DE102006044477A1

DE102006044477A1 - Schaltkreis und Verfahren zur kontaktlosen Übertragung

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Publication number: DE102006044477A1
Application number: DE102006044477A
Authority: DE
Inventors: Tom Ocket; Joeri Fryns; Jan Van Cauwenberge; Michael Siotto
Original assignee: Tyco Electronics Belgium EC BVBA
Current assignee: TE Connectivity Belgium BVBA
Priority date: 2005-09-28
Filing date: 2006-09-21
Publication date: 2007-04-19
Also published as: JP2007097184A; US20070070951A1; US7639095B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zum Herstellen einer kontaktlosen Übertragung, wobei das System einen ersten Schaltkreis (100) und einen zweiten Schaltkreis (200; 200') umfasst, wobei der erste Schaltkreis (100) eine erste Induktionsspule (L1) umfasst und der zweite Schaltkreis (200; 200') eine zweite Induktionsspule (L2) umfasst, wobei der erste Schaltkreis (100) und der zweite Schaltkreis (200; 200') elektromagnetisch miteinander gekoppelt sind. Um in dem ersten Schaltkreis (100) den Status von einem oder mehreren Eingangssignalen des zweiten Schaltkreises (200) zu detektieren, umfasst der zweite Schaltkreis (200) gemäß der vorliegenden Erfindung einen Signalerzeugungsabschnitt (250) zum Erzeugen eines zeitgepulsten Signals, wobei der Signalerzeugungsabschnitt (250) ein Widerstandselement (R¶B1¶, R¶B2¶) und ein kapazitives Element (C1, C2) umfasst, wobei der zweite Schaltkreis (200) dafür geeignet ist, einen Wert des Widerstandselements (R¶B1¶, R¶B2¶) und/oder des kapazitiven Elements (C1, C2) auf der Grundlage eines erfassten Parameters einzustellen und einen Arbeitszyklus des zeitgepulsten Signals auf der Grundlage dieses Wertes des Widerstandselements (R¶B1¶, R¶B2¶) und/oder des kapazitiven Elements (C1, C2) einzustellen. Das zeitgepulste Signal verändert die Last des zweiten Schaltkreises (200) im zeitlichen Verlauf, was in dem ersten Schaltkreis (100) detektiert werden kann.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die kontaktlose Verbindung zwischen zwei elektrischen Modulen, insbesondere zwei elektrischen Modulen, die eine kontaktlose Übertragung von Signalen zwischen einer Fahrzeugkarosserie und einem herausnehmbaren Sitz oder zwischen einem Armaturenbrett und einem Lenkrad als eine drahtlose Clockspring ermöglichen.

In vielen Fahrzeugen, die heutzutage hergestellt werden, sind herausnehmbare Sitze vorgesehen, die ein elektrisches Modul umfassen, das dafür geeignet ist, kontaktlos mit einem weiteren Modul zu kommunizieren, das an der Fahrzeugkarosserie angebracht ist. Eine mögliche Lösung besteht darin, ein erstes Modul, das eine erste Induktionsspule umfasst, an der Fahrzeugkarosserie anzuordnen und ein zweites Modul, das eine zweite Induktionsspule umfasst, an einem herausnehmbaren Sitz anzuordnen. Das erste Modul und das zweite Modul sind an der Fahrzeugkarosserie bzw. an dem herausnehmbaren Sitz dergestalt angeordnet, dass ein Abstand zwischen der ersten und der zweiten Induktionsspule, welche die Primär- bzw. die Sekundärseite eines Transformators bilden, relativ klein ist, so dass ein Kopplungsfaktor groß genug ist, um eine ausreichende magnetische Kopplung herzustellen.

Ein solches System für eine kontaktlose Übertragung kann auch als eine kontaktlose Clockspring eines Fahrzeugs implementiert werden, wobei sich die Vorrichtung zwischen der Lenksäule und dem Lenkrad befindet und Signale zu dem Airbagsystem oder von Knöpfen am Lenkrad zur Fahrzeugkarosserie in allen Lenkradpositionen überträgt. Ähnlich wie bei dem System, das eine kontaktlose Übertragung zwischen einer Fahrzeugkarosserie und einem herausnehmbaren Sitz herstellt, kann ein erstes Modul, das eine erste Induktionsspule umfasst, an der Fahrzeugkarosserie angeordnet sein, und es kann eine Clockspring vorgesehen sein, die eine zweite Induktionsspule umfasst. Das erste und das zweite Modul, die induktiv miteinander gekoppelt sind, bilden somit eine kontaktlose Clockspring.

Allerdings ist bei den Systemen des Standes der Technik die Qualität des am ersten Modul empfangenen Signals oft schlecht. Es besteht daher Bedarf an einem verbesserten System, das eine kontaktlose Übertragung von Signalen zwischen einem ersten und einem zweiten Modul herstellt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Schaltkreises und eines Verfahrens zum Ermöglichen einer verbesserten kontaktlosen Übertragung von Signalen zwischen zwei elektrischen Modulen.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Schaltkreis bereitgestellt, der einen Signalerzeugungsabschnitt zum Erzeugen eines zeit gepulsten Signals umfasst, wobei der Signalerzeugungsabschnitt ein Widerstandselement und ein kapazitives Element umfasst. Der Schaltkreis ist dafür geeignet, einen Wert des Widerstandselements und/oder des kapazitiven Elements auf der Grundlage eines erfassten Parameters einzustellen, und ist des Weiteren dafür geeignet, einen Arbeitszyklus des zeitgepulsten Signals auf der Grundlage dieses Wertes des Widerstandselements und/oder des kapazitiven Elements einzustellen.

