CN104221298B - 用于提供总线网的总线节点中的供电电压的装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于提供总线网的总线节点中、特别是EIB网络的总线节点中的能载荷的供电电压的装置，具有与在上面量取供电电压（U）的电容（C3）串联的电流源（M1），其中串联电路（M1，C3）直接或间接连接到具有处于不同电位的总线导体（Bus+，Bus-）的总线，其特征在于，第一调节模块（A），所述第一调节模块独立于总线导体（Bus+，Bus-）上的总线信号并独立于供电电压（U）的负载或负载改变来稳定电流源的工作点；和第二调节模块（B），所述第二调节模块响应于总线导体（Bus+，Bus-）上的总线信号匹配电流源（M1）的工作点。还公开了一种用于提供能载荷的供电电压的方法。

Description

用于提供总线网的总线节点中的供电电压的装置
技术领域
本发明涉及一种用于提供总线网的总线节点中，特别是EIB网络的总线节点中的供电电压的装置。
背景技术
总线节点应该一方面保证在其中包含的通常通过微处理器实现的控制单元之间的通信，另一方面具有优点的是，电压供应除了对控制单元之外还通过总线保证对连接的应用电路（诸如继电器、传感器、按钮、显示器等）供电。
对该电压供应提出特别的要求，所述要求保证，在连接到总线的设备启动时以及通过在连接到总线节点上的应用电路的通常可变的电流需求，都不阻碍在不同总线节点之间的通信，或在最糟糕的情况下甚至产生故障信息。
因此，例如EIB总线节点的标准最精确描述并且在Konnex手册2.0版中说明。对制造的EIB总线设备的特征的保证通过那里描述的测试进行，在所述测试存在时验证EIB总线设备。
控制命令作为由位串构成的报文经由总线导线发送。单个位的EIB信号通过时间上限制的电压降落关于总线额定直流电压定义为所谓的激活脉冲（active）。在发送消息时为了能量最小化的目的然后跟随定义的超过额定的总线电压的过电压作为所谓的均衡脉冲（equalisation）。这用于能量按照每个单个位反馈到总线导线。该均衡脉冲作为指数函数下降，直到报文的下一个位出现，即，最大直到一个单个位的周期的结束。
总线节点在其作为发送器的功能中相应产生该信号。理想地，应当在之后又馈入从总线吸收一个位脉冲的同一个能量量。
图1以部分图（a）示出了示例性的报文中的位串，其中在部分图（b）中示出了在持续时间t1的激活脉冲之后具有过电压（均衡）的单个的位信号。图1（b）中示出了额定总线电压，Ua1和Ua2代表电压降落，其中在实践中，不同于图1（a）所示，Ua1通常与Ua2不同。Ue表示过电压，该过电压关于时间段T-t1指数下降。在此T是位周期，均衡脉冲必须在该位周期之内，以便对于下一个位确保定义的电压条件。
经典的电压供应在没有特别的措施，诸如线性调节器的情况下，根据连接的电路的电流负担显著地衰减过电压，通常直到取消，从而期望的能量均衡不能发生。
EP0770285B1公开了一种用于提供在总线网的总线节点中供电电压的装置，其中在总线导线和电压供应之间的耦合电路的电阻足够低并且对于激活脉冲是足够大，这通过比最低的传输频率还低地设置最高的调节频率来实现。按照不同的调节标准例如可以优化到恒定的供电电压或最小的电流消耗。公知的装置总是具有恒定电流源，其与在上面量取供电电压的电容串联，其中串联电路直接或间接连接到具有处于不同电位的总线导体的总线。耦合电路利用双极晶体管实施，其中考察，通过场效应管代替所述晶体管。
然而，利用根据EP0770285B1的装置只能不足地拦截负载波动。
