DE102017109131A1

DE102017109131A1 - Physische Isolation zwischen MAC- und PHY-Ethernetverbindungen

Info

Publication number: DE102017109131A1
Application number: DE102017109131.9A
Authority: DE
Inventors: Andreas Koch; Stefan Hacker; Ralph Patrick McCormick
Original assignee: Analog Devices Global ULC
Current assignee: Analog Devices International ULC
Priority date: 2016-05-04
Filing date: 2017-04-27
Publication date: 2017-11-09
Also published as: US20170324251A1; US10523016B2

Abstract

Es wird eine Vorrichtung bereitgestellt, die Folgendes umfasst: einen ersten Leistungsbereich, der eine erste Komponente enthält, die bei einem ersten Spannungspegel arbeitet; einen zweiten Leistungsbereich, der einen Media Access Controller (MAC) enthält, der bei einem zweiten Spannungspegel arbeitet; und einen dritten Leistungsbereich, der eine Physical Media Access(PHY)-Einrichtung enthält, die bei einem dritten Spannungspegel arbeitet; wobei der erste Spannungspegel über dem zweiten Spannungspegel liegt; und wobei der zweite Spannungspegel unreferenziert ist; weiterhin enthaltend: eine erste Schaltung mit verstärkter elektrischer Isolation, auf einem ersten Schaltungspfad angeordnet, der mindestens einen Signalweg enthält, der sich zwischen dem ersten Leistungsbereich und dem zweiten Leistungsbereich erstreckt; und eine zweite Schaltung mit verstärkter elektrischer Isolation, auf einem zweiten Schaltungspfad angeordnet, der mindestens einen Signalweg enthält, der sich zwischen der MAC-Einrichtung und der PHY-Einrichtung erstreckt.

Description

Steuersysteme enthalten oftmals eine elektrische Isolation, um das System in mehrere Leistungsbereiche zu partitionieren. Bei Hochspannungssystemen isolieren Isolationsbarrieren Steuer- und Benutzerschnittstellenschaltungen gegenüber gefährlichen Stromleitungsspannungen, um unerwünschte gefährliche Spannungen über Isolationsbereichsbarrieren zu blockieren, damit ein Stromschlag für menschliche Bediener und Schäden an elektrischen Komponenten verhindert werden, während ein normaler Signal- und Stromtransfer zwischen Isolationsbereichen gestattet wird. Zu beispielhaften Hochspannungssystemen zählen industrielle Automatisierungs- und Steuersysteme wie etwa programmierbare Logikcontroller (PLC) und verteilte Steuersysteme (DCS), Wechselrichter, Motorantriebe, medizinische Geräte, Solarwechselrichter, Stromversorgungen und Hybridelektrofahrzeuge (HEV).
Es ist eine Vielzahl von Isolationsbarrieren bekannt, einschließlich der Verwendung optischer Isolatoren, die eingegebene elektrische Signale in Lichtpegel oder -impulse, die durch Leuchtdioden generiert werden, umwandeln und dann die Lichtsignale empfangen und sie zurück in elektrische Signale umwandeln. Es existieren auch Isolatoren, die auf der Verwendung von Hall-Effekt-Einrichtungen, magnetoresistiven Sensoren, kapazitiven Isolatoren und Spulen- oder Transformator-basierten (mit Kern oder kernlos) Isolatoren basieren.
Isolationsbarrieren werden verwendet, um Benutzer durch das sichere Steuern des Stromflusses zu schützen, der von einer AC-Versorgung an eine Last als Reaktion auf Benutzerbefehle geliefert wird. Insbesondere kann beispielsweise ein typisches Motorantriebssystem drei Leistungsbereiche enthalten: Befehl, Steuerung und Strom. Eine dem Hochspannungssystem auferlegte Sicherheitsbeschränkung lautet, dass die Benutzerbefehlsschaltungen gegenüber gefährlichen Spannungen auf dem Stromkreis galvanisch isoliert sein müssen. Im Allgemeinen erfolgt eine Bestimmung dahingehend, ob eine Isolationsbarriere zwischen der Befehls- und der Steuerschaltung platziert werden soll oder eine Isolationsbarriere zwischen der Steuerschaltung und dem Stromkreis platziert werden soll.