Es ist besonders vorteilhaft, einen Schaltkreis vorzusehen, der dafür geeignet ist, einen Wert eines Widerstandselements und/oder eines kapazitiven Elements auf der Grundlage eines erfassten Parameters, zum Beispiel der Gegenwart eines Fahrzeuginsassen auf einem herausnehmbaren Sitz eines Fahrzeugs oder eines Befestigungszustandes eines Sicherheitsgurtes des herausnehmbaren Sitzes, einzustellen. In einem System für eine kontaktlose Übertragung zwischen einem ersten und einem zweiten Modul ermöglicht das Bestimmen des Wertes des Widerstands des Widerstandselements oder der Kapazitanz des kapazitiven Elements an einem ersten Modul die Bestimmung eines Status des erfassten Parameters an dem zweiten Modul.

Das Widerstandselement kann in Form eines Stellwiderstandes vorgesehen sein, dessen Widerstandswert sich nach einem erfassten Parameter richtet. Gleichermaßen kann das kapazitive Element in der Form eines Abstimmkondensators vorgesehen sein, dessen Kapazitanzwert sich nach einem erfassten Parameter richtet. Alternativ kann ein Widerstandselement mehrere Widerstände umfassen, die je nach einem erfassten Parameter einem Schaltkreis hinzugefügt oder aus einem Schaltkreis herausgenommen werden. Gleichermaßen kann ein kapazitiver Element mehrere Kondensatoren umfassen, die je nach einem erfassten Parameter einem Schaltkreis hinzugefügt oder aus einem Schaltkreis herausgenommen werden.

Der Schaltkreis gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist dafür geeignet, einen Arbeitszyklus des erzeugten zeitgepulsten Signals auf der Grundlage des Sollwertes des Widerstandselements und/oder des kapazitiven Elements einzustellen. Dies ist besonders vorteilhaft, da der Arbeitszyklus ein Parameter ist, der auf sehr verlässliche und stabile Weise gemessen werden kann, so dass das Ausgangssignal, das induktiv von einem zweiten Modul zu einem ersten Modul übertragen wird, somit in hoher Qualität durch das erste Modul empfangen und verarbeitet werden kann.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Schaltkreises gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst der Signalerzeugungsabschnitt einen Multivibratorschaltkreis, der zwei bipolare FET-Transistoren umfasst, und das Widerstandselement ist mit einer Basis oder Gate-Elektrode der zwei bipolaren FET-Transistoren verbunden. Da der Arbeitszyklus eines Multivibratorschaltkreises mit dem Verhältnis des Widerstandes des Basiswiderstandselements und der Kapazitanz des damit verbundenen kapazitiven Elements verknüpft ist, ermöglicht das Messen des Arbeitszyklus des Signalsausgangs durch ein zweites Modul, das einen Multivibratorschaltkreis umfasst, das Abrufen von Informationen zum Status eines erfassten Parameters.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Schaltkreises gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst der Multivibratorschaltkreis zwei Transistoren, und der Schaltkreis gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst einen weiteren Transistor, der dafür geeignet ist, leitend geschaltet zu werden, wenn einer der zwei Transistoren leitend geschaltet wird. Das Vorsehen eines zusätzlichen Transistors ist besonders vorteilhaft, weil es ein Verstärken des Ausgangssignals gestattet, das durch den Schaltkreis gemäß der vorliegenden Erfindung per kontaktloser Übertragung übertragen wird. Insbesondere erlaubt dieser zusätzliche Transistor ein Vergrößern der Amplitudendifferenz zwischen einem hohen Pegel und einem niedrigen Pegel in dem Ausgangssignal des Schaltkreises gemäß der vorliegenden Erfindung. Dies gestattet wiederum ein einfacheres Differenzieren zwischen einem hohen Pegel und einem niedrigen Pegel in dem Signal, das per kontaktloser Übertragung von einem zweiten Modul zu einem ersten Modul übertragen wird, wodurch die Messung eines Arbeitszyklus und damit wiederum die Qualität der Messung eines erfassten Parameters verbessert wird.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Schaltkreises gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst der Schaltkreis des Weiteren eine Induktionsspule und einen Kondensator, die in Reihe geschaltet sind, wobei die Induktionsspule und der Kondensator einen Schwingkreis bilden. Falls ein elektromagnetischer Kopplungsfaktor zwischen einer ersten Induktionsspule eines ersten Moduls und einer zweiten Induktionsspule eines zweiten Moduls einen ausreichend hohen Wert hat, zum Beispiel wenn ein Ferritkern in der zweiten Induktionsspule angeordnet ist, so wird kein weiterer Kondensator benötigt. Wenn jedoch die elektromagnetische Kopplung nicht gut genug ist, so gestattet das Vorsehen eines weiteren Kondensators in Reihe mit der zweiten Induktionsspule eine Verstärkung des induktiv übertragenen Signals.

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Schaltkreis bereitgestellt, der einen Signalerzeugungsabschnitt zum Erzeugen eines Impulses umfasst, wobei der Signalerzeugungsabschnitt ein Widerstandselement und ein kapazitives Element umfasst. Der Schaltkreis ist dafür geeignet, einen Wert des Widerstandselements und/oder des kapazitiven Elements auf der Grundlage eines erfassten Parameters einzustellen, und ist des Weiteren dafür geeignet, eine Zeitkonstante und/oder eine Amplitude des Impulses auf der Grundlage dieses Wertes des Widerstandselements und/oder des kapazitiven Elements einzustellen.

Es ist besonders vorteilhaft, einen Schaltkreis vorzusehen, der dafür geeignet ist, einen Wert des Widerstandselements und/oder des kapazitiven Elements auf der Grundlage eines erfassten Parameters, zum Beispiel der Gegenwart eines Fahrzeuginsassen auf einem herausnehmbaren Sitz eines Fahrzeugs oder eines Befestigungszustandes eines Sicherheitsgurtes des herausnehmbaren Sitzes, einzustellen. In einem System für eine kontaktlose Übertragung zwischen einem ersten und einem zweiten Modul ermöglicht das Bestimmen des Wertes des Widerstands des Widerstandselements oder der Kapazitanz des kapazitiven Elements an einem ersten Modul die Bestimmung eines Status des erfassten Parameters an dem zweiten Modul.

