CN102369789A - 总线设备的过压保护 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带有经由馈线与低压接口(2)相连的电子电路(1)的总线设备，所述低压接口(2)具有用于将总线线路连接到电子电路(1)上的至少第一和第二连接端子(DA+、DA-)，所述电子电路(1)包括电流源(4)。在电子电路(1)和第一连接端子(DA+)之间的馈线上设置有第一二极管(10)，所述第一二极管(10)在第一极性的过压施加在低压接口(2)上时关闭，其中，在电流源(4)和到另一连接端子的馈线之间设置有开关(12)，并且过压识别电路(13)与到另一连接端子(DA-)的馈线相连，所述过压识别电路(13)与所述开关(12)联合作用，使得所述开关(12)在第二极性的过压施加在低压接口(2)上时中断电流源(4)和另一连接端子之间的连接。

Description

总线设备的过压保护

技术领域

本发明涉及一种带有经由馈线与低压接口相连的电子电路的总线设备，所述低压接口具有用于将总线线路连接到电子电路上的至少第一连接端子和第二连接端子，所述电子电路包括电流源，本发明涉及一种用于多个分布式布置的消耗器、尤其是用于灯驱动设备的控制系统以及一种总线系统，所述总线系统包括多个分布式布置的并且经由总线线路相连的总线设备。

背景技术

在电工学中，通常将有效值至50V的交流电压和至120V的直流电压称为低压。

从现有技术已知带有电子电路的总线设备、总线系统和用于多个分布式布置的消耗器的控制系统。

DE 10 2006 033 673 A1示出了一种用于建筑物的光控制系统。在此，建筑物中的每只光源配设有控制系统。在此，控制指令到各个光源或者光源的电子镇流器(EVG)的传输按照所谓的DALI标准进行。DALI表示“数字可寻址照明接口(digital adressable lighting interface)”。在此，涉及的是由照明工业特别研发的用于传输数字控制指令的2线总线系统，所述2线总线系统开启了接通和断开各个光源、以及传输调光指令(Dimmbefehle)的可能性，以便接近无级地调整亮度。近来，该DALI标准一直得到更广的应用，因为由此能够实现轻松地远程控制的照明控制。

为了DALI总线的电流供给使用合适的电流源。在最简单情况下，DALI电流源包括带有11.5V至20.5V的空载电压和最大250mA的综合电流限制的直流电压源。由此，能够控制多至64个连接在DALI总线上的EVG，例如所述EVG其中每个具有最大为2mA的总线电流消耗。该DALI总线另外包括至少一个控制设备，所述控制设备将控制指令传输给所连接的EVG。该电流源也能够集成在所述控制设备中。

DE 10 2005 057 068 A1同样也示出了一种用于在DALI总线上驱动多个分布式布置的消耗器、尤其是用于驱动分布式布置的灯驱动设备的控制系统。

在建筑物总线系统、例如前述DALI总线中，所述总线线路通常在空间上铺设在用于带有230V电力网电压的电流供给的供电线路的附近。两个DALI控制线路能够与电力网线路共同地使用共同的电缆进行引导，在此，在安装时可能错误地导致DALI控制线路和电力网线路的混淆。因此，不能够排除，在安装总线设备时带有230V电力网电压的供电线路由于疏忽错误地被连接到低压接口、也就是用于连接总线线路的连接端子上。通过这样，接着高的过压可能持久地施加在低压接口上。没有保护措施，这种安装错误可能不可修复地损坏总线设备。

低压接口配设电压和电流限制器组合作为一种保护措施已知。电压限制器例如是抑制二极管，所述抑制二极管在超出其额定电压时变成导电的。接着流动的电流被限制，由此，所述抑制二极管不会因热被损坏。

例如熔断器适合用于电流限制，然而所述熔断器在触发时必须手动替换。

替代熔断器，能够使用自动复位的保险装置，所述保险装置属于正温度系数电阻类，其也称为PTC电阻(正温度系数)。涉及的是固体构件。在一种变化方案中，该固体材料是一种用碳填充的并且因而有传导能力的聚合物，因此，带有这种材料的自动复位保险装置也称为聚合物PTC。该PTC材料的电阻随着升高的温度而增大。电流流经所述元件导致焦耳热，所述焦耳热导致温度的进一步升高并由此导致电阻的进一步升高。