从WO2007/003254A1公开了一种用于提供总线网的总线节点中的能载荷的供电电压的装置，具有与在上面量取供电电压的电容串联的电流源，其中串联电路直接或间接连接到具有处于不同电位的总线导体的总线。在那里被称为“充电电路”的第一调节模块独立于总线导体上的总线信号并独立于供电电压的负载或负载改变稳定电流源的工作点。在那里被称为“功率消耗降低电路”的第二调节模块响应于对总线导体上的总线信号来匹配电流源的工作点。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题是，提供一种装置，用于提供总线网的总线节点中能载荷的供电电压，其特别是在负载改变的情况下可以保持稳定。
上述技术问题通过按照权利要求1的装置来解决。优选的构造是从属权利要求的内容。权利要求6给出了用于按照权利要求1的装置的使用。
按照本发明在用于提供总线网的总线节点中，特别是在EIB网的总线节点中的能载荷的供电电压的装置中，该装置具有与在上面量取供电电压的电容串联的电流源，其中串联电路直接或间接连接到具有处于不同电位的总线导体的总线，设置第一调节模块和第二调节模块，所述第一调节模块独立于总线导体上的总线信号并独立于供电电压的负载或负载改变来稳定电流源的工作点，所述第二调节模块响应于总线导体上的总线信号匹配电流源的工作点。
通过本发明实现了，串联的电流源不是作为恒流源，而是作为线性电压调节器工作并且特别是借助第二调节模块（诸如可调电阻）连线。{TapkoPapier}该电阻正好在激活脉冲的结束时刻t1直到位周期的结束时刻T，也就是在均衡脉冲期间，取定义的较高的电阻，从而均衡脉冲仅被较少衰减。换句话说，在每个激活脉冲之后相对于总线的动态电阻减小。此外第一调节模块主要负责，对于供电电压的负载并且特别是负载改变可以适当地作出反应。
在此，设置至少一个MOSFET作为电流源。MOSFET的特征是，它们是成本低的，但是对于不同样本它们具有截止电压的或整个栅极特性的相对宽的方差。通过提供第一调节模块实现了，特征量的该取决于样本的方差变得无害。
按照本发明，第二调节模块具有仅对于第一极性的电压是透过的以二极管形式的第一阀和仅对于第二极性的电压是透过的以晶体管形式的第二阀。这些阀的一个例如在激活脉冲的下降沿反应，另一个在激活脉冲的上升沿反应，或者反之。相应的阀不受各自另一个边沿的影响。通过相应连接阀然后可以确保，电流源如需要的那样被控制为更高或更低的电阻。
通过对第二调节模块的元件的优选确定大小，可以这样匹配动态特性，使得满足动态电流走向，满足KonnexHandbuch,Version2.0,Volume8,SystemConformanceTesting,Part2:MediumDependantLayersTests,Chapter2:TP1PhysicalandLinkLayer,Test6.1。图2为此示出了借助激活脉冲和均衡脉冲的电流/时间面积比例的间接测量方法。
此外，第一调节模块稳定中间电压，其中电流源的工作点通过中间电压的大小来确定。由此调节电流源的，例如一个或多个MOSFET的工作点或串联电阻。优选地至少一个MOSFET是增强型n-MOSFET。
该调节还优选通过反馈进行，从而第一调节模块稳定中间电压，方法是中间电压仅一直被提高或降低直到达到供电电压（U）的额定值。因为必须确保，反馈的第一调节模块对总线信号不响应，所以优选设置滤波器，其赋予第一调节模块静态的功能。
中间电压优选地在电容器上产生，与电阻以通常方式连接的该电容器也形成相对于主动的总线信号的滤波器。
进一步优选这样确定滤波器大小，使得同时还确保在接通由多个互相通信的总线节点组成的总线系统时的平缓启动。例如为了在EIB的情况下确保正确工作，中间电压的高度不允许减小一个电压降落到低于作为最小值适用的总线电压，该电压降落通过有用信号的最大可能的激活脉冲附加产生。
证明为进一步的优势的是，该中间电压可以直接或借助对于控制单元（例如，微处理器）以及对于待连接的应用电路的电压转换器构造为其他能载荷的电压源。电压转换在此可以按照公知的措施进行，特别是借助线性调节器向下，借助电压倍增器、如倍增器向上，或借助开关电源向上或向下。
按照本发明的装置可以在专用集成电路中被使用，所述集成电路还包含至少一个发送器、接收器和开关电源。
