CN107342923B - 具有至少两个总线用户的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有至少两个总线用户的装置。在具有两个供电接口、至少一个总线线路接口和用于经由至少一个总线线路接口控制数据流的总线界面电路的总线用户中提出：在总线界面电路和至少一个总线线路接口之间存在可控开关，并且总线用户包含传感器电路，传感器电路构成用于：检测供电接口之间的电压或者从中导出的电压，并且当所检测的电压超过阈值时，闭合可控开关，并且当所检测的电压低于阈值时，断开该开关。在具有由至少两个这种总线用户的装置中，总线用户借助其总线线路接口连接在具有至少一个总线线路的总线上，并且借助其供电接口经由两个供电线路连接在共同的电压源上。

Description

具有至少两个总线用户的装置
技术领域
本发明涉及一种具有至少两个总线用户的装置，其还具有其共同的且连接到两个供电线路上的电压源以及具有至少一个总线线路的总线，其中每个总线用户分别具有：两个用于连接到两个供电线路上的供电接口；至少一个用于连接到总线上的总线线路接口；和用于控制经由总线的数据通信的总线界面电路。
背景技术
这种装置从EP 1 612 689 B1中已知。
能够将总线用户理解为如下设备，所述设备例如在工程设施的自动化的范围内实现特定的功能并且对此彼此间或者与上级的装置、例如控制装置经由总线交换数据。为了对总线用户供电，能够经由两个来自共同的电压源的供电线路对所述总线用户进行馈电。于是，总线用户具有两个供电接口，所述总线用户借助所述供电接口并联地连接到两个供电线路上。总线能够由一个或多个总线线路构成。在仅一个总线线路的情况下，供电线路中的一个形成反馈导体。为了连接到总线上，总线用户具有一定数量的总线线路接口，所述总线线路接口的数量对应于总线线路的数量。供电和总线线路接口例如能够是接线端子或是插接连接器的接触件。每个总线用户包含一个总线界面电路(总线驱动器)，所述总线界面电路控制经由总线的数据通信。
已知了不同的总线系统。因此例如广泛采用的标准RS-485提出在两个总线线路上进行异步串行的数据传输，其中将1比特数据信号的反相电平传输到一个总线线路上，并且将其非反相电平传输到另一总线线路上，并且在接收方从这两个电压电平的差中重建原始的数据信号。
当总线用户与供电装置和总线连接或与其分离时，即例如在插上或拔出构成为组件的总线用户时，通常引起：不同时建立或禁止在总线用户的各个接口和所属的总线和供电线路之间的电连接。当总线用户尝试经由已经存在的或仍然存在的总线连接建立或维持在单方面仍未建立的或被禁止的供电时，这能够引起总线上的贯穿电流。即使这种临界的状态仅持续非常短，这种贯穿电流也会足以破坏总线界面电路和可能存在的保护电路。尽管可以将总线界面电路与总线用户中的多余的部件电分离，然而这伴随有相比较高的构件耗费，并且还损害数据传输。
US 7,145,378 B2公开了一种用于接通和分离总线线路的各个开关的组形式的可配置的总线开关。控制逻辑装置将五位的启用信号解码成用于在此二十个单独的开关的各自的开关信号。具有可编程的二极管的电路实现：根据控制信号，在开关上执行电压电平移动。
从US 2010/0306562 A1中已知了作为计算机的供电装置的组成部分的DC-DC变换器。为了使DC-DC变换器在计算机从正常状态过渡到静止状态时不处于不期望的状态中，传感器电路监控运行电压，并且，当所检测到的电压低于阈值时，通过闭合MOSFET开关将DC-DC变换器的禁用输入端与地连接。传感器电路包含分压器和晶体管，其中要检测的电压施加在分压器上，晶体管借助其基极-发射器路线位于分压器的支路上，并且经由其集电器控制开关。
从CN 102780204 A中已知了具有MOSFET开关的低压保护电路，当所述低压保护电路的电压下降到阈值之下时，所述MOSFET开关将负载与供电装置分离。MOSFET开关由检测电压的传感器电路控制，所述传感器电路同样包含分压器和晶体管，其中要检测的电压施加在分压器上，晶体管借助其基极-发射器路线位于分压器的支路上，并且经由其集电器控制开关。