1 ist ein veranschaulichendes Schemadiagramm eines Motorsteuersystems 102, das eine elektrische Isolation zwischen einem spannungsführenden Leistungsbereich 104 und einem Sicherheitserde-Leistungsbereich 106 zeigt. Die elektrische Trennung der beiden Leistungsbereiche wird durch die gestrichelte Linie 107 dargestellt. Der spannungsführende Leistungsbereich 104 enthält eine AC-Spannungsversorgung 108, einen AC-DC-Wandler 109, eine Antriebsstufe 110 und einen Motor 112. Die Antriebsstufe 110 enthält mehrere IGBTs (Insulated-Gate Bipolar Transistors) 114 oder Leistungs-MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), die konfiguriert sind zum Umwandeln einer DC-Spannung, um einen mehrphasigen, typischerweise dreiphasigen, an den wie gezeigt gekoppelten Motor 112 gelieferten AC-Antriebsstrom bereitzustellen. Der Sicherheitserde-Leistungsbereich 106 enthält eine Steuerschaltung 116 und Kommunikationsschaltungen 118. Die Steuerschaltung 116 erzeugt Signale zum Steuern des Betriebs der Antriebsstufe 110 als Reaktion auf durch die Antriebsstufe 110 erzeugte Rückkopplungssignale. Die Kommunikationsschaltung 118, die lokale Benutzerschnittstellensteuerungen wie etwa Tastatur oder Maus (nicht gezeigt) oder abgesetzte Steuersignale durch ein (nicht gezeigtes) Bussystem enthalten kann, als Beispiel, empfängt Benutzereingabebefehle zur Lieferung an die Steuerschaltung 116. Die ersten Steuerleitungen 120 sind gekoppelt zum Kommunizieren von Antriebssteuersignalen von der Steuerschaltung 116 an die Antriebsstufe 110. Zweite Steuerleitungen 122 sind gekoppelt zum Kommunizieren von Stromrückkopplungssteuersignalen von dem Ausgang der Antriebsstufe 110 an die Steuerschaltung 116. Dritte Steuerleitungen 123 sind gekoppelt zum Kommunizieren von Benutzereingabebefehlen von der Kommunikationsschaltung 118 an die Steuerschaltung 116. Erste Isolationsschaltungen 124, an die ersten Steuerleitungen 120 gekoppelt, errichten eine erste elektrische Isolationsbarriere zwischen der Steuerschaltung 116 und der Antriebsstufe 110. Zweite Isolationsschaltungen 126, an die zweiten Steuerleitungen 122 gekoppelt, errichten eine erste elektrische Isolationsbarriere zwischen der Steuerschaltung 116 und dem Ausgang der Antriebsstufe 110. Die erste Isolationsschaltung enthält einen separaten Transformator, der an jede einzelne der ersten Leitungen 120 gekoppelt ist, um sie in zwei elektrisch isolierte Leitungssegmene zu trennen. Die zweite Isolationsschaltung 122 enthält einen separaten Transformator in Kombination mit einem separaten ADC-Modulator, an jede einzelne der zweiten Leitungen 122 gekoppelt, um sie in zwei elektrisch isolierte Leitungssegmente zu trennen.
Unterschiedliche Isolationsgrade können zwischen verschiedenen Leistungsbereichen vorgesehen werden. Systeme halten üblicherweise Sicherheitsanforderungen ein, die durch internationale Standards wie etwa IEC 61800, IEC 61508 und IEC 62109 definiert sind, die Anwendungen wie etwa Motorantriebe und Solarwechselrichter abdecken. Sicherheitsstandards wie etwa International Standard IEC 60950-1 und IEC 60747-17 spezifizieren mehrere verschiedene elektrische Isolationsgrade. Eine funktionale Isolation wird verwendet, damit Systemkomponenten Signale zwischen ihnen übertragen und empfangen können, während die Signalintegrität und -verstärkung aufrechterhalten werden, so dass sie ordnungsgemäß funktionieren können. Eine funktionale Isolationsbarriere schützt typischerweise einen Benutzer nicht vor einem Stromschlag. Eine grundlegende Isolation liefert einen zusätzlichen zweiten Isolationsgrad, um vor einem Stromschlag zu schützen. Eine doppelte Isolation liefert einen zusätzlichen Isolationsgrad aus Sicherheitsgründen, d.h. das Doppelte der grundlegenden Isolation. Eine verstärke Isolation liefert sogar noch einen größeren Schutz vor hohen Spannungen.