当电流超出其允许值时，所述焦耳热使得所述元件转变到高阻状态，也就是说开关所述元件。在该状态下，在保险装置元件上的电压降接近在开关电路上施加的电压并且电流再次达到远低于所允许值的值。PTC在其响应特性方面当然是慢于熔断器。通过这样，所使用的抑制二极管在直到触发PTC之前可能受到高的热负荷。为了在出现故障时限制峰值电流，PTC在正常运行时也必须具有特定的电阻。此外，电流在截止状态时也流经PTC，所述电流将所述PTC保持在高阻状态下。通过这样，PTC在触发状态下加热到其值能够达到超过100℃的温度。

另外，PTC在正常运行中导致与冷态电阻成比例的电压降。虽然通过这样导致的升温可被忽视，但是在DALI电流源情况下的电压降取决于所获得的电流并且影响额定电压。

发明目的

从现有技术已知的解决方案出发，因此构建一种保护防止持久地在其低压接口上施加高的过压的总线设备是符合愿望的，其中，为了确保保护设备在未受干扰的状态下产生非常低的损耗功率。在受干扰的状态下也希望有低的损耗功率。此外，在消除过压之后应该在短时间内完成保护设备的自动复位。

保护防止持久地在其低压接口上施加高的过压的总线设备的构建任务通过带有权利要求1所述特征的总线设备完成。用于多个分布式布置的消耗器、尤其是用于灯驱动设备的改善的控制系统通过带有权利要求8所述特征的控制系统构建。最后，包括多个分布式布置的并且经由总线线路相连的总线设备的改善的总线系统通过带有权利要求9所述特征的总线系统提供。前述对象的改进方案在从属权利要求中阐述。

按照本发明，在电子电路和第一连接端子之间的馈线中设置有第一二极管，所述第一二极管在第一极性的过压施加在低压接口上时截止，并且过压识别电路与到另一连接端子的馈线相连，所述过压识别电路与第一开关联合作用，使得所述开关在第二极性的过压施加在低压接口上时断开电流源。当电流源4断开时，所述总线设备在施加了过压的情况下受到保护。

由此，不仅在直流范围而且在交流范围内构建了防止持久地施加过压的保护。当带有230V交流电压的供电线路错误地连接到按照本发明的总线设备的低压接口上时，例如在230V交流电压的正半波情况下，第一二极管关闭电子电路到第一连接端子的连接。在负半波情况下，所述第一二极管处在导通状态下，然而现在所述过压识别电路会识别过压的施加并且引发第一开关断开电流源。由此确保保护电子电路防止两个极性的持久施加的交流过压。在此，所述过压识别电路在静止状态下无功地工作。由于第一二极管的导通电压，按照本发明的用于保护防止持久地施加的过压的保护装置仅产生非常低的损耗功率。

当然，按照本发明的总线设备也保护防止了持久施加的直流过压。在正直流过压情况下(如在上面结合交流过压的正半波所述的)第一二极管保护，在负极直流过压情况下(如在上面结合交流过压的负半波所述的)，与第一开关联合工作的过压识别电路保护。

在本发明的第一实施形式中，所述电子电路包括用于总线线路电流供给的限流电压源。在所述实施形式中，所述按照本发明的总线设备作为总线电流源、例如作为DALI电流源使用。

在另一有利实施形式中，所述电子电路包括用于产生和/或处理数字总线信号的控制电路。在所述实施形式中，按照本发明的总线设备接着例如作为用于DALI总线的控制设备起作用。