从DE 199 26 095 A1中已知了用于将总线用户耦合到总线系统的总线线路上、尤其总线系统EIB上的界面。在该总线系统中，在同一导体对上进行供电和数据传输。在总线用户的电流需求提高的情况下，能够从外部的供电装置件给所述总线用户馈电，其中从EIB对总线用户连接在EIB上所通过的界面供电。界面产生用于总线用户的控制信号，借助所述控制信号，当一方面总线用户的供电并且另一方面总线电压也足够的或者达到预设值时，才开启所述总线用户以进行数据的接收和传输。
发明内容
本发明所基于的目的是：借助简单的手段保护设置用于连接到共同的供电装置上的总线用户，防止总线上的不期望的贯穿电流。
根据本发明，所述目的通过如下方式实现：在开始提出类型的装置中，在每个总线用户中，在其总线界面电路和其至少一个总线线路接口之间存在可控开关，并且总线用户包含传感器电路，所述传感器电路构成用于：检测所述总线用户的供电接口之间的电压或者从中导出的电压，并且当所检测的电压超过阈值时，闭合可控开关，并且当所检测的电压低于阈值时，断开可控开关，以便当在总线用户中的一个的情况下仅一个其供电接口与相关联的供电线路连接时，防止经由总线的贯穿电流。
在此，能够将导出的电压理解为如下电压，所述电压在总线用户中例如通过电压分配或通过电压变化从供电接口之间的电压中产生。
因此，在根据本发明的用户中，当达到总线用户的运行电压水平、即常规运行中的电压水平时，于是才在总线界面电路和总线之间建立连接。当低于运行电压水平时，中断连接。运行电压不必一定是总线用户经由供电线路获得的馈电电压。因此，总线用户能够包含DC-DC变换器，所述DC-DC变换器将馈电电压转换成用于对总线界面电路和/或另外的内部部件进行供电的一个或多个稳定的输出电压。在该情况下，传感器电路能够检测该输出电压并且检查超过或低于阈值。
在两个或更多总线线路接口的情况下，能够为两个或更多个可控的开关中的每个分别设置一个自身的传感器电路，或者能够由传感器电路共同地驱控全部可控开关。也能够提出：传感器电路的直接检测电压的电路部件仅存在一次，而每个开关由单独相关联的电路部件控制。在此，在个别情况下重要的是：通过设计传感器电路或所应用的器件确保总线线路之间的充分的电势分离。
按照根据本发明的总线用户的一个有利的实施方式，通过如下方式以最小耗费实现期望的保护：传感器电路包含分压器和晶体管，其中该要检测的电压施加在分压器上，所述晶体管借助其基极发射极路线置于分压器的支路上，并且经由其集电极控制开关。可控开关优选由MOSFET构成。传感器电路的阈值通过晶体管的基极发射极阈值电压(Schleusenspannung)形成。晶体管和MOSFET的类型关于所监控的电压的极性选择为，在电压值为零的情况下，即在无电流状态下，晶体管和MOSFET截至。
在两个或更多总线线路接口和与之相应的两个或更多可控开关或MOSFET的情况下，全部可控开关能够共同地由一个晶体管控制。也能够提出：分压器仅存在一次，而对每个MOSFET设有一个自身的晶体管。
除了根据本发明的总线用户之外，具有至少两个这种总线用户的装置也是本发明的主题，其中总线用户利用其总线线路接口连接在具有至少一个总线线路的总线上，并且借助其供电接口经由两个供电线路连接在共同的电压源上。
附图说明
为了阐述本发明，下面参考所附的附图；详细地分别以示意图示出：
图1示出根据本发明的具有两个总线用户的装置的一个实施例，
图2和3示出总线用户之一的两个详细的实施例，和
图4和5示出根据图2的实施例的不同的修改形式。
相同的附图标记在不同的视图中具有相同的意义。
具体实施方式
图1示出具有两个总线用户1、2的装置，所述总线用户相同地构成并且仅示出所述总线用户中的对于本发明相关的部件。
总线用户1具有：两个用于连接到两个供电线路5、6上的供电接口3、4；两个用于借助两个总线线路10、11连接到一个总线9上的总线线路接口7、8；和总线界面电路12，所述总线界面电路控制经由总线9的数据流。供电接口3、4和总线线路接口7、8能够是连接端子或是插接连接器的接触部。每个总线用户包含一个总线界面电路(总线驱动器)，所述总线界面电路经由总线控制数据通信。经由两个供电线路5、6从电压源13中给总线用户1供应其所需的能量。在此，电容缓冲器14用于暂存所输送的能量，以便短暂地涵盖总线用户1的提高的功率需求。总线界面电路12非直接地而是经由可控开关15、16与总线线路接口7、8连接。开关15、16由传感器电路17控制，所述传感器电路检测供电接口3、4之间的电压，并且当所检测的电压超过阈值时，闭合可控开关15、16，并且当所检测的电压低于阈值时，断开该开关。