Wenn der Schaltkreis gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung dafür geeignet ist, ein Ausgangssignal als einen Impuls zu erzeugen, dessen Zeitkonstante und/oder Amplitude auf dem Wert des Widerstandselements und/oder des kapazitiven Elements basiert, so kann man ein System zum Herstellen einer kontaktlosen Übertragung realisieren, das besonders vorteilhaft ist. Der Status eines erfassten Parameters an einem zweiten Modul des Systems kann durch Messen der Zeitkonstante und/oder Amplitude des Impulses bestimmt werden, der an dem ersten Modul des Systems empfangen wird. Genauer gesagt, steht die Zeitkonstante eines solchen Impulses zu dem Produkt des Widerstandes des Widerstandselements und der Kapazitanz des kapazitiven Elements in Beziehung. Die Amplitude ist eine Funktion des Widerstandes des Widerstandselements, der Kapazitanz des kapazitiven Elements und der Entfernung zwischen dem ersten Modul und dem zweiten Modul.

Es wird ein System zum Herstellen einer kontaktlosen Übertragung gemäß der vorliegenden Erfindung bereitgestellt, das einen ersten Schaltkreis und einen zweiten Schaltkreis gemäß dem ersten oder dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst, wobei der erste Schaltkreis eine erste Induktionsspule umfasst und der zweite Schaltkreis eine zweite Induktionsspule umfasst, wobei der erste Schaltkreis und der zweite Schaltkreis elektromagnetisch miteinander gekoppelt sind.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform eines Systems gemäß der vorliegenden Erfindung kann der erste Schaltkreis mit einem Signalgenerator, vorzugsweise einem Wechselsignalgenerator, verbunden sein und ist des Weiteren dafür geeignet, ein Signal zu erzeugen, das induktiv zu der zweiten Induktionsspule des zweiten Schaltkreises übertragen wird.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der zweite Schaltkreis dafür geeignet, ein Ausgangssignal zu dem ersten Schaltkreis in Reaktion auf das Erregungssignal zu senden, wobei das Ausgangssignal von einem erfassten Parameter abhängig ist.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Systems gemäß der vorliegenden Erfindung ist der erste Schaltkreis dafür geeignet, ein Signal zu detektieren, das durch den zweiten Schaltkreis übermittelt wird, und einen ertassten Parameter auf der Grundlage des detektierten Signals zu ermitteln.

Ein System zum Herstellen einer kontaktlosen Übertragung gemäß der vorliegenden Erfindung ist besonders vorteilhaft, wenn es in einem Fahrzeug implementiert wird, insbesondere, wenn der erste Schaltkreis an einer Fahrzeugkarosserie und der zweite Schaltkreis an einem herausnehmbaren Sitz oder als eine drahtlose Clockspring vorgesehen ist. Wenn der zweite Schaltkreis an einem herausnehmbaren Sitz angeordnet ist, so können viele verschiedene Arten von Parametern, wie zum Beispiel die Gegenwart eines Fahrzeuginsassen auf dem herausnehmbaren Sitz oder der Befestigungszustand eines Sicherheitsgurtes des herausnehmbaren Sitzes, mittels kontaktloser Übertragung erfasst werden.

Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden eingehend anhand der in der Anmeldung enthaltenen Figuren beschrieben.
1 ist ein vereinfachtes Schaltbild, das einen Schaltkreis gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
2 ist ein Zeitablaufdiagramm, das die zeitliche Entwicklung verschiedener Spannungen in dem Schaltkreis gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung zeigt.
3 ist ein Zeitablaufdiagramm, das die zeitliche Entwicklung verschiedener Spannungen in dem Schaltkreis gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei ein anderer Wert eines Widerstandselements in dem Multivibratorschaltkreis als in 2 gewählt wurde.
4 ist ein vereinfachtes Schaltbild, das einen Schaltkreis gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
1 zeigt ein System 100, 200 zum Herstellen einer kontaktlosen Übertragung gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung. Ein erster Schaltkreis 100 umfasst eine erste Induktionsspule L₁, während ein zweiter Schaltkreis 200 eine zweite Induktionsspule L₂ umfasst, so dass der erste Schaltkreis 100 und der zweite Schaltkreis 200 den primären bzw. den sekundären Kreis eines Transformators bilden. Die Induktionsspulen L₁ und L₂ stehen damit über eine magnetische Kopplung miteinander in Wechselwirkung.
Der erste Schaltkreis 100 kann mit einem Signalgenerator, vorzugsweise einem Wechselsignalgenerator, verbunden werden. Der Signalgenerator erzeugt ein Signal, das induktiv von der ersten Induktionsspule L, des ersten Schaltkreises 100 zu der zweiten Induktionsspule L₂ des zweiten Schaltkreises 200 übertragen wird. Die zweite Induktionsspule L₂ des zweiten Schaltkreises 200 ist Teil eines Schwing kreises, der einen Kondensator C_L2 enthält, der parallel zu der zweiten Induktionsspule L₂ geschaltet ist. Das Signal, das induktiv zu der zweiten Induktionsspule L₂ übertragen wird, erregt somit den Schwingkreis, der in Reaktion auf dieses Erregungssignal oszilliert.
Ein Gleichrichterelement, vorzugsweise eine Diode D1, ist mit dem Kondensator C_L2 des Schwingkreises verbunden. Genauer gesagt, ist die Anode der Diode D1 mit einem Anschlusspunkt A verbunden, der sich zwischen der zweiten Induktionsspule L₂ und dem Kondensator C_L2 befindet. Die Kathode der Diode D1 ist mit einem astabilen Multivibratorschaltkreis 250 verbunden, so dass das Erregungssignal, das induktiv durch den Schwingkreis empfangen wird, durch die Diode D1 gleichgerichtet und dann in den astabilen Multivibratorschaltkreis 250 eingespeist wird. Die Kathode der Diode D1 ist in Reihe mit einem Kondensator C3 geschaltet, wobei diese Reihenschaltung der Diode D1 und des Kondensators C3 mit dem Kondensator C_L2 des Schwingkreises parallel geschaltet ist.
Der astabile Multivibratorschaltkreis 250 umfasst zwei kreuzgekoppelte Transistoren T1, T2 und ein Netzwerk aus Widerständen R_B1, R_C1, R_B2, R_C2 und Kondensatoren C1, C2. Ein Widerstand R_B1 ist zwischen einem Anschlusspunkt B, der sich zwischen der Kathode des Gleichrichterelements D1 und dem Kondensator C3 befindet, und der Basiserfasstender Gate-Elektrode des bipolaren/FET-Transistors T1 angeschlossen. Ein Widerstand R_C1 ist zwischen dem Anschlusspunkt B und dem Kollektorerfasstender Drain-Elektrode des bipolarenerfasstenFET-Transistors T1 angeschlossen. Ein Kondensator C1 ist zwischen einem Anschlusspunkt C, der sich zwischen dem Widerstand R_B1 und der Basiserfasstender Gate-Elektrode des bipolarenerfasstenFET-Transistors T1 befindet, und einem Anschlusspunkt D, der sich am Kollektorerfasstender Drain-Elektrode des bipolarenerfasstenFET-Transistors T2 befindet, angeschlossen.
Gleichermaßen ist ein Widerstand R_B2 zwischen dem Anschlusspunkt B und der Basiserfasstender Gate-Elektrode des bipolarenerfasstenFET-Transistors T2 angeschlossen. Ein Widerstand R_C2 ist zwischen dem Anschlusspunkt B und dem Anschlusspunkt D, der sich am Kollektorerfasstender Drain-Elektrode des bipolarenerfasstenFET-Transistors T2 befindet, angeschlossen. Ein Kondensator C2 ist zwischen einem Anschlusspunkt E, der sich zwischen dem Widerstand R_C1 und dem Kollektorerfasstender Drain-Elektrode des bipolarenerfasstenFET-Transistors T1 befindet, und einem Anschlusspunkt F, der sich zwischen dem Widerstand R_B2 und der Basiserfasstender Gate-Elektrode des bipolaren/FET-Transistors T2 befindet, angeschlossen. Der Emittererfasstendie Source-Elektrode der bipolarenerfasstenFET-Transistoren T1 und T2 sind miteinander verbunden und an einen Anschlusspunkt G angeschlossen, der sich zwischen der zweiten Induktionsspule L₂ und dem Kondensator C_L2 des Schwingkreises befindet, wobei der Anschlusspunkt G vom Anschlusspunkt A verschieden ist.
