专利名称：采用无转送器的母线连接器提供舱内电源的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在采用无转送器的母线连接器的情况下提供舱内电源电压的装置，用于连接到母线系统、尤其是结构系统技术中的传输信息和能量的母线上。
迄今，母线连接器总是被做成带有转送器的(EP-A-0 365 696，EP-A-0 379 902)。这里将通过起LC滤波器作用的一个转送器及一个电容器从母线获得用于舱内电源的直流电压。在转送器感抗的直流电阻值低的情况下，对获得直流电提供了低电阻，而对于通过传送信息的交流负载提供了高欧姆感性阻抗。在这种实施方式中集成电路(IC)的小型化及集成度受到限制。
本发明的目的在于，提供一种在采用无传送器的母线连接器的情况下供给舱内电源电压的装置，用于连接到一种传输信息和能量的母线上。
本发明的目的是通过这样一种采用无转送器的母线连接器提供舱内电源电压的装置来实现的，该装置用于连接到一个母线系统、尤其是结构系统技术中的传送信息及能量的母线(母线导线)上，其中具有控制输入端的连接电路通过该输入端与一控制电路相连接，控制电路具有用于调节判据的输入端，其中连接电路是这样构成及选参数的，即对于通信频率它以恒流源的工作方式工作，而对于低频率它与控制电路相连接作为调节电路工作，其中连接电路根据其功能与一个检测舱内电源电压的储能电容器相串联，该串联电路根据其功能与母线导线相连接。
其中上述低频率是由耗能器引起的。通信频率可理解为以位/秒为单位的传输速度。例如“欧洲安装母线协会”的母线EIB-Bus以每秒9.6kbit的速度工作，它相当于9.6KHz的频率。
通过使最高调节频率调节得低于最低的传输频率，就可以保证，连接电路的电阻对于舱内电源为足够低、而对于通信信号为足够高。由此使母线上的通信不会被舱内电源衰减。另一方面，可以用特别经济的方式极小损耗地获得用于舱内电源的能量。在实践中，使最高调节频率调节得低于最低传输频率的十分之一是有利的。
这样一种结构可以构成在一个集成电路中，即构成在一个IC中。
连接电路根据其功能可具有一个晶体三极管，它的发射极通过一个电阻构成该连接电路的一个极，在该极上还接有一个电容，该电容的另一端连接在作为晶体三极管控制输入端的基极上，该晶体管的集电极构成连接电路的另一极。这样一种结构特别地简单及有效。
有利的是控制电路用其输入端与连接电路的两个极相连接并且这样地连接或构成，即将连接电路的压降调节到最小量值。由此可以实现连接电路上最小压降的调节，并因此达到最高的效率。
控制电路可以用不同的思路来优化。当不是想调节到最佳效率、而是想调节到恒定舱内电源电压上时，这时控制电路用其输入端与储能电容器相连接，且它是这样连接或构成的，即在储能电容上作为舱内电源电压测量出的电压保持恒定。
另一方面，控制电路可以设计成用于调节母线系统吸取最小电流损耗及由此从母线系统吸取最小功率损耗。由此控制电路用其输入端连接到去舱内电源的电流路径中。它是这样地连接或构成的，即连接电路仅从母线吸取一定数量级的电流，该数量级的电流正是提供舱内电源所需要的。
为了进一步做到以中等母线电压数量级、也就是大于最低母线电压的量值来取得舱内电源电压。人们了解到，在一个传输能量及信息的母线上在一直流电压电位上叠加了一个作为交流电压的通信信号时，将使相对于直流电压电位为负的信息分量的最低母线电压的量值降低。通过一旁通电路，在恒流源工作阶段可以作到即使在一定的工作时间内，舱内电源电压大于母线电压时，可使一电流通过旁通电路分流，以使得恒流源继续以正确的功能工作。
