專利名稱：采用無轉送器的母線連接器提供艙內電源的裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種在采用無轉送器的母線連接器的情況下提供艙內電源電壓的裝置，用于連接到母線系統、尤其是結構系統技術中的傳輸信息和能量的母線上。
迄今，母線連接器總是被做成帶有轉送器的(EP-A-0 365 696，EP-A-0 379 902)。這里將通過起LC濾波器作用的一個轉送器及一個電容器從母線獲得用于艙內電源的直流電壓。在轉送器感抗的直流電阻值低的情況下，對獲得直流電提供了低電阻，而對于通過傳送信息的交流負載提供了高歐姆感性阻抗。在這種實施方式中集成電路(IC)的小型化及集成度受到限制。
本發明的目的在于，提供一種在采用無傳送器的母線連接器的情況下供給艙內電源電壓的裝置，用于連接到一種傳輸信息和能量的母線上。
本發明的目的是通過這樣一種采用無轉送器的母線連接器提供艙內電源電壓的裝置來實現的，該裝置用于連接到一個母線系統、尤其是結構系統技術中的傳送信息及能量的母線(母線導線)上，其中具有控制輸入端的連接電路通過該輸入端與一控制電路相連接，控制電路具有用于調節判據的輸入端，其中連接電路是這樣構成及選參數的，即對于通信頻率它以恒流源的工作方式工作，而對于低頻率它與控制電路相連接作為調節電路工作，其中連接電路根據其功能與一個檢測艙內電源電壓的儲能電容器相串聯，該串聯電路根據其功能與母線導線相連接。
其中上述低頻率是由耗能器引起的。通信頻率可理解為以位/秒為單位的傳輸速度。例如“歐洲安裝母線協會”的母線EIB-Bus以每秒9.6kbit的速度工作，它相當于9.6KHz的頻率。
通過使最高調節頻率調節得低于最低的傳輸頻率，就可以保證，連接電路的電阻對于艙內電源為足夠低、而對于通信信號為足夠高。由此使母線上的通信不會被艙內電源衰減。另一方面，可以用特別經濟的方式極小損耗地獲得用于艙內電源的能量。在實踐中，使最高調節頻率調節得低于最低傳輸頻率的十分之一是有利的。
這樣一種結構可以構成在一個集成電路中，即構成在一個IC中。
連接電路根據其功能可具有一個晶體三極管，它的發射極通過一個電阻構成該連接電路的一個極，在該極上還接有一個電容，該電容的另一端連接在作為晶體三極管控制輸入端的基極上，該晶體管的集電極構成連接電路的另一極。這樣一種結構特別地簡單及有效。
有利的是控制電路用其輸入端與連接電路的兩個極相連接并且這樣地連接或構成，即將連接電路的壓降調節到最小量值。由此可以實現連接電路上最小壓降的調節，并因此達到最高的效率。
控制電路可以用不同的思路來優化。當不是想調節到最佳效率、而是想調節到恒定艙內電源電壓上時，這時控制電路用其輸入端與儲能電容器相連接，且它是這樣連接或構成的，即在儲能電容上作為艙內電源電壓測量出的電壓保持恒定。
另一方面，控制電路可以設計成用于調節母線系統吸取最小電流損耗及由此從母線系統吸取最小功率損耗。由此控制電路用其輸入端連接到去艙內電源的電流路徑中。它是這樣地連接或構成的，即連接電路僅從母線吸取一定數量級的電流，該數量級的電流正是提供艙內電源所需要的。
為了進一步做到以中等母線電壓數量級、也就是大于最低母線電壓的量值來取得艙內電源電壓。人們了解到，在一個傳輸能量及信息的母線上在一直流電壓電位上疊加了一個作為交流電壓的通信信號時，將使相對于直流電壓電位為負的信息分量的最低母線電壓的量值降低。通過一旁通電路，在恒流源工作階段可以作到即使在一定的工作時間內，艙內電源電壓大于母線電壓時，可使一電流通過旁通電路分流，以使得恒流源繼續以正確的功能工作。