为了简单地构成过压识别电路，在另一有利实施形式中提出，所述过压识别电路包括电阻-二极管-网络。

按照本发明另一有利实施形式，第一开关是耐高压场效应晶体管。由此，所述电子电路能够完全利用电子构件构成，正如所述电子构件当今通常在电子电路技术中使用的一样。

在按照本发明的总线设备作为带有集成总线电流源的总线控制设备起作用的实施形式中，能够有利地设置成，所述用于产生数字总线信号电平改变的控制电路包括第二开关，并且为了保护第二开关防止过压设置有第二二极管。第二开关例如能够这样布置，使得其在闭合状态时将两个连接端子设成几乎同样的电位并且由此在两个连接端子之间的低压输出端上产生与逻辑上的零相应的电压电平。以有利的方式，第二开关也是场效应晶体管。

尤其是当按照本发明的总线设备作为带有集成总线电流源的总线控制设备起作用时，当所述总线设备按照本发明的另一实施方式包括微处理器时是有利的，所述微处理器与控制电路联合作用。该微处理器例如能够控制第二开关，以便将数字编码的信号发送给总线线路。另外，该电子电路能够包括输入信号识别电路，由连接的总线设备传输给按照本发明的总线设备的信号利用所述输入信号识别电路来识别。在有利的实施形式中，所述输入识别电路也与微处理器联合作用，使得所述微处理器能够经由输入识别电路接收和处理由总线设备发送的信号。

用于多个分布式布置的消耗器、尤其是用于灯驱动设备的按照本发明的控制系统的特征在于，所述控制系统包括至少一个带有电子电路的总线设备以及总线线路，所述电子电路经由馈线与低压接口相连，所述低压接口至少具有用于将总线线路连接到电子电路上的第一和第二连接端子，所述电子电路包括电流源，并且其中，在电子电路和第一连接端子之间的馈线上设置有第一二极管，所述第一二极管在第一极性的过压施加在低压接口上时截止，并且其中，过压识别电路与到另一连接端子的馈线相连，所述过压识别电路与第一开关联合作用，使得所述开关在第二极性的过压施加在低压接口上时断开电流源，所述总线线路将总线设备与分布式布置的消耗器连接。

按照本发明的、包括多个分布式布置的并且经由总线线路相连的总线设备的总线系统，其特征在于，所述总线设备中的至少一个是带有电子电路的总线设备，所述电子电路经由馈线与低压接口相连，所述低压接口至少具有用于将总线线路连接到电子电路上的第一连接端子和第二连接端子，所述电子电路包括电流源，并且其中，在电子电路和第一连接端子之间的馈线中设置有第一二极管，所述第一二极管在第一极性的过压施加在低压接口上时截止，并且其中，过压识别电路与到另一连接端子的馈线相连，所述过压识别电路与第一开关联合作用，使得所述开关在第二极性的过压施加在低压接口上时断开电流源。

附图说明

附图和描述用于更好地理解所述对象。基本上一样或类似的对象或对象的部件能够配设同样的的参考标记。所述附图仅为本发明实施形式的示意图。

其中：

图1示出了按照本发明的总线设备的第一实施形式的电路图；

图2示出了按照本发明的总线设备的第二实施形式的电路图；

图3示出了按照本发明的总线设备的第三实施形式的电路图。

在附图中，同样的或起同样作用的构件或元件利用同样的参考标记表示。

具体实施方式

图1示意示出了总线设备的电路图，所述总线设备作为带有集成的、限流的总线电压供给的控制设备而工作。示意地示出了电子电路1，所述电子电路1经由馈线14、15与低压接口2的两个连接端子DA+和DA-相连并且能够连接到DALI总线的总线线路上。

该电子电路1包括电压源3、电流源4、第一开关12和微处理器5，所述第一开关12连接在电流源4和连接端子DA-之间。特别有利地，该第一开关12能够是耐高压的场效应晶体管、例如1000V的FET。该电压源3提供16V直流电压，所述直流电压在静止状态下施加在连接端子DA+和DA-之间并且在DALI总线上用于供应高至64个DALIEVG，所述EVG中的每个具有约为2mA的电流消耗。作为限流电路起作用的电流源4将总线电流限制到最大为250mA的允许值上。不仅用于电压源而且用于电流限制的电路原则上已知并且因此在此不进一步详细描述。在电子电路1和连接端子DA+之间存在第一二极管10，所述第一二极管10的作用在下面进一步阐述。