为此，在进一步改进的装置上，设有一个与连接电路相串联及与储能电容器相并联的旁通电路，其中在并联支路中与储能电容器串联了一个与方向有关的阻断整流管。它是这样连接的，即总是当储能电容器上的电压高于旁通电路上的电压时该与方向有关的阻断整流管处于其阻断状态。这里与方向有关的整流器理解为，它在一个方向上阻断而在另一方向上导通。这种整流管可以是根据方向自关断的，也可以是可控制的或也可是可调节的整流器。
这种与方向有关的阻断整流管总是当储能电容器上的电压低于旁通电路上的电压时处于其导通状态。该旁通电路是这样连接或构成的，即总是在母线电压大于从储能电容器上取得的舱内电源电压的情况下，该旁通电路被阻断，及总是在母线电压小于从储能电容器取得的舱内电源电压的情况下，它被导通。通过与方向有关的阻断整流管及旁通电路即使当舱内电源电压以大于最低母线电压的中等母线电压的数量级取得时，也能实现恒流源工作阶段中功能无误的工作。
旁通电路能以本身公知的方式用一个比较器构成。通过下面一种旁通电路可用特别简单及经济的方式省掉这样一个比较器。这样一种旁通电路具有一个晶体管，它的基极连接在控制电路及连接电路之间的控制导线上。这里在连接电路的晶体管基极和旁通电路的晶体管基极之间接有一个构成电压降的元件，尤其是以正向连接的一个二极管。这里直流电压的变压将通过构成电压降的元件上的电压降来代替。
在另一构型的装置中也可省掉旁通电路中的一个比较器。这里连接电路的晶体管具有一个传感集电极(DE-A-4 3 16 608)，该传感集电极与构成旁通电路的一个互补类型的晶体管的控制电极即基极相连接。这样就以特别有利的方式省掉了一个比较器，由此在集成到一个硅片上时就能节约。
下面借助于附图简化示出的各实施例对本发明作进一步的详细说明，附图中
图1概括示出一个提供舱内电源电压的装置，其中在调节工作时调节判据是恒流源上的压降，这里它实现达到最大可能效率的连接电路上最小压降的调节；图2所示为一种装置，其中在调节工作时实现恒定舱内电源电压或恒定母线连接器工作电压的调节；图3表示一种装置，其中在调节工作时实现最小电流损耗并由此实现最小母线系统功耗的调节；图4又示出一种装置，它作为图2所示的装置和图3所示的装置的组合工作，这里调节判据是舱内电源的功率或工作的功率；图5表示用于图1至4所示的连接电路的一个实施例；图6示出了用于图1或图2所示的装置的一个控制电路的实施例；图7表示图1所示装置具有旁通电路的一个进一步构型；图8表示用于这种装置的具有旁通电路及控制电路的一个恒流源；图9表示根据一个特别有利的实施例的设有旁通电路的图2中所示装置的进一步构型；图10表示根据另一特别有利的实施例的设有旁通电路的图2中所示装置的进一步构型。
参见图1，在采用无转送器的母线连接器的情况下提供舱内电源电压的一个装置与具有母线导线1、2的母线相连接。例如，上方的母线传导正电位，而下方的母线传导负电位或地电位。该装置具有一个连接电路3，其控制输入端4与一个控制电路5形成连接。控制电路5具有用于调节判据的输入端6、7。连接电路3是这样构成及定参数的，即在通信频率的情况下它工作在恒流源的工作方式上。通信频率作为叠加在母线的直流电压电位上的交流信号来传输。对于低的频率，连接电路3与控制电路5相结合作为调节电路来工作。连接电路3根据其功能至少与一个储能电容器8相连接，从该储能电容器上可取出在电源汇流线9及10上作为直流电压的舱内电源电压。由连接电路3和储能电容器8组成的串联电路根据其功能连接在母线导线1及2上。通过电源汇流线9及10可向母线连接器输送舱内电源电压。该用于提供舱内电源电压的装置可以是母线连接器的一部分。用于舱内电源的能量可用特别经济的方式很小损耗地被取得。
连接电路可根据图5特别简单及有效地构成。依此，该连接电路根据其功能至少具有一个晶体三极管13，它的发射极通过电阻14构成连接电路的一个极11。在极11上还连接有一个电容器15，该电容器的另一端与作为控制输入端用的晶体管13的基极相连接。晶体管13的集电极构成连接电路的另一极12。在大电流情况下电阻14可以这样地小，即仅是晶体管的内部发射极电阻就足够了，并由此可去掉也即省掉附加的外部电阻。