另一总线用户2正如总线用户1那样构成，并且具有两个用于连接到供电线路5、6上的供电接口18、19、两个用于连接到总线9的总线线路接口20、21、一个总线界面电路22、一个电容缓冲器23、两个在总线线路接口20、21和总线界面电路22之间的可控开关24、25以及一个传感器电路26。
这两个总线用户1、2应当共同地由电压源13馈电，并且经由总线9彼此通信。假设：总线用户1经由其接口3、4、7、8已经与供电线路5、6和总线线路10、11连接。电容缓冲器14充电到电压源13的电压。如果现在另一总线用户2同样应当将总线连接到供电装置上，那么能够发生：已经建立在供电线路中的一个、在此为供电线路5和所属的供电接口18之间的连接以及在两个总线线路10、11中的一个或两个和所属的总线线路20、21之间的连接，而在供电线路6和所属的供电接口19之间的连接还是断开的。因为电容缓冲器23还未被充电，所以供电接口19大致位于与供电接口18相同的电势上。电压源13和/或总线用户1因此尝试：建立从供电线路5经由总线界面电路22、总线9和总线界面电路12到供电线路6的电流路径作为用于在供电接口4和19之间所缺乏的连接的替代，其中在电压源13的电压相应高的情况下，总线9上的所得出的贯穿电流会破坏这两个总线界面电路12、22。通过如下方式来防止这种贯穿电流：传感器电流26确定：由其检测的在供电接口18和19之间的电压低于预设的阈值，并且由于此保持开关24和25断开。仅仅当建立了在供电线路6和所属的供电接口19之间的连接、并且将电容缓冲器23充电至使得供电接口18和19之间的电压超过预设的阈值时，开关24和25才闭合。
图2示出总线用户1的变形的实施例的细节图，所述总线用户具有供电接口3、4、总线线路接口7、8、总线界面电路12、电容缓冲器14、可控开关15、16和传感器电路17。与根据图1的实例不同，总线用户1包含一个DC-DC变换器27，所述DC-DC变换器在输出端28、29、30处提供不同的电压，以对总线界面电路12和必要时其他的、在此未示出的部件供电。传感器电路17监控由DC-DC变换器27在其输出端30处产生的电压V+，并且针对构成为n沟道MOSFET的两个可控开关15、16双重地设计。传感器电路17针对两个开关15、16中的每个分别包含一个由电阻R11、R12或R21、R22形成的分压器，所述分压器位于DC-DC变换器27的输出端30和用作为地的供电接口4之间。pnp晶体管T1、T2借助其基极发射极路线位于分压器的由电阻R11或R21形成的支路上，并且经由其集电极和串联电阻R13、R23控制相应的MOSFET开关15或16。传感器电路17的阈值通过晶体管T1、T2的基极-发射极阈值电压和分压器比来确定。因此，例如如果电压V+·(R11/(R11+R12))小于晶体管T1的基极发射极阈值电压，那么晶体管T1和MOSFET开关15不导通，即开关15断开。相同的内容适用于开关16。
在总线界面电路12中示出具有保护二极管的内部的保护电路。在此，再次显著地示出结合图1描述的问题，即例如在开关15闭合的情况下，由供电线路5上的电势驱动的且来自总线9的贯穿电流能够经过总线线路接口7、开关15、总线界面电路12和DC-DC变换器27的输出端28流动至地(供电接口4)。
根据本发明的总线用户1的图3中示出的实施例与根据图2的实施例的区别在于：存在于总线用户1中、在此存在于DC-DC变换器27中的电路31用于识别低电压，以便控制开关15、16。对此，分压器R11、R12和R21、R22不直接地、而是经由另一MOSFET开关32与供电接口4连接。在正常的运行电压下，电路31产生控制电压33，所述控制电压控制MOSFET开关32处于导通状态。在低电压或电压消失的情况下，省去该控制电压33，使得MOSFET开关32进而晶体管T1、T2和MOSFET开关15、16分别转入截止状态。
