专利名称：向执行器提供电能的装置和方法以及执行器系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于向执行器提供电能的装置和方法，以及进 一步涉及一种扭j亍器系统。
背景技术：
在自动化技术装置的不同应用中，经由总线来使用传感器或执 行器进行过程的监控和控制已经变得非常普遍。尤其是，由于可以 减少布线和敷线的复杂度，因此与之相关的成本优势是非常显著 的，同时还提高了运行可靠性。
实际上，减少对敷线和布线需要的优点已经被看作是非常重要 的，以至于在采用需要电源供应的系统部件的应用中，除了翁:净居传 输的基本功能以外，还实现了通过数据总线来提供电能的辅助功
能。例如，AS接口总线就属于这种情况。
对于执行器(诸如具有较高功耗的电子管组)来说，AS接口 总线的紧挨着"黄色电缆"的"黑色电力电缆"提供与数据信号完 全隔离的24V浮动DC电源。尽管AS^妄口总线中的"黑色电力电 缆"本身能够承载更大的电流，但是通常规定其使用极限最高为8A。 通过改进设计，可以流动大于8A的电流，这仍然符合关于网络中 压降量的AS接口规格。遗憾的是，如果需要独立的电源电缆，则会丧失通过减少所需
的ft线和布线而获得的部分优点。
发明内容
本发明的 一个目的在于改进向执行器提供电能的装置和方法， 从而^吏独立电源l丈线变成多余。
该目的可以利用根据权利要求1的向执行器提供电能的装置、 利用根据权利要求7的系统、以及利用根据权利要求9的方法来实现。
从属权利要求描述了本发明的优势方面。 技术效果
如果向执行器提供电能的装置包括i)连接装置，用于接收来 自数据总线的第一电流，其中，第一电流具有第一电压；ii)变压 器装置，用于将所述第一电流转换成第二电流，其中，第二电流具 有高于第一电压的第二电压；iii)存储装置，适于存储所述第二电 流的电能；以及iv)放电装置，适于向执行器释放存储在所述存储 装置中的电能，那么就不再需要目前为止为操作执行器所需要的、 高于通过数据总线可得到的电压的操作电压的独立的电源敷线。
如果向执行器提供电能的装置进一 步包括适于使所述放电装 置放电的控制装置，则可以更好地选择使用执行器的时刻。在这种 方式中，还可以使用需要比数据总线可以即时提供的电能更多的瞬 时电能的执行器，这是因为可以存储可从数据总线获取的较小的连
续可用电能。存储电能的 一个特别有效的方法是将能量存储到电容性存储
装置中。
如果连接装置包括AS接口连接器，那么向执行器提供电能的
装置可以适于从AS接口接收能量，并还可以响应于通过AS接口 传送的指令使执行器进行放电。
具体实施例方式
下面，将参照附图
来更加详细地描述本发明的优选实施例。
附图示出了用于向执行器200提供电能的装置50。该装置包括 连接单元51、变压器单元52、存储单元53和放电单元54。即使装 置50可能包括冲丸4亍器200， ^f旦是它并不是必须的。装置50足可以 连接至执行器200，优选地通过执行器连接器。
执行器200可以是任何类型的执行器。然而，在该优选实施例 中，它包4舌步进电动才几、电》兹阀、4关锁或耳关锁释》文电^兹体、或压电 式力传感器。
连才妻单元51适于乂人凄t悟总线100 4妾J]欠第一电流，因此第一电 流具有可能小于或等于数据总线电压的第一电压UBUS。连接单元 51可以4吏用连接器(或以独立的布线)连接至电缆。其将第一电流 提供至变压器单元52，同样地，其为其他单元I是供地电位GND。
适于实现本发明的数据总线100的非限制性示例是AS接口 (ASI)，其中，连接单元51包括AS接口连接器。AS接口的数据 总线包括两条布线IOI、 102,其中的一条是接地线102，而另一条 是数据线101，这两条线之间的电压UBUS = 30伏特。变压器单元52适于将第一电流转换成第二电流，其中，第二 电流具有高于第一电压UBUS的第二电压Uc。
如果第一电流的方向变^f匕，即，第一电流是A.C.电流而不是 D.C.电流，则变压器单元52优选地由变压器52B构成，其中变压 器包括初级线圈321和次级线圏323、以及优选地还包括铁氧体芯 322,并且才艮据存储单元53的类型，即，根据存储单元53是适于 存储A.C.电流的电能还是适于存储D.C.电流的电能，变压器单元还 可选地包括A.C.至D.C.转换器52C。 A.C.至D.C.转换器52C优选 地通过使用四个二极管331、 332、 333和334将A.C.电流转换成 D.C.电流，并且确保将要从存储单元53释放的电能不会被引回变压 器单元50的其他部分，而且也不会引回至数据总线100。
如果第一电流的方向不变^f匕，即，第一电流是D.C.电流而不是 A.C.电流，则变压器单元52还可以在连接单元51和变压器52B之 间包括D.C.至A.C.转换器52A。 D.C.至A.C.转换器52A的一种可 能的电路包括两个开关(诸如晶体管304、 314),这两个开关可以 以预定方式进4亍切4奂(优选地4昔助于定时部件301、 302、 303、 311、 312、 313)来形成A.C.电流，例如，通过将D.C.电压々贵送到变压器 52C的初乡及线圏321的不同端。