在带有电流源4的电压源3用于总线的电流供给期间，所述用于控制连接在DALI总线上的设备的控制程序在微处理器5中运行。该微处理器5包括所有对此所需的硬件和软件组件、尤其是CPU、存储器和寄存器和接口模块。如微处理器在这里用于控制目的一样，微处理器的构造和功能原则上也已知并且因此在这里同样也不进行详细描述。

另外，该电子电路1包括两个连接端子DA+和DA-之间的连接通路，所述连接通路包括第二开关6和第二二极管11的串联电路，其中所述第二二极管11在闭合的第二开关6和在连接端子DA+上的正电平情况下在导通方向上是极化的。

为了在DALI总线上发送低电平，所述微处理器5经由第一控制线路8控制第二开关6，使得所述第二开关6闭合并且因而连接端子DA+和DA-设成几乎同样的电位。在此，第二开关6优选通过场效应晶体管实现，所述场效应晶体管由微处理器5接通。

当总线设备通过总线发送低电平时，则所述在低压接口2上的低电平几乎将两个总线线路短接。在此，连接端子DA-被设成DA+的电位。经由输入信号识别电路7(所述输入信号识别电路7在最简单的情况下通过分压器实现)，如下被识别，即输入信号识别电路7的相应信号经由第二控制线路9被输送给微处理器5，使得所述微处理器5能够识别由总线设备发送的低电平。

当第二开关6打开时，如果无EVG发送低电平并且所获得的电流低于250mA，在两个连接端子DA+和DA-之间存在高电平。

在连接端子DA+和第二开关6之间连接有第一二极管10，并且在连接端子DA-和第二开关6之间连接有第二二极管11。

防止持久施加的过压(例如由无意的电力网电压连接引起)的保护，也要求电路关于EMV坚固性必须满足电力网连接的要求。为此，在连接端子DA+和DA-之间连接有变阻器16，所述变阻器16将在线路故障情况下(浪涌和猝发)产生的峰值电压限制在+/-800V。因此，必须为高至+/-800V的过压铺设位于后面的电子器件。出于该原因，所使用的二极管10、11具有1000V的截止电压并且所述开关12(当它作为晶体管实现时)在此处所描述的例子中具有800V的截止电压。

当正过压施加在DA+和DA-之间时，第一二极管10截止并且整体上保护电子电路1。

当负过压施加在DA+和DA-之间时，第一二极管10导通，但是第二二极管11截止并且由此首先保护第二开关6。该电流源4首先继续正常工作并且限制电流。过压识别电路13连接在连接端子DA-上。过压识别电路13经由控制线路17与第一开关12相连。当DA+和DA-之间的负过压上升超过通过过压识别电路的大小确定可预给定的阀限值、例如16V时，过流识别电路13经由第一开关12引起断开电流源4。

图1根据示意的方框图示出了按照本发明的功能。在实际实施的电子电路中，所述过压识别电路13能够是一种由电阻和带有后置连接晶体管的二极管的分压器，所述分压器与实现第一开关12的N-沟道-场效应晶体管的栅极相连。在识别过压情况下，所述过压识别电路能够朝着晶体管的漏极电位拉晶体管的栅极。结果这如同电流源4从连接端子DA-断开一样起作用。

该过压识别电路13在施加230VAC的电力网电压情况下仅消耗低的电流，所述电流经由地面，以下也称为“Ground”的GND并且流回二极管10，使得没有产生或仅产生低的升温。在该示例情况下，过压识别电路的输入电阻大于1.2兆欧。然后通过这样产生的仅在负半波情况下出现的损耗功率仅为数mW、例如＜30mW。