為此，在進一步改進的裝置上，設有一個與連接電路相串聯及與儲能電容器相并聯的旁通電路，其中在并聯支路中與儲能電容器串聯了一個與方向有關的阻斷整流管。它是這樣連接的，即總是當儲能電容器上的電壓高于旁通電路上的電壓時該與方向有關的阻斷整流管處于其阻斷狀態。這里與方向有關的整流器理解為，它在一個方向上阻斷而在另一方向上導通。這種整流管可以是根據方向自關斷的，也可以是可控制的或也可是可調節的整流器。
這種與方向有關的阻斷整流管總是當儲能電容器上的電壓低于旁通電路上的電壓時處于其導通狀態。該旁通電路是這樣連接或構成的，即總是在母線電壓大于從儲能電容器上取得的艙內電源電壓的情況下，該旁通電路被阻斷，及總是在母線電壓小于從儲能電容器取得的艙內電源電壓的情況下，它被導通。通過與方向有關的阻斷整流管及旁通電路即使當艙內電源電壓以大于最低母線電壓的中等母線電壓的數量級取得時，也能實現恒流源工作階段中功能無誤的工作。
旁通電路能以本身公知的方式用一個比較器構成。通過下面一種旁通電路可用特別簡單及經濟的方式省掉這樣一個比較器。這樣一種旁通電路具有一個晶體管，它的基極連接在控制電路及連接電路之間的控制導線上。這里在連接電路的晶體管基極和旁通電路的晶體管基極之間接有一個構成電壓降的元件，尤其是以正向連接的一個二極管。這里直流電壓的變壓將通過構成電壓降的元件上的電壓降來代替。
在另一構型的裝置中也可省掉旁通電路中的一個比較器。這里連接電路的晶體管具有一個傳感集電極(DE-A-4 3 16 608)，該傳感集電極與構成旁通電路的一個互補類型的晶體管的控制電極即基極相連接。這樣就以特別有利的方式省掉了一個比較器，由此在集成到一個硅片上時就能節約。
下面借助于附圖簡化示出的各實施例對本發明作進一步的詳細說明，附圖中
圖1概括示出一個提供艙內電源電壓的裝置，其中在調節工作時調節判據是恒流源上的壓降，這里它實現達到最大可能效率的連接電路上最小壓降的調節；圖2所示為一種裝置，其中在調節工作時實現恒定艙內電源電壓或恒定母線連接器工作電壓的調節；圖3表示一種裝置，其中在調節工作時實現最小電流損耗并由此實現最小母線系統功耗的調節；圖4又示出一種裝置，它作為圖2所示的裝置和圖3所示的裝置的組合工作，這里調節判據是艙內電源的功率或工作的功率；圖5表示用于圖1至4所示的連接電路的一個實施例；圖6示出了用于圖1或圖2所示的裝置的一個控制電路的實施例；圖7表示圖1所示裝置具有旁通電路的一個進一步構型；圖8表示用于這種裝置的具有旁通電路及控制電路的一個恒流源；圖9表示根據一個特別有利的實施例的設有旁通電路的圖2中所示裝置的進一步構型；圖10表示根據另一特別有利的實施例的設有旁通電路的圖2中所示裝置的進一步構型。
參見圖1，在采用無轉送器的母線連接器的情況下提供艙內電源電壓的一個裝置與具有母線導線1、2的母線相連接。例如，上方的母線傳導正電位，而下方的母線傳導負電位或地電位。該裝置具有一個連接電路3，其控制輸入端4與一個控制電路5形成連接。控制電路5具有用于調節判據的輸入端6、7。連接電路3是這樣構成及定參數的，即在通信頻率的情況下它工作在恒流源的工作方式上。通信頻率作為疊加在母線的直流電壓電位上的交流信號來傳輸。對于低的頻率，連接電路3與控制電路5相結合作為調節電路來工作。連接電路3根據其功能至少與一個儲能電容器8相連接，從該儲能電容器上可取出在電源匯流線9及10上作為直流電壓的艙內電源電壓。由連接電路3和儲能電容器8組成的串聯電路根據其功能連接在母線導線1及2上。通過電源匯流線9及10可向母線連接器輸送艙內電源電壓。該用于提供艙內電源電壓的裝置可以是母線連接器的一部分。用于艙內電源的能量可用特別經濟的方式很小損耗地被取得。
連接電路可根據圖5特別簡單及有效地構成。依此，該連接電路根據其功能至少具有一個晶體三極管13，它的發射極通過電阻14構成連接電路的一個極11。在極11上還連接有一個電容器15，該電容器的另一端與作為控制輸入端用的晶體管13的基極相連接。晶體管13的集電極構成連接電路的另一極12。在大電流情況下電阻14可以這樣地小，即僅是晶體管的內部發射極電阻就足夠了，并由此可去掉也即省掉附加的外部電阻。