Der Kollektorerfasstendie Drain-Elektrode des bipolarenerfasstenFET-Transistors T2 ist des Weiteren mit der Basiserfasstender Gate-Elektrode eines zusätzlichen bipolarenerfasstenFET-Transistors T3 verbunden, dessen KollektorerfasstenDrain-Elektrode über eine Diode D2 an den Anschlusspunkt A angeschlossen ist und dessen EmittererfasstenSource-Elektrode an den Anschlusspunkt G angeschlossen ist. Die Anode der Diode D2 ist an den Anschlusspunkt A angeschlossen, und die Kathode ist mit dem Kollektorerfasstender Drain-Elektrode des bipolarenerfasstenFET-Transistors T3 verbunden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung können das Widerstandselement R_B1, R_B2 und/oder das kapazitive Element C1, C2 in der Form eines Regelwiderstandes bzw. eines Abstimmkondensators implementiert sein, wobei ihr Widerstandswert bzw. ihr Kapazitanzwert eine Funktion eines erfassten Parameters ist, wie zum Beispiel die Gegenwart eines Fahrzeuginsassen auf einem herausnehmbaren Sitz eines Fahrzeugs oder ein Befestigungszustand eines Sicherheitsgurtes des herausnehmbaren Sitzes. Alternativ können das Widerstandselement R_B1, R_B2 und/oder das kapazitive Element C1, C2 mehrere Widerstände und/oder Kondensatoren umfassen, die je nach dem erfassten Parameter einem Schaltkreis hinzugefügt oder aus einem Schaltkreis herausgenommen werden.
Das Signal, das durch den zweiten Schaltkreis 200 ausgegeben wird, wird induktiv durch die zweite Induktionsspule L2 zu der ersten Induktionsspule L1 des ersten Schaltkreises 100 übertragen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Systemen ändert sich die Last des zweiten Schaltkreises 200 gemäß der vorliegenden Erfindung im zeitlichen Verlauf, was auf der Primärseite am ersten Schaltkreis 100 zu sehen ist, weil sich der Stromverbrauch der ersten Induktionsspule L1 im zeitlichen Verlauf ändert. Es entsteht eine Schwankung beim Stromerfasstender Spannung, die an einem Widerstand R_L1 gemessen wird, der mit dem Signalgenerator in Reihe geschaltet ist, wobei diese Reihenschaltung parallel mit dem Schwingkreis verbunden ist.
Das Funktionsprinzip des Systems 100, 200 gemäß der vorliegenden Erfindung wird anhand von 2 erläutert, wo die Zeitablaufdiagramme für mehrere Signale dargestellt sind, die in dem ersten Schaltkreis 100 und dem zweiten Schaltkreis 200 gemessen wurden.
Das Ausgangssignal V_output, das im Anschluss an ein Tiefpassfilter (in dem Schaltkreis nicht gezeigt) am Widerstand RL1 gemessen wurde, ist in 2 im zeitlichen Verlauf dargestellt. Des Weiteren sind die Spannung am Kondensator C3 des zweiten Schaltkreises 200, die Spannung V1 an der Basiserfasstender Gate-Elektrode des Transistors T1, die Spannung V2 an der Basiserfasstender Gate-Elektrode des Transistors T2 und die Spannung V3 an der Basiserfasstender Gate-Elektrode des Transistors T3 im zeitlichen Verlauf dargestellt. Die in 2 dargestellten Spannungen sind in Bezug auf ein Massepotenzial gemessen, das am Anschlusspunkt G abgegriffen wurde.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Erregungssignal in dem zweiten Schaltkreis 200 durch die Diode D1 gleichgerichtet und dann in den Kondensator C3 eingespeist, dessen Kapazitanzwert viel größer ist als die Kapazitanzwerte der Kondensatoren C1 und C2. Darum, wie in 2 veranschaulicht, weist die Spannung am Kondensator C3 sehr wenig Variation im Vergleich zu den Variationen der Spannungen V1, V2 und V3 auf. Man kann daher sagen, dass nach dem Aufladen des Kondensators C3 die Spannung V_C3 ungefähr konstant ist, so dass eine Versorgungsspannung V_C3 in den astabilen Multivibratorschaltkreis 250 gemäß der vorliegenden Erfindung eingespeist wird.
In dem astabilen Multivibratorschaltkreis 250 sind die Ausgänge des ersten Transistors T1 und des zweiten Transistors T2 komplementär. Der Schaltkreis hat zwei instabile Zustände und schaltet zwischen dem einen Zustand und dem anderen Zustand hin und her und verweilt dabei über einen Zeitraum, der von der Ladung des kapazitiven Schaltkreises C1, C2 abhängt, in jeweils einem Zustand.
Wie in 2 zu sehen ist, ist – nach einem Übergangszeitraum – die Spannung V2 gleich der Spannung zwischen der Basiserfasstender Gate-Elektrode und dem Emittererfasstender Source-Elektrode des Transistors, so dass der Transistor T2 eingeschaltet wird und die Spannung V1 abfällt, so dass der Transistor T1 ausgeschaltet wird. Die Spannung V3 an der Basiserfasstender Gate-Elektrode des Transistors T3 ist bei 0 Volt, so dass der Transistor T3 ausgeschaltet wird. Die oben angesprochenen Bedingungen definieren den Ausgangszustand, ab dem nun die Entwicklung der Spannungen betrachtet wird.
In einem ersten Zeitraum wird der Kondensator C1 unter der Spannung V_C3 durch den Widerstand R_B1 geladen, so dass die Spannung V1 am Kondensator C1 mit einer Zeitkonstante R_B1·C1 zunimmt, bis sie den Wert der Spannung zwischen der Basiserfasstender Gate-Elektrode und dem Emittererfasstender Source-Elektrode des Transistors T1 erreicht, bei der T1 zu leiten beginnt. Derweil ist der Transistor T2 immer noch leitend geschaltet, und die Spannung V2 ist gleich der Spannung zwischen der Basis/der Gate-Elektrode und dem Emitter/der Source-Elektrode des Transistors T2, bei der er leitet. Weil T1 während dieses Zeitraums nicht leitend geschaltet ist, fließt kein Strom durch R_C1, und somit gibt es keinen Spannungsabfall am Widerstand R_C1. Wenn der Kondensator C1 genügend geladen ist, so dass die Spannung V1 den Wert der Spannung zwischen der Basiserfasstender Gate-Elektrode und dem Emittererfasstender Source-Elektrode des Transistors T1 erreicht, wird der Transistor T1 eingeschaltet. Infolge dessen fließt der Strom durch den Widerstand R_C1 durch den Transistor T1. Die Spannung V2 fällt ab, und der Transistor T2 wird ausgeschaltet.