在正常运行中，第一二极管10由于其导通电压造成约0.8V的恒定电压降，但是所述电压降能够通过电压源的较高的空载电压得到补偿。

该过压识别电路13在静止状态下无功地工作。如已经所提及的，它包括电阻、齐纳二极管并且与场效应晶体管联合作用。它在施加过压的负半波的情况下仅从第二连接端子DA-对自己进行供电。在正常运行中，当所述总线线路正确地连接并且在没有过压施加在低压接口2上时，电流消耗为零。仅在施加的过压超过16V情况下，电流流到过压识别电路13中。然后，该输入电阻约为1.2兆欧。带有高的输入电阻的过压识别电路13这样确定大小，使得所述过压识别电路13在数毫秒的范围内具有响应惰性(Ansprechtraegheit)。因此，它在瞬时的、快速的过压峰值情况下不响应，而是在长期施加的过压情况下才响应。

当不再施加过压的正半波时，那么第一二极管10会再次立即是传导的。当负过压不再施加时，则过压识别电路在数毫秒、典型地50...100ms的延迟之后再次接通开关12。在上述实际实施的电子电路中，不再朝着场效应晶体管的漏极电位拉场效应晶体管的栅极。通过这样，所述场效应晶体管再次以其作为电流源的功能而工作。结果这如同电流源4与连接端子DA的连接一样起作用。因此，该过压保护设备在消除过压之后再次自动复位。

该输入识别电路7同样也高阻抗地实施(＞1.2兆欧)，使得在那里在连接230V过压时也产生小于30mW的损耗功率。

包括二极管10和11、过压识别电路13和开关12的布置也能够视为分布式的电子辅助电路，所述电子辅助电路集成在总线设备的末级中。所述电子辅助电路监视两个连接端子DA+和DA-之间的电压并且在故障情况下从电路的剩余部件上断开这些端子。所述电路不仅在正常运行中而且在故障情况下也几乎无功地工作，损耗功率小于100mW。该电路保护末级并且由此总线设备的电子电路不取决于控制设备的驱动准备情况。该保护作用不取决于，该微处理器5是否是活动的，也就是说该保护作用纯粹通过电路技术的措施实现并且不取决于软件。

总而言之，本发明涉及一种用于带有电子电路的总线设备的过压保护设备、尤其是一种DALI电流供给或一种带有集成电流供给的DALI控制设备。本发明的有利特性在于，过压保护设备在消除过压之后自动再次复位，在过压情况下产生小于100mW损耗功率，使得不导致显著的发热，由此所述总线设备在无限制的情况下允许持久地连接在过压上并且满足对于电力网线路的EMV准则。

按照图2的实施形式与按照图1的实施形式的区别在于，所述过压识别电路13也与到第一输出端子DA+的馈线14相连。通过这样使得所述过压识别电路能够在作为正直流电压施加的过压情况下也断开。

根据图3的实施形式与根据图1的实施形式的区别在于，添加电路布置，所述电路布置负责在第二开关6闭合时在端子DA+上不产生通过线路电容25和二极管10引起的不期望的电压升高。

该电路布置包括作为限流电路的第二电流源21、第三开关22和耦合电路20。该耦合电路包括耦合电容器23和朝着电路的基准电位的泄漏电阻24。在实际实施的电子电路中，第二电流源21和第三开关22类似于电流源4和第一开关12地构成。该第二电流源21包括N-沟道-场效应晶体管。然后在此，该第三开关22是其栅极与过压识别电路13相连的N-沟道-场效应晶体管。

在正常运行中，第三开关22是闭合的。如果第二开关6打开，则线路电容充电到额定电压。如果第二开关闭合，那么在DA+上的点A被提高到双倍的额定电压上，因为第一二极管10在截止方向上被极化并且阻止了线路电容25的快速放电。线路电容的放电能够无需附加的措施如此慢地完成，使得有关由DALI协议要求的坡度的信号曲线可能受到影响。