連接在連接電路3的兩個極11、12上的控制電路5原則上可按照圖6來構成。該控制電路用于調節判據的輸入端6、7連接到一個比較器16，該比較器的輸出端與控制電路一個晶體管17的基極相連接。例如由其集電極構成輸出端，該輸出端連接在連接電路的控制輸入端上。晶體管17的發射極例如連接到基準地電位。
按照圖5的連接電路3的時間常數由晶體管13的放大系數B，電阻14的電阻值及電容器15的電容量的乘積得出，即Thau＝B×R×C。連接電路在高頻時(因其具有通信信號)作為設有時間常數Thau的恒流源工作。
連接電路的另一極12構成恒流源的輸出端，而極11構成其輸入端。
在圖2所示的一個實施例中，調節判據是艙內電源電壓或儲能電容器8上的工作電壓，連接電路3及控制電路5可根據圖5及圖6所示的實施例來構成。
對于圖3所示的實施例根據所述原則，其中調節判據是艙內電源電流或工作電流，連接電路3及控制電路5如在圖5及6中所示地構成。這里在一個測量電阻18上可以接控制電路的輸入端6及7，這時流過測量電阻18的艙內電源電流轉變為控制電路的輸入電壓。
按照圖4的實施例可理解為根據圖2及圖3原理的結合。
圖7所示的裝置以再現方式對圖1所示的裝置附設了一個旁通電路19及一個與方向有關的阻斷二極管20。可以理解，根據各實施例的具體結構元件按其功能可在一個集成電路中實現。對于重復出現的附圖中的全部電路來說均可這樣地理解。
與連接電路3相串聯并與儲能電容器8相并聯地設置了旁通電路19。其中在并聯支路中與儲能電容器8串聯的一個與方向有關的阻斷整流管20這樣地連接，即當儲能電容器8的電壓高于旁通電路19的電壓時，與方向有關的阻斷整流管20處于其阻斷狀態。另一方面，當儲能電容器8的電壓低于旁通電路19的電壓時，該與方向有關的阻斷整流管20處于其導通狀態。旁通電路19是這樣連接或構成的，即它總是在母線導線1、2之間的母線電壓大于從儲能電容器8上取得的艙內電源電壓的情況下被阻斷。而在母線電壓小于從儲能電容器8上取得的艙內電源電壓的情況下，該旁通電路被導通。于是作為恒流源工作的連接器3則可以使電流流經旁通電路并維持其作為恒流源的功能。
與方向有關的阻斷整流管可取決于方向自行關斷，并作為可控整流管或作為可調節的整流管來實施。
在圖7所示電路的情況下當母線電壓大于儲能電容器電壓時，在連接器3作為恒流源工作時，電流通過與方向有關的阻斷整流器20作為充電電流流向儲能電容器8。當由于疊加的通信信號使母線電壓下降到低于儲能電容器8上的電壓值時，通過與方向有關的阻斷整流管20可避免存儲電容器的放電，并使恒流源的電流流經旁通電路19。在其它的工作時間中連接電路3與控制電路5相結合重又作為調節電路。在該實施例中調節判據是恒流源上的壓降，該壓降被調節到一個最小的壓降上。當上述電路具有一個旁通電路時，可從母線系統取得比無旁通電路更高的艙內電源電壓。另一方面較高的艙內電源電壓具有普遍公知的優點。
根據圖8設有旁通電路19的裝置通過一個比較器21進行控制。圖8所示的電路意味著將附加根據圖1至3中之一的控制電路5，例如根據圖6的電路。圖9所示的電路又給出一個電路原理圖，它是圖2所示電路附有旁通功能并特別適于集成在一個集成電路中。這里省掉了圖8中所示的一個用于控制旁通功能的比較器21。該旁通電路被設計成旁通部分24，它具有一個晶體管22，其基極連接在控制電路5′及連接電路3之間的控制導線23上。這里在連接電路3的晶體管13的基極及旁通部分24的晶體管22的基極之間接有一個形成壓降的元件25，尤其是以正向連接的二極管。在壓降形成元件25上的電壓降用于在作為恒流源工作的階段中連接電路3一直對儲能電容8充電，只要儲能電容8上的電壓及由此電源匯流線9和10上的艙內電源電壓小于母線導線1和2之間的電壓。對于儲能電容器8上的電壓大于母線導線1和2之間的電壓的工作狀態，壓降形成元件25用于控制旁通部分24的晶體管22導通并由此可使恒定電流繼續流通。