附图说明
以下借助附图详细解释本发明。其中，
图1在部分图（a）中示出示例报文中的位串以及在部分图（b）中示出具有所属的电压的部分放大图，
图2示出按照Konnex标准的间接测量方法的示意图，
图3示出按照本发明用于提供能载荷的供电电压的装置的强烈示意框图，
图4示出了按照本发明的第一调节模块，
图5示出了按照本发明的第二调节模块；和
图6示出了按照本发明用于提供总线网的总线节点中的能载荷供电电压的装置的实施例。
具体实施方式
在以下描述和附图中解释大量确定的细节。然而可以理解的是，本发明的实施方式没有这些确定的细节也可以在实践中被实现。在其他情况下省略了很好公知的电路、结构和技术，以便使得对本发明的理解不会太难。可以理解，对于示出的实施方式可以进行大量修改和改变，而不脱离本发明的范围。示出的实施例由此应当视为描述性的而不是限制性的。
图3示出了按照本发明用于提供能载荷的供电电压的装置的强烈示意框图。Bus+和Bus-是总线导线的接头，U+和U-是输出端，在所述输出端上供电电压被取走。在此电容器C3连接在接头U+和U-之间，其用作能量存储器和供电电压U的电压平滑器。电流源M1串联设置在接头Bus+和接头U+之间并且作为可调电阻接线。在与接头Bus+和Bus-之间的电阻R1串联的电容器C2上量取中间电压，该中间电压用于控制电流源M1。在接通在Bus+和Bus-处的总线电压的情况下电流源M1截止。电容器C2被缓慢充电，结果电流源M1越来越导通。由此在电容器C2上的电压的大小也提高。第一调节模块A用于稳定电流源M1的工作点。如果在电容器C3上的电压达到了通过第一调节模块A预先给出的边界值，则电流从第一调节模块A流向电容器C2，该电流阻止电容器C2的进一步充电。由此电流源M1保留在此时被调节的电阻值。在电容器C3上的电压下降到低于定义的边界值的情况下第一调节模块A截止，并且进行反向的调整。为了动态影响电流源M1的该静态调整的电阻，设置第二调节模块B。第二调节模块B这样工作，在Bus+和Bus-上到来的激活脉冲的下降沿电流源M1的电阻的保持不受影响，而在激活脉冲的上升沿电流源M1的电阻短时升高。
图4以示例性分立的结构示出了按照本发明的第一调节模块。齐纳二极管D3这样确定大小，使得其齐纳电压由于其基极位于齐纳二极管D3的阳极的晶体管Q2的基极-发射极电压而设置为比期望的输出电压U高度低大约0.7V。此时如果达到了在电容器C3上量取的电压，即，齐纳二极管D3的齐纳电压的高度加上大约0.7V，则二极管D3打开。晶体管Q2由此导通，并且经过电阻R7从第一调节模块A流出电流，该电流防止电容器C2（图3）的进一步充电。在电容器C3上的电压下降到上面提到的值以下晶体管Q2截止，并且在相反方向上进行调整。电阻R10和电容器C5相对于主动的总线信号形成第一调节模块A中的滤波器。在电容器C3上量取的供电电压U由此被调节并且独立于在输入端Bus+和Bus-上到来的激活脉冲以及在U+和U-上连接的电路的负载跳变。
图5示出了按照本发明的第二调节模块的分立结构的例子。电容器C1与电阻R2一起作为微分单元工作。在Bus+和Bus-上到来的激活脉冲的下降沿在二极管D2的阴极出现负的电压峰值，并且二极管D2对于短的瞬间是导通的。其基极位于二极管D2的阴极的晶体管Q1不受负脉冲的影响，从而电流源M1的工作点不经历变化。相反，在激活脉冲的上升沿晶体管Q1短时导通。经过电容器C4、电阻R6和电阻R4这样影响电流源M1处的电压，使得电流源M1的电阻短时提高。通过相应确定第二调节模块B的这些元件的大小可以这样匹配动态特性，使得动态电流走向在位周期内部满足按照图2的测试条件。