In einem zweiten Zeitraum wird der Transistor T1 leitend geschaltet, so dass die Spannung V1 gleich der Spannung zwischen der Basiserfasstender Gate-Elektrode und dem Emittererfasstender Source-Elektrode des Transistors T1 ist. Weil der Transistor T2 in diesem Zeitraum ausgeschaltet ist, fließt kein Strom durch den Widerstand R_C2, und somit gibt es keinen Spannungsabfall am Widerstand R_C2. Während dieses Zeitraums wird der Kondensator C2 unter der Spannung V_C3 durch den Widerstand R_B2 geladen. Die Spannung V2 nimmt somit mit einer Zeitkonstante R_B2·C2 zu. Wie im ersten Zeitraum wird, wenn die Spannung V2 am Kondensator C2 die Spannung zwischen der Basiserfasstender Gate-Elektrode und dem Emittererfasstender Source-Elektrode des Transistors T2 erreicht, der Transistor T2 eingeschaltet. Wenn T2 eingeschaltet wird, so fällt die Spannung V1 an der Basiserfasstender Gate-Elektrode des Transistors T1 ab, und der Transistor T1 wird ausgeschaltet. Anschließend können die Prozesse unendlich wiederholt werden.
Wie in 2 zu sehen ist, wird der Transistor T3 leitend geschaltet, wenn der Transistor T1 leitend geschaltet wird, d. h. wenn der Transistor T2 ausgeschaltet wird. Wenn der Transistor T2 nicht leitend ist, so fließt praktisch kein Strom durch den Widerstand R_C2, so dass die Spannung V_C3 an den Kollektorerfasstendie Drain-Elektrode des Transistors T2 angelegt wird. Weil der Kollektorerfasstendie Drain-Elektrode des Transistors T2 mit der Basiserfasstender Gate-Elektrode des Transistors T3 verbunden ist, reicht dieses hohe Potenzial am Kollektorerfasstenan der Drain-Elektrode des Transistors T2 aus, um die Spannung zwischen der Basiserfasstender Gate-Elektrode und dem Emittererfasstender Source-Elektrode des Transistors T3 zu erreichen, wodurch er leitend geschaltet wird. Wenn jedoch der Transistor T2 leitend geschaltet wird, so reicht der Spannungsabfall am Transistor T2 nicht mehr aus, um den Transistor T3 leitend zu schalten, so dass der Transistor T3 ausgeschaltet wird.
Wie in 2 zu sehen ist, hat die Ausgangsspannung V_output des Signals, das am ersten Schaltkreis 100 empfangen wird, seinen hohen und seinen niedrigen Pegel entsprechend dem hohen und dem niedrigen Pegel des Signals V3. Genauer gesagt, entsprechen der Arbeitszyklus und die Frequenz des Signals V_output dem Arbeitszyklus und der Frequenz des Signals V3. Weil die Ein- und Ausschaltzeiten des Signals V_output direkt mit dem Widerstandswert der Widerstände R_B1 und R_B2 sowie dem Kapazitanzwert der Kondensatoren C1 und C2 verknüpft sind, ermöglicht das Messen der Ein- und Ausschaltzeiten das Feststellen des Status eines erfassten Parameters, der durch den Widerstandswert der Widerstände R_B1 und R_B2 und den Kapazitanzwert der Kondensatoren C1 und C2 widergespiegelt wird.
3 zeigt eine Darstellung der Zeitablaufdiagramme der Signale V_C3, V1, V2, V3 und V_output in einem Schaltkreis, wobei ein Parameter im Vergleich zu 2 geändert wurde. Und zwar ist bei der in 3 gezeigten Simulation der Widerstandswert des Widerstandes R_B2 etwa dreimal kleiner als der Widerstandswert von R_B2, der in der Darstellung von 2 gezeigt ist. Weil der Widerstandswert R_B2 in 3 etwa dreimal kleiner ist als in 2, ist somit die Zeitkonstante, die zum Laden des Kondensators C2 erforderlich ist, ungefähr dreimal kleiner als die entsprechende Zeitkonstante in der Darstellung von 2. Weil die Zeit, die zum Umschalten des Transistors T2 benötigt wird, im Vergleich zur Darstellung in 2 kürzer ist, hat darum das am ersten Schaltkreis 100 empfangene Ausgangssignal V_output hohe Pegel, deren Dauer im Vergleich zur Dauer der hohen Pegel in 2 kürzer ist.
Obgleich der Schaltkreis 200 vorzugsweise einen Multivibratorschaltkreis 250 umfasst, kann auch ein anderer Schaltkreisabschnitt 250 vorgesehen sein, sofern der Schaltkreisabschnitt 250 die technische Funktion der Erzeugens eines zeitgepulsten Signals erfüllt, dessen Arbeitszyklus vom Widerstand eines Widerstandselements und/oder der Kapazitanz eines kapazitiven Elements des Schaltkreises 200 abhängt.
In dieser Hinsicht ist der Schaltkreisabschnitt 250 ein Signalerzeugungsabschnitt 250, der vorzugsweise als ein Multivibratorschaltkreis vorgesehen ist, aber er kann auch als eine andere Art von Zeitsteuerungsschaltung gestaltet sein. Zum Beispiel kann der Signalerzeugungsabschnitt 250 auch einen Zeitsteuerungschip 551 oder 555 oder andere Zeitsteuerungschips umfassen, solange der Signalerzeugungsabschnitt 250 ein zeitgepulstes Signal erzeugt, dessen Arbeitszyklus vom Widerstand eines Widerstandselements und/oder der Kapazitanz eines kapazitiven Elements des Schaltkreises 200 abhängt.
Obgleich der Schaltkreis 200 gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung, wie in 1 gezeigt, konkret so beschrieben ist, dass er einen astabilen Multivibratorschaltkreis 250 umfasst, kann überdies auch eine andere Art von Multivibratorschaltkreis vorgesehen sein, wie beispielsweise ein monostabiler Multivibratorschaltkreis. In diesem Fall wird nur ein einziger Impuls erzeugt.
4 zeigt ein System 100, 200' gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung. Weil der erste Schaltkreis 100 mit dem ersten Schaltkreis 100, der im Zusammenhang mit 1 beschrieben wurde, im Wesentlichen identisch ist, wird hier auf seine Beschreibung verzichtet.