在控制電路5′中晶體管17的基極與一電阻26及一反相放大器27串聯連接，其中反相放大器27的輸入端連接在電源匯流線9和10之間的兩個分壓電阻29、30之間。當電源匯流線9和10之間的艙內電源電壓變小時，在該實施例中的反相放大器27的輸入端得到一負電位，以使得在其輸出端上形成一放大的正電壓，它在晶體管17的基極上作為正電位施加，并通過其集電極及發射極形成一個較小的電流，它使得連接電路的晶體管13的基極得到更負的電位，這對于該PNP晶體管將導致；通過其發射極及集電極流過一較大的電流，該電流對儲能電容器8充電，就使得電源匯流線9和10之間保持較高的電壓。恒流源的工作階段相應于在前已述的工作方式。
圖10中示出了一個進一步的構型，其中也省略了圖8中所示的比較器21。與根據圖9的實施例相比較，這里不用壓降形成元件25也行，其中用于旁通功能的晶體管22′受到連接電路3的設計有傳感集電極的晶體管13′的控制。具有傳感集電極的晶體管的結構已在DE-A-4316608中有過描述。這種晶體管具有另一集電極，即傳感集電極，它用于識別低于一電壓差的飽和起始點。當這種晶體管其基極用一恒定電流控制時，也就是在這里連接電路作為恒流源的工作階段中，一電流將從集電極流到傳感集電極并且只要該晶體管不處于飽和區域，傳感集電極保持無電流。當對于主集電極該晶體管處于飽和時，從物理學來看該傳感集電集接收了多余的空穴。當發射極-集電極電壓非常小時，該設有傳感集電極的晶體管處于飽和。因此傳感集電極中的電流是集電極及發射極之間出現相當小的電壓差的標志。該飽和狀態通常產生的后果是，控制電流的繼續上升不會引起集電極電流的上升。
在根據圖10的實施例中，連接電路由電容器15、電阻14及具有傳感集電極28的晶體管13′各元件構成。具有集電極28的晶體管13′同時用于控制旁通功能的晶體管22。也使用一個與方向有關的阻斷整流管20來防止儲能電容器8的放電。與根據圖9的電路相比較，形成壓降的元件25的功能被具有傳感集電極28的晶體管13′所取代。此外與圖9所示裝置中相同的元件使用相同的標號。在圖10所示電路中在連接電路作為恒流源的工作階段中，當具有傳感集電極的晶體管13′的發射極和集電極之間存在雪崩電壓時，由于與電源匯流線9、10之間的艙內電源電壓相比傳感集電極的母線電壓下降并由于進入飽和狀態，故從傳感集電極28吸取電流，該電流則使旁通功能的晶體管22′受控導通，由此使恒流源工作狀態的條件得以保證。圖10中所示的晶體管22′與圖9中所示晶體管22的區別在于晶體管22′是作為npn晶體管而非pnp晶體管摻雜的。
在恒流源的工作階段及調節電路功能的工作階段之間總具有平滑的過渡是很重要的。恒流源用于高頻率，例如它表現為通信信號，而調節電路的工作階段用于低頻率，例如它通過吸取艙內電源中的電流來實現。重要的是按照本發明的原理可以實現這樣的電路，該電路特別適于在一個集成電路中進行集成。圖示的分立結構元件可僅根據其功能或作用以公知的方式作成集成電路。可以理解，電路連接可用集成電路技術來實現。尤其是根據圖9及10的電路可特別節省材料地作在一個集成電路中。此外雙極性晶體管可由場效應晶體管來代替。
權利要求