Die Platzierung einer Isolationsbarriere zwischen Schaltungen kann zu einer verschlechterten Signalintegrität, erhöhten Kosten und einer Zunahme beim Isolationsbarrierenvolumen führen, was zusätzlichen physischen Raum erfordert. Infolgedessen ist oftmals zwischen der Anzahl von Signalwegen, die zwischen elektrischen Komponenten in verschiedenen Leistungsbereichen eines Systems vorgesehen sind, und dem zwischen ihnen vorgesehenen Grad an elektrischer Isolation ein Kompromiss erforderlich.
Die Grenzen zwischen Befehls-, Steuer- und Leistungsbereichen sind manchmal etwas verschwommen durch einen jüngsten Trend zum Integrieren von mehr Funktionen in weniger physisch getrennte Komponenten. Beispielsweise sind gewisse Steuerfunktionen und Befehlsfunktionen oftmals innerhalb eines gemeinsamen Prozessorbauelements integriert. Dadurch existieren möglicherweise weniger physische Leistungsbereichsgrenzen innerhalb eines Systems, an denen Isolationsbarrieren angeordnet werden.
KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
In einem Aspekt enthält eine Vorrichtung einen ersten Leistungsbereich, der eine erste Komponente enthält, die bei einem ersten Spannungspegel arbeitet, einen zweiten Leistungsbereich, der einen Media Access Controller (MAC) enthält, der bei einem zweiten Spannungspegel arbeitet und einen dritten Leistungsbereich, der eine Physical Media Access (PHY)-Einrichtung enthält, die bei einem dritten Spannungspegel arbeitet. Der erste Spannungspegel liegt über dem zweiten Spannungspegel, und der zweite Spannungspegel ist zu dem Referenzpegel des dritten Spannungspegels verschoben. Eine erste Schaltung mit verstärkter elektrischer Isolation ist auf einem ersten Schaltungspfad angeordnet, der mindestens einen Signalweg enthält, der sich zwischen dem ersten Leistungsbereich und dem zweiten Leistungsbereich erstreckt. Eine zweite Schaltung mit verstärkter elektrischer Isolation ist auf einem zweiten Schaltungspfad angeordnet, der mindestens einen Signalweg enthält, der sich zwischen der MAC-Einrichtung und der PHY-Einrichtung erstreckt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein veranschaulichendes Schemadiagramm eines Motorsteuersystems, das eine elektrische Isolation zwischen einem spannungsführenden Leistungsbereich und einem Sicherheitserde-Leistungsbereich zeigt.
2 ist ein veranschaulichendes Blockdiagramm eines ersten Motorsteuersystems mit verstärkter Isolation gemäß einigen Ausführungsformen.
3 ist ein veranschaulichendes Blockdiagramm, das gewisse Details der zweiten Barriere mit verstärkter Isolation des Systems von 2 gemäß einigen Ausführungsformen zeigt.
4 ist ein veranschaulichendes Schemadiagramm, das eine Schaltung mit verstärkter Wegisolation der zweiten verstärkten Isolationsbarriere von 3 gemäß einigen Ausführungsformen darstellt.
5 ist ein veranschaulichendes Querschnittsdiagramm eines Transformators die individuelle Schaltung mit verstärkter Isolationsbarriere von 4 gemäß einigen Ausführungsformen.
6 ist ein veranschaulichendes Blockdiagramm eines zweiten Motorsteuersystems mit verstärkter Isolation gemäß einigen Ausführungsformen.
7 ist ein veranschaulichendes Blockdiagramm eines dritten Motorsteuersystems mit verstärkter Isolation gemäß einigen Ausführungsformen.
8 ist ein veranschaulichendes Blockdiagramm eines vierten Motorsteuersystems mit verstärkter Isolation gemäß einigen Ausführungsformen.