图6示出了按照本发明用于提供总线网的总线节点中能载荷的供电电压的装置的完整的分立结构，其中使用按照图4的第一调节模块A和按照图5的第二调节模块B。在总线导线Bus+中连接了二极管D1作为极性变换保护。作为电流源M1，与输出端U+串联连接作为源极跟随器连接的增强型MOSFET，其是自截止的。当由于成本原因看起来需要时，替代单个MOSFET还可以设置两个或多个MOSFET。MOSFETM1的栅极经过电阻R5连接到电容器C2。根据电容器C2处电压的高度，MOSFETM1或多或少被控制并且由此可以影响在电容器C3处电压的高度。在接通Bus+和Bus-处的总线电压的情况下MOSFETM1首先截止。此时电容器C2经过电阻R1相对缓慢充电，从而MOSFETM1越来越导通并且由此在电容器C3上的电压提高。如果在电容器C3上的电压达到了通过第一调节模块A预先给出的边界值，如上面结合图4解释的，经过电阻R7流过防止电容器C2进一步充电的电流。MOSFETM1的静态电阻值此时得到调节。通过电阻R1和电容器C2的相应确定大小，还确保电路的所需平缓启动。除了在第一调节模块中包含的滤波器之外利用电阻R1和电容器C2存在相对于主动的总线信号的第二滤波器，从而在电容器C3上的电压独立于由输入端到来的激活脉冲以及在输出端上连接的电路的负载跳变。第二调节模块B如结合图5描述的负责MOSFETM1的工作点的动态匹配，因为其控制输出端位于MOSFETM1的栅极。
基于示出的电路，可以考虑专用集成电路（ASIC-ApplicationSpecificIntegratedCircuit）的开发，所述集成电路还可以包括其他电路部件，诸如发送器、接收器、开关电源等。

Claims (7)

1.一种用于提供总线网的总线节点中的能载荷的供电电压的装置，具有
-包括至少一个MOSFET的电流源(M1)，所述电流源与在上面量取供电电压(U)的电容(C3)串联，其中串联电路(M1，C3)直接或间接连接到具有处于不同电位的总线导体(Bus+，Bus-)的总线；
-第一调节模块(A)，所述第一调节模块独立于总线导体(Bus+，Bus-)上的总线信号并独立于供电电压(U)的负载或负载改变来稳定电流源的工作点，其中所述第一调节模块(A)稳定中间电压并且电流源(M1)的工作点通过该中间电压的大小来确定；和
-第二调节模块(B)，所述第二调节模块响应于总线导体(Bus+，Bus-)上的总线信号来匹配电流源(M1)的工作点，其中所述第二调节模块(B)具有仅对于第一极性的电压是透过的第一阀(D2)和仅对于第二极性的电压是透过的第二阀(Q1)，
其特征在于，所述第二调节模块(B)包括作为第一阀的二极管(D2)和作为第二阀的晶体管(Q1)，该晶体管利用其集电极连接到MOSFET的栅极，其中，该二极管的阴极与处于更高电位的总线导体(Bus+)和与该晶体管(Q1)的基极相连，从而其仅在总线信号的上升沿导通并且提高MOSFET的电阻。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一调节模块(A)稳定所述中间电压，方法是该中间电压仅一直被提高或降低直到达到供电电压(U)的额定值。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述中间电压在电容器(C2)上产生。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，通过合适确定所述电容器(C2)之前连接的电阻(R1)的大小确保在接通总线电压时的平缓启动。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，所述至少一个MOSFET是增强型n-MOSFET。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述总线网是EIB网络。
7.一种专用集成电路ASIC，其特征在于，应用了按照权利要求1至6中任一项所述的装置，以用于提供总线网的总线节点中的能载荷的供电电压。
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