连接在连接电路3的两个极11、12上的控制电路5原则上可按照图6来构成。该控制电路用于调节判据的输入端6、7连接到一个比较器16，该比较器的输出端与控制电路一个晶体管17的基极相连接。例如由其集电极构成输出端，该输出端连接在连接电路的控制输入端上。晶体管17的发射极例如连接到基准地电位。
按照图5的连接电路3的时间常数由晶体管13的放大系数B，电阻14的电阻值及电容器15的电容量的乘积得出，即Thau＝B×R×C。连接电路在高频时(因其具有通信信号)作为设有时间常数Thau的恒流源工作。
连接电路的另一极12构成恒流源的输出端，而极11构成其输入端。
在图2所示的一个实施例中，调节判据是舱内电源电压或储能电容器8上的工作电压，连接电路3及控制电路5可根据图5及图6所示的实施例来构成。
对于图3所示的实施例根据所述原则，其中调节判据是舱内电源电流或工作电流，连接电路3及控制电路5如在图5及6中所示地构成。这里在一个测量电阻18上可以接控制电路的输入端6及7，这时流过测量电阻18的舱内电源电流转变为控制电路的输入电压。
按照图4的实施例可理解为根据图2及图3原理的结合。
图7所示的装置以再现方式对图1所示的装置附设了一个旁通电路19及一个与方向有关的阻断二极管20。可以理解，根据各实施例的具体结构元件按其功能可在一个集成电路中实现。对于重复出现的附图中的全部电路来说均可这样地理解。
与连接电路3相串联并与储能电容器8相并联地设置了旁通电路19。其中在并联支路中与储能电容器8串联的一个与方向有关的阻断整流管20这样地连接，即当储能电容器8的电压高于旁通电路19的电压时，与方向有关的阻断整流管20处于其阻断状态。另一方面，当储能电容器8的电压低于旁通电路19的电压时，该与方向有关的阻断整流管20处于其导通状态。旁通电路19是这样连接或构成的，即它总是在母线导线1、2之间的母线电压大于从储能电容器8上取得的舱内电源电压的情况下被阻断。而在母线电压小于从储能电容器8上取得的舱内电源电压的情况下，该旁通电路被导通。于是作为恒流源工作的连接器3则可以使电流流经旁通电路并维持其作为恒流源的功能。
与方向有关的阻断整流管可取决于方向自行关断，并作为可控整流管或作为可调节的整流管来实施。
在图7所示电路的情况下当母线电压大于储能电容器电压时，在连接器3作为恒流源工作时，电流通过与方向有关的阻断整流器20作为充电电流流向储能电容器8。当由于叠加的通信信号使母线电压下降到低于储能电容器8上的电压值时，通过与方向有关的阻断整流管20可避免存储电容器的放电，并使恒流源的电流流经旁通电路19。在其它的工作时间中连接电路3与控制电路5相结合重又作为调节电路。在该实施例中调节判据是恒流源上的压降，该压降被调节到一个最小的压降上。当上述电路具有一个旁通电路时，可从母线系统取得比无旁通电路更高的舱内电源电压。另一方面较高的舱内电源电压具有普遍公知的优点。
根据图8设有旁通电路19的装置通过一个比较器21进行控制。图8所示的电路意味着将附加根据图1至3中之一的控制电路5，例如根据图6的电路。图9所示的电路又给出一个电路原理图，它是图2所示电路附有旁通功能并特别适于集成在一个集成电路中。这里省掉了图8中所示的一个用于控制旁通功能的比较器21。该旁通电路被设计成旁通部分24，它具有一个晶体管22，其基极连接在控制电路5′及连接电路3之间的控制导线23上。这里在连接电路3的晶体管13的基极及旁通部分24的晶体管22的基极之间接有一个形成压降的元件25，尤其是以正向连接的二极管。在压降形成元件25上的电压降用于在作为恒流源工作的阶段中连接电路3一直对储能电容8充电，只要储能电容8上的电压及由此电源汇流线9和10上的舱内电源电压小于母线导线1和2之间的电压。对于储能电容器8上的电压大于母线导线1和2之间的电压的工作状态，压降形成元件25用于控制旁通部分24的晶体管22导通并由此可使恒定电流继续流通。
