取り出すべきボードネット電圧 よりも小さいバス電圧の際にはバイパス回路は導通している。その場合に定電流 源として作動する結合回路３は電流をバイパス回路を経て導き、また定電流源と してのその機能を維持する。 方向に関係して遮断する弁は方向に関係して自己阻止性で、制御される弁とし て、または調節される弁として構成することができる。 定電流源としての結合回路３の作動時間中は図７による回路では、バス電圧が 蓄積コンデンサにおける電圧よりも大きいならば、電流が充電電流として方向に 関係して遮断する弁２０を経て蓄積コンデンサ８に導かれる。メッセージが重畳 された結果としてバス電圧が蓄積コンデンサ８における電圧以下に低下すると、 方向に関係する弁２０を経ての蓄積コンデンサの放電が妨げられ、また定電流源 の電流がバイパス回路１９を経て導かれる。他の作動時間中は結合回路３は駆動 回路５と結び付いて再び調節回路として作用する。この実施例では調節規範は定 電流源における電圧降下であり、この電圧降下が最小の電圧降下に調節される。 上述の回路がバイパス回路を設けられているならば、バスシステムからバイパス 回路なしの場合よりも高いボードネット電圧が取り出され得る。より高いボード ネット電圧は他方において一般に知られている利点を有する。 バイパス回路１９を設けられている図８による装置はコンパレータ２１により 駆動される。図８による回路は図１ないし図３の１つおよびたとえばそれぞれ図 ６による駆動回路５により補われるものとして想定できる。図９による回路は、 図２による回路にバイパス機能を設け、また集積回路に集積するのに特に適して いる回路原理を示す。その際にバイパス機能を駆動するための図８によるコンパ レータ２１は省略される。バイパス回路は、トランジスタ２２を有するバイパス ２４として構成されており、そのベースが駆動回路５′と結合回路３との間に存 在する制御線２３に接続されており、その際に結合回路３のトランジスタ１３の ベースとバイパス２４のトランジスタ２２のベースとの間に電圧降下を生ずる要 素２５、特に導通方向のダイオードが挿入されている。電圧降下を生ずる要素２ ５における電圧降下は、結合回路３の電流が定電流源としての作動相で、蓄積コ ンデンサ８における電圧、従ってまた供給母線９および１０におけるボードネッ ト電圧がバス線１と２との間の電圧よりも小さいかぎり、蓄積コンデンサ８を充 電するという結果をもたらす。蓄積コンデンサ８における電圧がバス線１と２と の間の電圧よりも大きい作動状熊に対しては、電圧降下を生ずる要素２５におけ る電圧は、バイパス２４のコンデンサ２２が導通状態に制御され、またそれによ って定電流が引き続き流れるという結果をもたらす。 駆動回路５′内ではトランジスタ１７のベースに抵抗２６および反転増幅器２ ７が直列に接続されており、その際に反転増幅器２７の入力端は供給母線９と１ ０との間の２つの分圧抵抗２９と３０との間に接続されている。供給母線９と１ ０との間のボードネット電圧が小さくなると、反転増幅器２７の入力端がこの実 施例では負の電位をとるので、その出力端に増幅された正の電圧が生じ、この電 圧がトランジスタ１７のベースに正の電位としてかかり、またコレクタおよびエ ミッタを経てより小さい電流の流れを生じさせ、従ってより負の電位が結合回路 のトランジスタ１３のベースにかかり、結合回路がＰＮＰトランジスタにおいて 、それがエミッタおよびコレクタを経てより大きい電流を導くことに通じ、この 電流が蓄積コンデンサ８を充電し、従って供給母線９と１０との間に再びより高 い電圧が生ずる。定電流源の作動相は既に先に説明した作動の仕方に相当する。 図１０には、図８によるコンパレータ２１も省略されている実施例が示されて いる。図９による実施例と比較してここでは電圧降下を生ずる要素２５も無くて すみ、その際にバイパス機能に対するトランジスタ２２は結合回路３のしきいコ レクタとして構成されたトランジスタ１３′により駆動される。しきいコレクタ を有するトランジスタの構成はドイツ特許出願公開第 4316608号公報に記載され ている。このようなトランジスタは飽和開始を電圧差の下方超過として認識する 別のコレクタ、すなわちしきいコレクタを有する。このようなトランジスタがそ のベースにおいて定電流により駆動されると、すなわちここでは定電流源として の結合回路の作動相で駆動されると、エミッタからしきいコレクタへ電流が流れ 、また、トランジスタが飽和範囲内にないかぎり、しきいコレクタは無電流にと どまる。トランジスタが主コレクタに関して飽和状熊にあれば、しきいコレクタ は物理的に見て過剰な正孔を受け入れる。しきいコレクタにより形成されるトラ ンジスタは、エミッタ‐コレクタ電圧が非常に小さいならば、飽和状態にある。 す なわち、しきいコレクタ内の電流の流れは、相応にわずかな電圧差がコレクタと エミッタとの間に存在することの徴候である。飽和状態は一般に制御電流のそれ 以上の上昇がコレクタ電流の増大を生じさせないという結果を生ずる。 図１０による実施例では結合回路はコンデンサ１５、抵抗１４およびしきいコ レクタを有するトランジスタ１３′から形成される。コレクタ２８を有するトラ ンジスタ１３′は同時にバイパス機能に対するトランジスタ２２の駆動の役割を する。蓄積コンデンサ８の電荷の流出を再び方向に関係して遮断する弁２０が妨 げる。図９による回路と比較して、電圧降下を生ずる要素２５の機能はしきいコ レクタ２８を有するトランジスタ１３′により引き受けられる。その他の点では 図９による装置の場合と等しい構成要素には等しい符号が付されている。