Der zweite Schaltkreis 200' umfasst eine Induktionsspule L2, die mit einem Kondensator C_L2 einen Schwingkreis bildet. Ein Gleichrichterelement, vorzugsweise eine Diode D1, ist so angeordnet, dass sie das Erregungssignal, das von dem Schwingkreis ausgegeben wird, gleichrichtet. Die Anode der Diode D1 ist an einen Anschlusspunkt A angeschlossen, der sich zwischen der Induktionsspule L2 und dem Kondensator C_L2 befindet. Eine Kathode der Diode D1 ist mit einem Widerstand R1 verbunden. Ein Kondensator C1 ist mit dem Widerstand R1 in Reihe geschaltet und an einen Anschlusspunkt H angeschlossen, der sich zwischen der Induktionsspule L2 und dem Kondensator C_L2 befindet, wobei der Anschlusspunkt H von dem Anschlusspunkt A verschieden ist. Schließlich ist ein Widerstand R2 mit dem Kondensator C1 parallel geschaltet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung stellt der Schaltkreis 200' einen Widerstandswert des Widerstandes R1 oder einen Kapazitanzwert des Kondensators C1 (oder beide) in Reaktion auf einen erfassten Parameter ein, wie zum Beispiel die Gegenwart eines Fahrzeuginsassen auf einem herausnehmbaren Sitz eines Fahrzeugs oder ein Befestigungszustand eines Sicherheitsgurtes des herausnehmbaren Sitzes. Folglich kann der Status eines erfassten Parameters durch den Widerstandswert des Widerstandes R1 und/oder den Kapazitanzwert des Kondensators C1 widergespiegelt werden.
Der Widerstand R1 und der Kondensator C1 können in der Form eines Regelwiderstandes bzw. eines Abstimmkondensators implementiert sein, wobei ihr Widerstandswert bzw. ihr Kapazitanzwert eine Funktion eines erfassten Parameters ist. Alternativ können das Widerstandselement R1 und/oder das kapazitive Element C1 mehrere Widerstände und/oder Kondensatoren umfassen, die je nach dem erfassten Parameter einem Schaltkreis hinzugefügt oder aus einem Schaltkreis herausgenommen werden.
Im Folgenden wird das Funktionsprinzip des Systems 100, 200' erläutert. Der erste Schaltkreis 100 kann mit einem Signalgenerator, vorzugsweise einem Wechselsignalgenerator, verbunden werden, wobei der Signalgenerator ein Erregungssignal erzeugt, das induktiv von der ersten Induktionsspule L1 zu der zweiten Induktionsspule L2 des zweiten Schaltkreises 200' übertragen wird, wodurch der Schwingkreis erregt wird. Das an dem zweiten Schaltkreis 200' empfangene Erregungssignal wird dann durch die Diode D1 gleichgerichtet, und das gleichgerichtete Signal wird dann an den Reihenanschluss des Widerstandes R1 und des Kondensators C1 angelegt. Der Kondensator C1 wird somit mit einer Zeitkonstante geladen, die gleich dem Produkt des Widerstandes des Widerstands R1 und der Kapazitanz des Kondensators C1 ist.
Das erzeugte Impulssignal widerspiegelt die sich verändernde Last des zweiten Schaltkreises 200, was auf der Primärseite am ersten Schaltkreis 100 zu sehen ist, weil sich der Stromverbrauch der ersten Induktionsspule L1 im zeitlichen Verlauf ändert.
Das empfangene Impulssignal V_output ist im Anschluss an ein Tiefpassfilter der Spannung am Widerstand R_L1 des ersten Schaltkreises 100 zu sehen. Das Impulssignal V_output wird analysiert, um die Zeitkonstante und/oder die Amplitude des Impulses zu ermitteln. Da die Zeitkonstante direkt mit dem Widerstandswert des Widerstandes R1 und dem Kapazitanzwert des Kondensatoren C1 verknüpft ist, kann der Status eines erfassten Parameters ermittelt werden. Weil des Weiteren die Amplitude des Impulses eine Funktion des Widerstandes des Widerstands R1 und der Kapazitanz des Kondensators C1 sowie des Abstandes ist, der den ersten Schaltkreis 100 und den zweiten Schaltkreis 200' voneinander trennt, kann der Status ei nes erfassten Parameters auch durch Messen der Amplitude des Impulses ermittelt werden.
Alternativ kann ein erfasster Parameter durch Einstellen des Widerstandswertes des Widerstandes R2 widergespiegelt werden. In diesem Fall wird die Entladezeit des Kondensators C1 am ersten Modul 100 gemessen, um den Status des erfassten Parameters zu ermitteln.
Der Schaltkreisabschnitt 250' des Schaltkreises 200' gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung, der den Widerstand R1 und den Kondensator C1 umfasst, erzeugt einen Impuls, dessen Zeitkonstante und Amplitude von dem Widerstandswert des Widerstandes R1 und dem Kapazitanzwert des Kondensatoren C1 abhängen. Weil der Widerstandswert des Widerstandes R1 und/oder der Kapazitanzwert des Kondensatoren C1 von einem erfassten Parameter abhängen, ist daher der Schaltkreisabschnitt 250' ein Signalerzeugungsabschnitt 250', der einen Impuls erzeugt, dessen Zeitkonstante und Amplitude von einem erfassten Parameter abhängen. Folglich erfüllen der Signalerzeugungsabschnitt 250' des Schaltkreises 200' gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung und der Signalerzeugungsabschnitt 250 des Schaltkreises 200 gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung, der ein zeitgepulstes Signal erzeugt, dessen Arbeitszyklus und Frequenz von einem erfassten Parameter abhängen, eine ähnliche technische Funktion.
Obgleich das System gemäß der vorliegenden Erfindung so beschrieben ist, dass es einen ersten Schaltkreis 100 und einen zweiten Schaltkreis 200, 200' umfasst, wobei der erste Schaltkreis 100 eine erste Induktionsspule L1 umfasst und der zweite Schaltkreis 200, 200' eine zweite Induktionsspule L2 umfasst, kann auch in Betracht gezogen werden, die Induktionsspule L1, L2 in jedem Schaltkreis 100, 200, 200' durch eine Antenne zu ersetzen, zum Beispiel im Fall einer Anwendung, bei der Hochfrequenzsignale zwischen dem ersten und dem zweiten Modul übertragen werden müssen.