在控制电路5′中晶体管17的基极与一电阻26及一反相放大器27串联连接，其中反相放大器27的输入端连接在电源汇流线9和10之间的两个分压电阻29、30之间。当电源汇流线9和10之间的舱内电源电压变小时，在该实施例中的反相放大器27的输入端得到一负电位，以使得在其输出端上形成一放大的正电压，它在晶体管17的基极上作为正电位施加，并通过其集电极及发射极形成一个较小的电流，它使得连接电路的晶体管13的基极得到更负的电位，这对于该PNP晶体管将导致；通过其发射极及集电极流过一较大的电流，该电流对储能电容器8充电，就使得电源汇流线9和10之间保持较高的电压。恒流源的工作阶段相应于在前已述的工作方式。
图10中示出了一个进一步的构型，其中也省略了图8中所示的比较器21。与根据图9的实施例相比较，这里不用压降形成元件25也行，其中用于旁通功能的晶体管22′受到连接电路3的设计有传感集电极的晶体管13′的控制。具有传感集电极的晶体管的结构已在DE-A-4316608中有过描述。这种晶体管具有另一集电极，即传感集电极，它用于识别低于一电压差的饱和起始点。当这种晶体管其基极用一恒定电流控制时，也就是在这里连接电路作为恒流源的工作阶段中，一电流将从集电极流到传感集电极并且只要该晶体管不处于饱和区域，传感集电极保持无电流。当对于主集电极该晶体管处于饱和时，从物理学来看该传感集电集接收了多余的空穴。当发射极-集电极电压非常小时，该设有传感集电极的晶体管处于饱和。因此传感集电极中的电流是集电极及发射极之间出现相当小的电压差的标志。该饱和状态通常产生的后果是，控制电流的继续上升不会引起集电极电流的上升。
在根据图10的实施例中，连接电路由电容器15、电阻14及具有传感集电极28的晶体管13′各元件构成。具有集电极28的晶体管13′同时用于控制旁通功能的晶体管22。也使用一个与方向有关的阻断整流管20来防止储能电容器8的放电。与根据图9的电路相比较，形成压降的元件25的功能被具有传感集电极28的晶体管13′所取代。此外与图9所示装置中相同的元件使用相同的标号。在图10所示电路中在连接电路作为恒流源的工作阶段中，当具有传感集电极的晶体管13′的发射极和集电极之间存在雪崩电压时，由于与电源汇流线9、10之间的舱内电源电压相比传感集电极的母线电压下降并由于进入饱和状态，故从传感集电极28吸取电流，该电流则使旁通功能的晶体管22′受控导通，由此使恒流源工作状态的条件得以保证。图10中所示的晶体管22′与图9中所示晶体管22的区别在于晶体管22′是作为npn晶体管而非pnp晶体管掺杂的。
在恒流源的工作阶段及调节电路功能的工作阶段之间总具有平滑的过渡是很重要的。恒流源用于高频率，例如它表现为通信信号，而调节电路的工作阶段用于低频率，例如它通过吸取舱内电源中的电流来实现。重要的是按照本发明的原理可以实现这样的电路，该电路特别适于在一个集成电路中进行集成。图示的分立结构元件可仅根据其功能或作用以公知的方式作成集成电路。可以理解，电路连接可用集成电路技术来实现。尤其是根据图9及10的电路可特别节省材料地作在一个集成电路中。此外双极性晶体管可由场效应晶体管来代替。
权利要求