1.一種采用無轉送器的母線連接器提供艙內電源電壓的裝置，用于連接到一個母線系統、尤其是結構系統技術中的傳送信息及能量的母線(母線導線1，2)上，其中具有控制輸入端(4)的連接電路(3)通過該輸入端與一控制電路(5)相連接，控制電路具有用于調節判據的輸入端(6，7)，其中連接電路(3)是這樣構成及選參數的，即對于通信頻率它工作在恒流源的工作方式上，而對于低頻率它與控制電路(5)相連接作為調節電路工作，其中連接電路(3)根據其功能與一個檢測艙內電源電壓的儲能電容器(8)相串聯，該串聯電路根據其功能與母線導線(1，2)相連接。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于連接電路(3)具有一個晶體管(13)，它的發射極經過一個電阻(14)構成連接電路的一個極(11)，在該極上還連接有一電容器(15)，該電容器的另一端連接在晶體管(13)的作為控制輸入端(4)的基極上，該晶體管的集電極構成連接電路的另一極(12)。
3.根據權利要求1或2所述的裝置，其特征在于控制電路(5)用其輸入端(6，7)與連接器(3)的兩個極(11，12)相連接，并這樣地連接或構成，即將連接電路的壓降調節到最小量值。
4.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于控制電路(5，5′)用其輸入端(6，7)連接到儲能電容器(8)上，且它是這樣連接或構成的，即在儲能電容器(8)上作為艙內電源電壓測量出的電壓保持恒定。
5.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于控制電路(5，5′)用其輸入端(6，7)連接到去艙內電源的電流路徑中，且它是這樣地連接或構成的，即連接電路僅從母線吸取一定數量級的電流，該數量級的電流正是對于艙內電源所需要的。
6.根據權利要求1或權利要求2至5中任一項所述的裝置，其特征在于設有一個與連接電路(3)相串聯及與儲能電容器(8)相并聯的旁通電路(19，24)，其中在并聯支路中與儲能電容器(8)這樣地串聯一個與方向有關的阻斷整流器(20)，即總是當儲能電容器(8)上的電壓高于旁通電路(19，24)上的電壓時，該與方向有關的阻斷整流管(20)處于其阻斷狀態，并且總是當儲能電容器(8)上的電壓低于旁通電路(19，24)上的電壓時，該與方向有關的阻斷整流管(20)處于導通狀態，此外旁通電路(19)是這樣連接或構成的，即總是在母線電壓大于從儲能電容器(8)上取得的艙內電源電壓的情況下，該旁通電路被阻斷，及總是在母線電壓小于從儲能電容器(8)取得的艙內電源電壓的情況下，它被導通。
7.根據權利要求1，2，4或6所述的裝置，其特征在于旁通電路(19)被作成旁通部分(24)，它具有一個晶體管(22)，其基極連接在控制電路(5′)及連接電路(3)之間的控制導線(23)上，其中在連接電路(3)的晶體管(13)的基極和旁通部分(24)的晶體管(22)的基極之間接有一個形成壓降的元件(25)，尤其是以正向連接的一個二極管。
8.根據權利要求1，2，4或6所述的裝置，其特征在于連接電路(3)的晶體管(13′)具有一個傳感集電極(28)，它與旁通電路的控制輸入端相連接，其中該旁通電路尤其是由一個互補類型的晶體管(22′)構成的。
全文摘要
一種采用無轉送器的母線連接器提供艙內電源電壓的裝置，用于連接到一個母線系統、尤其是結構系統技術中的傳送信息及能量的母線(母線導線1，2)上。連接電路(3)用其控制輸入端(4)與控制電路(5)相連接，后者具有用于調節判據的輸入端(6，7)。連接電路(3)是這樣構成及選參數的，即對于通信頻率它工作在恒流源的工作方式上，而對于低頻率它與控制電路(5)相連接作為調節電路工作。連接電路(3)根據其功能與一個檢測艙內電源電壓的儲能電容器(8)相串聯，該串聯電路根據其功能與母線導線(1，2)相連接。
文檔編號H04B3/56GK1151227SQ95193705
公開日1997年6月4日 申請日期1995年6月30日 優先權日1994年7月14日
發明者赫爾曼·齊爾哈特 申請人:西門子公司