如图4示出，图2和3中示出的两个分压器能够被唯一的分压器R11、R12取代，其中晶体管T1、T2借助其基极发射极路线共同地位于分压器的由电阻R11形成的支路上，并且经由其集电极和串联电阻R13、R23控制MOSFET开关15、16。
在图5中示出的实施例中，取消晶体管T2，并且晶体管T1同时经由其集电极和串联电阻R13、R23控制两个MOSFET开关15、16。

Claims (8)

1.一种具有至少两个总线用户(1；2)的装置，所述装置还具有所述总线用户共同的且连接到两个供电线路(5、6)上的电压源(13)以及具有至少一个总线线路(10、11)的总线(9)，其中每个所述总线用户(1；2)分别具有：两个用于连接到两个所述供电线路(5、
6)上的供电接口(3、4；18、19)；至少一个用于连接到所述总线(9)上的总线线路接口(7、8；20、21)；和用于控制经由所述总线(9)的数据通信的总线界面电路(12；22)，其特征在于，在每个所述总线用户(1；2)中，在所述总线用户的总线界面电路(12；
22)和所述总线用户的至少一个总线线路接口(7、8；20、21)之间存在可控开关(15、16；24、25)，并且每个总线用户(1；2)包含传感器电路，所述传感器电路构成用于：检测每个总线用户具有的供电接口(3、4；18、19)之间的电压或者从中导出的电压，并且当所检测的电压超过阈值时，闭合对应的所述可控开关(15、16)，并且当所检测的电压低于阈值时，断开所述可控开关，以在所述总线用户中的一个总线用户中，如果仅该一个总线用户的一个供电接口与相关联的所述供电线路连接，防止经由总线(9)的贯穿电流。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，每个所述总线用户分别包含DC-DC变换器(27)并且所述总线用户的传感器电路(17)检测所述DC-DC变换器(27)的输出电压，所述DC-DC变换器用于从经由所述供电线路(5、6)获得的电压中对所述总线用户的总线界面电路(12)供电。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述传感器电路(17)包含分压器(R11、R12；R21、R22)和晶体管(T1；T2)，其中要检测的电压(V+)施加在所述分压器(R11、R12；R21、R22)上，所述晶体管(T1；T2)借助所述晶体管的基极发射极路线位于所述分压器(R11、R12；R21、R22)的支路(R11；R21)上，并且经由所述晶体管的集电极控制所述可控开关(15；16)。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述可控开关(15、16)由MOSFET构成。
5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述要检测的电压(V+)经由另一可控开关(32)施加在所述分压器(R11、R12；R21、R22)上，并且所述总线用户(1)包含用于识别低电压的电路(31)，所述用于识别低电压的电路在低电压的情况下将所述分压器(R11、R12；R21、R22)与所述要检测的电压(V+)分离。
6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述要检测的电压(V+)经由另一可控开关(32)施加在所述分压器(R11、R12；R21、R22)上，并且所述总线用户(1)包含用于识别低电压的电路(31)，所述用于识别低电压的电路在低电压的情况下将所述分压器(R11、R12；R21、R22)与所述要检测的电压(V+)分离。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述另一可控开关(32)由MOSFET构成。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述另一可控开关(32)由MOSFET构成。
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