図１０ による回路では、定電流源としての結合回路の作動相では、供給母線９、１０の 間のボードネット電圧と比較してバス電圧の低下の結果としてしきいコレクタを 有するトランジスタ１３′のエミッタとコレクタとの間の崩壊する電圧の際に開 始した飽和状態のゆえにしきいコレクタ２８から電流が取り出され、この電流が バイパス機能に対するトランジスタ２２′を次いで導通状態に制御し、従って定 電流源を有する作動状態に対する条件が保証されている。図１０によるトランジ スタ２２′は図９によるトランジスタ２２とｐｎｐまたはｎｐｎトランジスタと してのそのドーピングによってのみ相違している。 重要なことは、それぞれ定電流源を有する作動相と調節回路を有する作動相と の間の滑らかな移行である。定電流源はメッセージを表すような高いサイクル数 に対して与えられており、また作動相調節回路はボードネット内での電流取り出 しにより実現するような低いサイクル数に対して与えられている。重要なことは 、本発明による原理により、集積回路に集積するのに特に望ましい回路が実現さ れることである。示されている離散的な構成要素は作用の点でも機能の点でもそ れ自体は公知の仕方で集積回路で実現することができる。回路接続ももちろん集 積回路のテクノロジーで実現できる。特に図９および図１０による回路は特に材 料を節減して集積回路に構成することができる。さらにバイポーラトランジスタ は電界効果トランジスタにより置換することができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．特に建物システム技術の情報およびエネルギーを導くバス（バス線１、２） に結合するための変成器なしのバス結合器におけるボードネット電圧を用意する ための装置において、制御入力端（４）を有する結合回路（３）がそれを介して 調節規範に対する入力端（６、７）を有する駆動回路（５）と接続されており、 また結合回路（３）が、メッセージのサイクル数に対して定電流源の動作の仕方 で動作し、またより低いサイクル数に対して駆動回路（５）と結び付いて調節回 路として動作するように構成かつ設定されており、結合回路（３）が作用的にボ ードネット電圧を取り出すための蓄積コンデンサ（８）と直列に接続されており 、また直列回路が作用的にバス線（１、２）に接続されていることを特徴とする 変成器なしのバス結合器におけるボードネット電圧を用意するための装置。 ２．結合回路（３）がトランジスタ（１３）を有し、そのエミッタが抵抗（１４ ）を介して結合回路の一方の極（１１）を形成し、この極にコンデンサ（１５） も接続されており、このコンデンサが他方の側でトランジスタ（１３）の制御入 力端（４）としての役割をするベースに接続されており、そのコレクタが結合回 路の他方の極（１２）を形成することを特徴とする請求項１記載の装置。 ３．駆動回路（５）がその入力端（６、７）で結合回路（３）の両極に接続され ており、また結合回路の電圧降下が最小値となるように接続または構成されてい ることを特徴とする請求項１または２記載の装置。 ４．駆動回路（５、５′）がその入力端（６、７）で蓄積コンデンサ（８）に接 続されており、また蓄積コンデンサ（８）においてボードネット電圧として取り 出される電圧が一定に保たれるように接続または構成されていることを特徴とす る請求項１記載の装置。 ５．駆動回路（５、５′）がその入力端（８、７）でボードネット電圧のための 電流経路に接続されており、また結合回路がボードネット電圧供給のためにそれ ぞれ必要とされるようなオーダーの大きさの電流のみをバスから取り出すように 接続または構成されていることを特徴とする請求項１記載の装置。 ６．結合回路（３）に対して直列に、また蓄積コンデンサ（８）を橋絡して、バ イパス回路（１９、２４）が設けられており、その際に、橋絡された分岐路に蓄 積コンデンサ（８）に対して直列に方向に関係して遮断する弁（２０）が、それ ぞれバイパス回路（１９、２４）における電圧よりも高い蓄積コンデンサ（８） における電圧の際に方向に関係して遮断する弁（２０）がその遮断状態にあり、 それぞれバイパス回路（１９、２４）における電圧よりも低い蓄積コンデンサ（ ８）における電圧に対しては方向に関係して遮断する弁（２０）が導通状態にあ るように挿入されており、その際にさらにバイパス回路（１９）が、それが蓄積 コンデンサ（８）において取り出すべきボードネット電圧よりも大きいバス電圧 の際には遮断しており、また蓄積コンデンサ（８）において取り出すべきボード ネット電圧よりも小さいバス電圧の際には導通しているように接続または構成さ れていることを特徴とする請求項１または請求項２ないし５の１つに記載の装置 。 ７．バイパス回路（１９）が、トランジスタ（２２）を有するバイパス（２４） として構成されており、そのベースが駆動回路（５′）と結合回路（３）との間 に存在する制御線（２３）に接続されており、その際に結合回路（３）のトラン ジスタ（１３）のベースとバイパス（２４）のトランジスタ（２２）のベースと の間に電圧降下を生ずる要素（２５）、特に導通方向のダイオードが挿入されて いる（図９）ことを特徴とする請求項１、２、４および６の１つに記載の装置。 ８．結合回路（３）のトランジスタ（１３′）が、バイパス回路の制御入力端と 接続されているしきいコレクタ（２８）を有し（ドイツ特許出願公開第 4316608 号公報）、その際にバイパス回路が特に相補性の形式のトランジスタ（２２′） から形成されている（図１０）ことを特徴とする請求項１、２、４および６の１ つに記載の装置。