包括作为限流电路的第二电流源21、第三开关22和耦合电路20的电路布置用于加速线路电容的放电。在第二开关6闭合时，第二电流源21经由耦合电容器23接通，线路电容25能够经由所述第二电流源21放电。该泄漏电阻24使得带有RC网络23、24的时间常数的耦合电容器23放电并且由此负责，第二电流源21未在第二开关6的整个接通时间期间保持接通，而是仅在直到端子DA-和DA+处在同样的电位的时间内。在实际实施的电子电路中，所述耦合电容器23在第二开关6闭合情况下首先提高在第二电流源21的N-沟道-场效应晶体管的栅极上的电位并且第二电流源21通过这样接通。当耦合电容器23随后经由电阻24放电时，在第二电流源21的场效应晶体管的栅极上的电位再次降低到低于相应的阀限值时，场效应晶体管再次截止并且第二电流源21断开。通过这样实现：第二电流源21未在第二开关6的整个接通时间期间加负荷于电压源3，而是仅在直到端子DA-和DA+处在同样的电位的时间内。

该耦合电路20是无源的RC网络，所述RC网络不需要外部的电压供给。

第三开关22，N-沟道-场效应晶体管，同样也如第一开关12一样与过压识别电路13相连。在识别过压情况下，所述过压识别电路将场效应晶体管22的栅极拉成低于其源电位并且由此使晶体管截止。结果这如同电流源21从连接端子DA+的断开一样起作用。

在附图中示出的结合附图描述的实施例并不理解为本发明的限制，而仅视为示范性例子。例如在根据图3的实施形式中，所述第三开关22能够与另一过压识别电路相连。相比利用场效应晶体管，第一和第三开关12、22也能够不同地来实现、例如通过继电器或其他机械式开关元件，使得实现电流断开。

参考标记列表

1电子电路

2低压接口

3电压源

4限流电路

5微处理器

6第二开关

7输入信号识别电路

8第一控制线路

9第二控制线路

10第一二极管

11第二二极管

12第一开关

13过压识别电路

14馈线

15馈线

16变阻器

17控制线路

20耦合电路

21第二电流源

22第三开关

23耦合电容器

24泄漏电阻

25线路电容

Claims (10)

1.带有经由馈线与低压接口(2)相连的电子电路(1)的总线设备，所述低压接口(2)至少具有用于将总线线路连接到所述电子电路(1)上的第一和第二连接端子(DA+、DA-)，所述电子电路(1)包括电流源(4)，其特征在于，在所述电子电路(1)和第一连接端子(DA+)之间的馈线中设置有第一二极管(10)，所述第一二极管(10)在第一极性的过压施加在所述低压接口(2)上时截止，并且过压识别电路(13)与到另一连接端子(DA-)的馈线相连，所述过压识别电路(13)与第一开关(12)联合作用，使得所述第一开关(12)在第二极性的过压施加在所述低压接口(2)上时断开所述电流源(4)。

2.根据权利要求1所述的总线设备，其特征在于，所述电子电路(1)包括用于所述总线线路的电流供给的限流电压源(3)。

3.根据权利要求1所述的总线设备，其特征在于，所述电子电路(1)包括用于数字总线信号的所述产生和/或处理的控制电路。

4.根据权利要求1所述的总线设备，其特征在于，所述过压识别电路(13)包括电阻-二极管-网络。

5.根据权利要求1所述的总线设备，其特征在于，所述第一开关(12)是耐高压的场效应晶体管。

6.根据权利要求3所述的总线设备，其特征在于，所述用于产生所述数字总线信号的电平改变的控制电路包括第二开关(6)，并且为了保护所述第二开关(6)防止过压而设置有第二二极管(11)。

7.根据权利要求3所述的总线设备，其特征在于，所述总线设备包括微处理器(5)，所述微处理器(5)与所述控制电路联合作用。

8.根据权利要求3所述的总线设备，其特征在于，所述总线设备包括带有第二电流源21、第三开关22和耦合电路20的电路布置，以便加速连接的总线线路的线路电容的放电。

9.用于多个分布式布置的消耗器、尤其是用于灯驱动设备的控制系统，其特征在于，所述控制系统包括至少一个根据权利要求1至8中任一项所述的总线设备和总线线路，所述总线线路将所述总线设备与所述分布式布置的消耗器相连。

10.包括多个分布式布置的并且经由总线线路连接的总线设备的总线系统，其特征在于，所述总线设备中的至少一个总线设备是根据权利要求1至8中任一项所述的总线设备。

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