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die vorliegende Beschreibung wird vorgelegt, damit jeder Fachmann eine Schnittstelle mit einer verstärkten elektrischen Isolation an einer Datennetzwerkschnittstelle herstellen und verwenden kann. Verschiedene Modifikationen an den Ausführungsformen ergeben sich dem Fachmann ohne Weiteres, und die hierin definierten generischen Prinzipien können auf andere Ausführungsformen und Anwendungen angewendet werden, ohne von dem Gedanken und Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. In der folgenden Beschreibung werden zum Zweck der Erläuterung zahlreiche Details dargelegt. Der Durchschnittsfachmann realisiert jedoch, dass die Erfindung ohne die Verwendung dieser spezifischen Details praktiziert werden könnte. In anderen Fällen werden wohlbekannte Prozesse in Blockdiagrammform gezeigt, damit die Beschreibung der Erfindung nicht mit unnötigen Details verdunkelt wird. Identische Bezugszahlen können verwendet werden, um verschiedene Ansichten des gleichen oder eines ähnlichen Gegenstands in verschiedenen Zeichnungen darzustellen. Flussdiagramme in unten referenzierten Zeichnungen werden zum Darstellen von Prozessen verwendet. Somit soll die vorliegende Erfindung nicht auf die gezeigten Ausführungsformen beschränkt sein, sondern ihr soll der breiteste Schutzbereich zugestanden werden, der mit den hierin offenbarten Prinzipien und Merkmalen übereinstimmt.
2 ist ein veranschaulichendes Blockdiagramm eines ersten Motorsteuersystems 202 mit verstärkter Isolation gemäß einigen Ausführungsformen. Das Motorsteuersystem 202 enthält Komponenten, die innerhalb eines ersten, zweiten und dritten Spannungspotentialbereichs 204, 206 bzw. 208 angeordnet sind. Der erste Spannungsbereich 204 enthält Komponenten, die auf einem höheren Spannungspegel arbeiten, hier als der „spannungsführende“ Pegel bezeichnet: Spannungsversorgung 210, DC-Link/Bus 212, Antriebsstufe 214, Motor 216 und Positionsrückkopplungsschaltungsblock 218. Bei einigen Motorsystemen kann die AC-Versorgungsspannung beispielsweise in einem Bereich von 110 V–400 V oder darüber liegen. Der zweite Spannungsbereich 206 enthält Komponenten, die bei einem niedrigeren Zwischenspannungspegel arbeiten: eine Signalverarbeitungseinrichtung und eine Speichereinrichtung 220, konfiguriert zum Bereitstellen eines Stromsteuerschleifenblocks 222, eines Drehzahl-/Positionsschleifenblocks 224, eines Kommunikationsblocks 226 und eines MAC 228. Bei einigen Ausführungsformen kann die Verarbeitungseinrichtung in einem feldprogrammierbaren Gatearray (FPGA) und assoziierten nicht-vorübergehenden Speichereinrichtungen implementiert werden. Der dritte Leistungsbereich 208 enthält Komponenten, die bei einem niedrigen Spannungspegel als Basisreferenzpegel für alle anderen Installationen arbeiten, hier als „Erde“-Potentialpegel bezeichnet: PHY-Einrichtung 230 und Netzwerkkommunikationskabel/Rückplatine. Eine durch die gestrichelten Linien 232 angegebene erste verstärkte Isolationsbarriere liefert eine elektrische Isolation zwischen Komponenten innerhalb des ersten Leistungsbereichs 204 und Komponenten innerhalb des zweien Leistungsbereichs 206. Bei einigen Ausführungsformen enthält die erste verstärkte Isolationsbarriere 232 Leistungs-Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFET) oder IGBTs (Insulated-Gate Bipolar Transistors) und/oder Sigma-Delta(SD)-ADC-Modulatoren mit durch Blöcke 234 dargestellten Isolationstransformatoren für Stromerfassung, auf Signalwegen angeordnet, die Signale zwischen Komponenten in dem ersten und zweiten Spannungspegel koppeln. Bei anderen Ausführungsformen wird der Stromerfassungsblock 234 durch isolierte Hall-Sensoren oder LEM-Sensoren realisiert. Die erste verstärkte Isolationsbarriere 232 schützt sowohl die innerhalb des zweiten Leistungsbereichs 206 angeordneten elektrischen Komponenten als auch Benutzer, die möglicherweise physisch mit diesen Komponenten interagieren, vor einer Exposition gegenüber der höheren Spannung von innerhalb des ersten Leistungsbereichs 204 verwendeten.