1.一种采用无转送器的母线连接器提供舱内电源电压的装置，用于连接到一个母线系统、尤其是结构系统技术中的传送信息及能量的母线(母线导线1，2)上，其中具有控制输入端(4)的连接电路(3)通过该输入端与一控制电路(5)相连接，控制电路具有用于调节判据的输入端(6，7)，其中连接电路(3)是这样构成及选参数的，即对于通信频率它工作在恒流源的工作方式上，而对于低频率它与控制电路(5)相连接作为调节电路工作，其中连接电路(3)根据其功能与一个检测舱内电源电压的储能电容器(8)相串联，该串联电路根据其功能与母线导线(1，2)相连接。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于连接电路(3)具有一个晶体管(13)，它的发射极经过一个电阻(14)构成连接电路的一个极(11)，在该极上还连接有一电容器(15)，该电容器的另一端连接在晶体管(13)的作为控制输入端(4)的基极上，该晶体管的集电极构成连接电路的另一极(12)。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于控制电路(5)用其输入端(6，7)与连接器(3)的两个极(11，12)相连接，并这样地连接或构成，即将连接电路的压降调节到最小量值。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于控制电路(5，5′)用其输入端(6，7)连接到储能电容器(8)上，且它是这样连接或构成的，即在储能电容器(8)上作为舱内电源电压测量出的电压保持恒定。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于控制电路(5，5′)用其输入端(6，7)连接到去舱内电源的电流路径中，且它是这样地连接或构成的，即连接电路仅从母线吸取一定数量级的电流，该数量级的电流正是对于舱内电源所需要的。
6.根据权利要求1或权利要求2至5中任一项所述的装置，其特征在于设有一个与连接电路(3)相串联及与储能电容器(8)相并联的旁通电路(19，24)，其中在并联支路中与储能电容器(8)这样地串联一个与方向有关的阻断整流器(20)，即总是当储能电容器(8)上的电压高于旁通电路(19，24)上的电压时，该与方向有关的阻断整流管(20)处于其阻断状态，并且总是当储能电容器(8)上的电压低于旁通电路(19，24)上的电压时，该与方向有关的阻断整流管(20)处于导通状态，此外旁通电路(19)是这样连接或构成的，即总是在母线电压大于从储能电容器(8)上取得的舱内电源电压的情况下，该旁通电路被阻断，及总是在母线电压小于从储能电容器(8)取得的舱内电源电压的情况下，它被导通。
7.根据权利要求1，2，4或6所述的装置，其特征在于旁通电路(19)被作成旁通部分(24)，它具有一个晶体管(22)，其基极连接在控制电路(5′)及连接电路(3)之间的控制导线(23)上，其中在连接电路(3)的晶体管(13)的基极和旁通部分(24)的晶体管(22)的基极之间接有一个形成压降的元件(25)，尤其是以正向连接的一个二极管。
8.根据权利要求1，2，4或6所述的装置，其特征在于连接电路(3)的晶体管(13′)具有一个传感集电极(28)，它与旁通电路的控制输入端相连接，其中该旁通电路尤其是由一个互补类型的晶体管(22′)构成的。
全文摘要
一种采用无转送器的母线连接器提供舱内电源电压的装置，用于连接到一个母线系统、尤其是结构系统技术中的传送信息及能量的母线(母线导线1，2)上。连接电路(3)用其控制输入端(4)与控制电路(5)相连接，后者具有用于调节判据的输入端(6，7)。连接电路(3)是这样构成及选参数的，即对于通信频率它工作在恒流源的工作方式上，而对于低频率它与控制电路(5)相连接作为调节电路工作。连接电路(3)根据其功能与一个检测舱内电源电压的储能电容器(8)相串联，该串联电路根据其功能与母线导线(1，2)相连接。
文档编号H04B3/56GK1151227SQ95193705
公开日1997年6月4日 申请日期1995年6月30日 优先权日1994年7月14日
发明者赫尔曼·齐尔哈特 申请人:西门子公司