Claims

Schaltkreis, umfassend: einen Signalerzeugungsabschnitt (250), der ein zeitgepulstes Signal erzeugt, das von einem oder mehreren erfassten Parametern abhängt, wobei das zeitgepulste Signal die Last des Schaltkreises (200) im zeitlichen Verlauf ändert.
Schaltkreis, umfassend: einen Signalerzeugungsabschnitt (250) zum Erzeugen eines zeitgepulsten Signals, wobei der Signalerzeugungsabschnitt (250) ein Widerstandselement (R_B1, R_B2) und ein kapazitives Element (C1, C2) umfasst, wobei der Schaltkreis (200) dafür geeignet ist, einen Wert des Widerstandselements (R_B1, R_B2) und/oder des kapazitiven Elements (C1, C2) auf der Grundlage des erfassten Parameters einzustellen, und wobei der Schaltkreis (200) des Weiteren dafür geeignet ist, einen Arbeitszyklus des zeitgepulsten Signals auf der Grundlage des Wertes des Widerstandselements (R_B1, R_B2) und/oder des kapazitiven Elements (C1, C2) einzustellen.
Schaltkreis nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der Schaltkreis (200) in einem herausnehmbaren Sitz eines Fahrzeugs angeordnet ist.
Schaltkreis nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der erfasste Parameter die Gegenwart eines Fahrzeuginsassen auf einem herausnehmbaren Sitz eines Fahrzeugs oder ein Befestigungszustand eines Sicherheitsgurtes des herausnehmbaren Sitzes ist.
Schaltkreis nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Signalerzeugungsabschnitt (250) einen Multivibratorschaltkreis (T1, R_B1, R_C1, C1, T2, R_B2, R_C2, C2) umfasst.
Schaltkreis nach Anspruch 5, wobei der Multivibratorschaltkreis (T1, R_B1, R_C1, C1, T2, R_B2, R_C2, C2) zwei bipolare oder FET-Transistoren (T1, T2) umfasst und wobei das Widerstandselement (R_B1, R_B2) jeweils mit einer Basis oder Gate-Elektrode der beiden bipolaren oder FET-Transistoren (T1, T2) verbunden ist.
Schaltkreis nach einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei der Arbeitszyklus von einem Verhältnis eines Widerstands des Widerstandselements (R_B1, R_B2) und einer Kapazitanz des kapazitiven Elements (C1, C2) abhängt.
Schaltkreis nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei der Multivibratorschaltkreis (T1, R_B1, R_C1, C1, T2, R_B2, R_C2, C2) zwei Transistoren (T1, T2) umfasst und der Schaltkreis (200) einen weiteren Transistor (T3) umfasst, der dafür geeignet ist, leitend geschaltet zu werden, wenn einer der beiden Transistoren (T1, T2) leitend geschaltet wird.
Schaltkreis nach einem der Ansprüche 1 bis 8, der des Weiteren eine Induktionsspule (L2) und einen Kondensator (C_L2) umfasst, die in Reihe geschaltet sind, wobei die Induktionsspule (L2) und der Kondensator (C_L2) einen Schwingkreis bilden.
Schaltkreis nach Anspruch 9, der des Weiteren ein Gleichrichterelement (D1) zum Gleichrichten eines Signals umfasst, das von dem Schwingkreis ausgegeben wird.
Schaltkreis, umfassend: einen Signalerzeugungsabschnitt (250') zum Erzeugen eines Impulses, wobei der Signalerzeugungsabschnitt (250') ein Widerstandselement (R1) und ein kapazitives Element (C1) umfasst, wobei der Schaltkreis (200') dafür geeignet ist, einen Wert des Widerstandselements (R1) und/oder des kapazitiven Elements (C1) auf der Grundlage eines erfassten Parameters einzustellen, und wobei der Schaltkreis (200') des Weiteren dafür geeignet ist, eine Zeitkonstante und/oder eine Amplitude des Impulses auf der Grundlage des Wertes des Widerstandselements (R1) und/oder des kapazitiven Elements (C1) einzustellen.
Schaltkreis nach Anspruch 11, wobei der Schaltkreis (200') in einem herausnehmbaren Sitz eines Fahrzeugs angeordnet ist.
Schaltkreis nach einem der Ansprüche 11 oder 12, wobei der erfasste Parameter die Gegenwart eines Fahrzeuginsassen auf einem herausnehmbaren Sitz eines Fahrzeugs oder ein Befestigungszustand eines Sicherheitsgurtes des herausnehmbaren Sitzes ist.
Schaltkreis nach einem der Ansprüche 11 bis 13, der des Weiteren eine Induktionsspule (L2) und einen Kondensator (C_L2) umfasst, die in Reihe geschaltet sind, wobei die Induktionsspule (L2) und der Kondensator (C_L2) einen Schwingkreis bilden.
Schaltkreis nach Anspruch 14, der des Weiteren ein Gleichrichterelement (D1) zum Gleichrichten eines Signals umfasst, das von dem Schwingkreis ausgegeben wird.
System zum Herstellen einer kontaktlosen Übertragung, umfassend: einen ersten Schaltkreis (100), und einen zweiten Schaltkreis (200; 200') nach einem der Ansprüche 1 bis 14; wobei der erste Schaltkreis (100) eine erste Induktionsspule (L1) umfasst und der zweite Schaltkreis (200; 200') eine zweite Induktionsspule (L2) umfasst, wobei der erste Schaltkreis (100) und der zweite Schaltkreis (200; 200') elektromagnetisch miteinander gekoppelt sind.
System nach Anspruch 16, wobei der erste Schaltkreis (100) in einer Fahrzeugkarosserie angeordnet ist und der zweite Schaltkreis (200; 200') in einem herausnehmbaren Sitz des Fahrzeugs angeordnet ist.
System nach einem der Ansprüche 16 oder 17, wobei der erste Schaltkreis (100) mit einem Signalgenerator, vorzugsweise einem Wechselsignalgenerator, verbunden werden kann und des Weiteren dafür geeignet ist, ein Erregungssignal zum Erregen der zweiten Induktionsspule (L2) des zweiten Schaltkreises (200; 200') zu erzeugen.
System nach Anspruch 18, wobei der zweite Schaltkreis (200; 200') dafür geeignet ist, ein Ausgangssignal zu dem ersten Schaltkreis (100) in Reaktion auf das Erregungssignal zu übertragen, wobei das Ausgangssignal von einem erfassten Parameter abhängt.
System nach einem der Ansprüche 16 bis 19, wobei der erste Schaltkreis (100) des Weiteren dafür geeignet ist, ein Signal zu detektieren, das durch den zweiten Schaltkreis (200; 200') übertragen wird, und einen erfassten Parameter auf der Grundlage des detektierten Signals zu ermitteln.
Verfahren zum Ausführen in einem Schaltkreis (200), der ein Widerstandselement (R_B1, R_B2) und ein kapazitives Element (C1, C2) umfasst, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Erzeugen eines zeitgepulsten Signals, Einstellen eines Wertes des Widerstandselements (R_B1, R_B2) und/oder des kapazitiven Elements (C1, C2) auf der Grundlage eines erfassten Parameters, und Einstellen eines Arbeitszyklus des erzeugten zeitgepulsten Signals auf der Grundlage dieses Wertes des Widerstandselements (R_B1, R_B2) und/oder des kapazitiven Elements (C1, C2).
Verfahren zum Ausführen in einem Schaltkreis (200'), der ein Widerstandselement (R1) und ein kapazitives Element (C1) umfasst, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Erzeugen eines Impulses, Einstellen eines Wertes des Widerstandselements (R1) und/oder des kapazitiven Elements (C1) auf der Grundlage eines erfassten Parameters, und Einstellen einer Zeitkonstante und/oder einer Amplitude des Impulses auf der Grundlage dieses Wertes des Widerstandselements (R1) und/oder des kapazitiven Elements (C1).