Eine durch gestrichelte Linien 236 angegebene zweite verstärkte Isolationsbarriere liefert eine elektrische Isolation zwischen Komponenten innerhalb des zweiten Leistungsbereichs 206 und Komponenten innerhalb des dritten Leistungsbereichs 208. Bei einigen Ausführungsformen enthält die zweite verstärkte Isolationsbarriere 236 Transformatorschaltungen, die auf Signalwegen einer Kommunikationsschnittstelle zwischen dem MAC 228 und der (PHY)-Schaltung 230 angeordnet sind. Die zweite verstärkte Isolationsbarriere 236 liefert auch eine zusätzliche Schicht aus verstärkter elektrischer Isolation zwischen dem dritten Leistungsbereich 208 und dem ersten Leistungsbereich 204.
Bei einigen Ausführungsformen arbeiten Komponenten im dritten Leistungsbereich 208 bei einem oder mehreren verschiedenen unreferenzierten Spannungspegeln, die zwischen Erde und dem Zwischenspannungspegel (ISO-1), bei dem Komponenten im zweiten Leistungsbereich 206 arbeiten. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Ausdruck „unreferenziert“ auf eine unbekannte Spannungsverschiebung, die unter einem gewissen höchsten Pegel variiert. Bei einigen Ausführungsformen beträgt die höchste unreferenzierte Spannung bis zu ~150 V, und verschiedene Komponenten im dritten Leistungsbereich 208 können bei Spannungspegeln arbeiten, die vom Zwischenspannungspegel um irgendeinen Wert von einigen wenigen Volt bis zu ~150 V differieren. Diese unreferenzierte Spannungsverschiebung muss wegen Kommunikations- und Signalintegrität überbrückt werden. Bei einigen Ausführungsformen ist die Spannungsdifferenz nicht bekannt. In der Vergangenheit war die unten unter Bezugnahme auf 3 erörterte Magnetik 254 in der Netzwerkschnittstelle, unten erörtert, ausreichend zum Blockieren dieser unreferenzierten Spannungen. Für Steuersysteme mit höherer Spannung jedoch, wie etwa eine Motorsteuerung, ist die zweite verstärkte Isolationsbarriere 236 erforderlich.
Gemäß einigen Ausführungsformen liefern für Sicherheit in Systemen, die höhere Versorgungsspannungen über dem 110 V-Bereich verwenden, als Beispiel, die erste und zweite verstärkte Isolationsbarriere 232, 236 jeweils einen elektrischen Isolationsschutz von mindestens 5,0 kV.
Während des normalen Betriebs kann ein Benutzer Befehlssignale senden und Rückkopplungssignale empfangen über ein Netzwerk über eine Netzwerkschnittstelle, die die physische Schicht(PHY)-Einrichtung 230 und die Media Access Controller(MAC)-Einrichtung 228 enthält. Bei einigen Ausführungsformen berührt ein Benutzer möglicherweise auch den Kommunikationsblock 226 innerhalb des zweiten Leistungsbereichs 226 physisch, um Eingabebefehle durch eine Benutzerschnittstelle (UI) 240 wie etwa eine Tastatur oder eine Maussteuerung bereitzustellen, als Beispiel. Der Kommunikationsblock 226 tauscht Steuer- und Rückkopplungssignale auf den Leitungen 242 mit dem Drehzahl-/Positionssteuerschleifenblock 224 aus.
Die Stromversorgungsquelle 210 liefert ein Stromversorgungssignal an den DC-Stromversorgungslink 212. Eine typische Stromversorgungsquelle kann eine Dreiphasen-AC-Stromversorgung bereitstellen, die gleichgerichtet und an den DC-Stromversorgungsbus geliefert wird. Der Motor 216 umfasst eine oder mehrere große Spulen für jede Phase. Ein durch einen an die Motorspulen angelegten Strom induziertes Magnetfeld bewirkt, dass der Motor sich dreht. Die Antriebsstufe 214 enthält Leistungs-MOSFET oder IGBTs, mit denen die durch den DC-Link 212 gelieferte DC-Spannung zerhackt wird, um ein modelliertes Stromsignalmuster an die Motorspulen zu liefern, um zu bewirken, dass er sich dreht.