由于在本专利申请纟是交时，可在市场上获得合适的D.C.至A.C. 转换器，因此，应该理解，本领域^支术人员实现本发明的方式并不 需要对D.C.至A.C.转换器的工作原理有深入的了解。
在AS接口中，线路101和102之间的电压是D，C.电压，因此， 第一电;危是D.C.电流。存储单元53适于存储第二电流的电能。存储单元53优选地是 电容性存储单元，其非常适于存储D.C.电流中所包含的电能。电容 性存储单元可以由串联或并联连接的一个或多个电容器53构成。
此外，根据需要存储A.C电流还是D.C电流中包含的电能，还 可以将用于存^t电能的其他类型的系统用于存^f诸单元53中。作为 一个具体实例，同样可以将至少一个以化学方式存储能量的可充电
电池用作存〗诸单元53。
放电单元54适于将存储在存储单元53中的电能释放至执行器 200。放电单元54可以包括开关343 (诸如晶体管或晶闸管)、电阻 器341和二极管340。 一旦接收到放电指令，例如以控制电压TRG 的形式，就触发该开关并将存储在存储单元53中的电能释》欠给执 行器200。
装置50的电路优选地连接至数据线101和接地线102两者。 数据线101优选地连接至控制单元110，优选地，该控制单元适于 通过设定控制电压TRG来使放电单元54放电。控制单元110可以 适于响应于通过数据总线IOO接收到的指令(DATA)、或者一旦满 足预定标准(诸如，足够的电流向变压器单元52的传送表示能量 存储单元53的充电状态足以驱动执行器200 )，就使放电单元54放 电。
为此，控制单元IIO可以包括协议栈，该协议栈适于通过AS 接口进行通信，即，接收或发送4比特的用户数据或如以"Combined Transaction Type 1"的方式，接收或发送16比特的模拟值。
尽管使用非限制性实施例描述了本发明，但是从所附权利要求 的范围可以了解本发明的实际范围。
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权利要求
1. 一种用于向执行器(200)提供电能的装置(50)，包括i)连接装置(51)，用于接收来自数据总线(100)的第一电流，所述第一电流具有第一电压(UBUS)；以及ii)变压器装置(52)，用于将所述第一电流转换为第二电流，所述第二电流具有高于所述第一电压(UBUS)的第二电压(UC)；iii)存储装置(53)，适于存储所述第二电流的电能，以及iv)放电装置(54)，适于向所述执行器(200)释放存储在所述存储装置(53)中的电能。
2. 根据权利要求1所述的装置(50),进一步包括控制装置(110)，适于使所迷放电装置(54)放电(TRG)。
3. 根据权利要求2所述的装置(50)，其中，所述控制装置(IIO) 响应于从所述数据总线(100)接收到的指令(DATA).
4. 根据权利要求3所述的装置(50 )，其中，所述控制装置(110 ) 包括适于通过AS接口进行通信的协议栈。
5. 4艮据前述^^又利要求中任一项所述的装置(50)，其中，所述存 储装置(53)是电容性存储装置。
6. 才艮据前述权利要求中任一项所述的装置(50)，其中，所述连 接单元(51)包括AS接口连接器。
7. —种执行器系统，包括执行器(200)和用于向所述执行器(200)提供电能的装置(50),其特征在于，用于提供电能的 所述装置(50 )是根据权利要求1至6中任一项所述的装置。
8. 根据权利要求7所述的执行器系统，其中，所述执行器(200 ) 包括步进电动机、电f兹阀、联锁或联锁释放电f兹体、或压电 式力传感器。
9. 一种向执行器(200)提供电能的方法，包括以下步骤i) 从数据总线(100、 101、 102)接收具有第一电压(UBus) 的电;;危；ii) 将所述电流转换为具有高于所述第一电压(UBUS)的 第二电压(uc)的电流；iii) 存储所述第二电流的电能；以及iv) 向所述冲丸行器(200)释》文所存储的电能。
10. 根据权利要求9所述的方法，其中，使用电容性存储装置来执 行存储电能的步骤。
全文摘要
一种向执行器(200)提供电能的方法，包括以下步骤i)从数据总线(100、101、102)接收具有第一电压(U<sub>BUS</sub>)的电流；ii)将所述电流转换为具有高于所述第一电压(U<sub>BUS</sub>)的第二电压(U<sub>C</sub>)的电流；iii)存储所述第二电流的电能；以及iv)向所述执行器(200)释放所存储的电能。各独立权利要求还要求保护向执行器(200)提供电能的装置(50)以及执行器系统。
文档编号H04L12/40GK101502054SQ200680055423
公开日2009年8月5日 申请日期2006年7月25日 优先权日2006年7月25日
发明者鲁道夫·齐默尔曼 申请人:西门子公司