Während des Steuerkreisbetriebs dreht sich der Motor 216 kontinuierlich als Reaktion auf durch die Antriebsstufe 214 angelegte, beispielsweise PWM-modulierte Steuersignale. Während sich der Motor dreht, wird ein Stromwertrückkopplungssignal an den Stromsteuerschleifenschaltungsblock 222 geliefert, um eine Anzeige des Stromflusses innerhalb der Spulen des Motors 212 zu liefern. Der Stromsteuerschleifenblock 222 verwendet den Rückkopplungsstromwert, um zu bestimmen, wann die Antriebsstufe 214 angewiesen werden soll, das an die Spulen des Motors 212 gelieferte Stromantriebsmuster zu verstellen, damit er sich weiter auf kontinuierliche Weise dreht. Insbesondere liefert der Stromschleifensteuerblock 220 Steuerinformationen an die Antriebsstufe 214 zum Steuern der Zeitsteuerung der an die Motorspulen gelieferten PWM-Signale.
Für einen Präzisionsbewegungsbetrieb muss sich der Motor 212 in präzisen Winkelinkrementen drehen. Der Kommunikationsblock 242 kann Benutzerbefehlssignale empfangen, die ein Ausmaß an Winkelbewegung oder Drehzahl des Motors 212 spezifizieren. Der Positionsrückkopplungsschaltungsblock 218 verfolgt die Winkelposition der Motorachse während der Motordrehung und liefert ein Positionsrückkopplungssignal auf Leitung 244 an den Drehzahl-/Positionssteuerschleifenblock 224. Der Drehzahl-/Positionssteuerschaltungsblock 224 vergleicht ständig eine spezifizierte Drehposition des Motors 212 mit der gegenwärtigen Winkelposition des Motors 212, um zu bestimmen, wann der Motor die spezifizierte Position erreicht hat oder sich um ein spezifiziertes Ausmaß gedreht hat. Als Reaktion auf eine Bestimmung, dass der Motor 212 die spezifizierte Position erreicht hat oder sich um das spezifizierte Ausmaß gedreht hat, liefert der Drehzahl-/Positionssteuerschleifenblock 224 ein Signal auf den Leitungen 246 an den Stromsteuerschleifenblock 222, der ihn dahingehend anweist, ein Signal an die Antriebsstufe 210 zu liefern, um die Antriebsstufe anzuweisen, den an den Motor 212 gelieferten Antriebsstrom zu verstellen, um eine Drehung des Motors zu stoppen oder um den Motor in seiner gegenwärtigen Position zu halten.
3 ist ein veranschaulichendes Blockdiagramm, das gewisse Details der zweiten verstärkten Isolationsbarriere 236 des Systems von 2 gemäß einigen Ausführungsformen zeigt. Die zweite verstärkte Isolationsbarriere 236 ist zwischen dem MAC 228 und der PHY-Schaltungsanordnung 230 angeordnet. Bei einigen Ausführungsformen liefert eine Media Independent Interface(MII)-Schaltung 248 eine medienunabhängige Kommunikation von Signalen zwischen dem MAC 228 und der PHY-Einrichtung 230. Bei einigen Ausführungsformen ist die Netzwerkschnittstelle gemäß der Norm IEEE-802.3 Ethernet definiert. Die zweite verstärkte Barriere 236 ist innerhalb digitaler Kommunikationswege innerhalb der MII 248 angeordnet, die den MAC 228 und die PHY-Einrichtung 230 koppelt.
Ein Ethernet-MAC 228 implementiert eine Datenlinkschicht, die Daten zwischen dem Paketformat zur Kommunikation mit einer Host-Verarbeitungseinrichtung und einem Strom-von-Bytes-Format zur Kommunikation auf einem Draht oder einer Faser umwandelt. Bei einigen Ausführungsformen sind der MAC und ein Host-Prozessor 250 auf einem einzelnen IC 220 integriert, wie etwa einem Mikroprozessor oder einem feldprogrammierbaren Gatearray (FPGA). Es wird angemerkt, dass es zwischen dem Host-Prozessor 250 und dem MAC 228 keine physische Grenze gibt, an der eine verstärkte Isolationsbarriere eingesetzt werden kann. Die PHY-Einrichtung 230 wirkt als eine medienabhängige Schnittstelle zu physischen Medien, die binäre Informationen zwischen seriellen Datenströmen, die sich zur Kommunikation auf den physischen Medien eignen (z.B. verdrilltes Kupferpaar, Koaxial, Faseroptik usw.), und Paketen umwandelt, die zur Kommunikation mit dem MAC 228 geeignet sind. Eine Netzwerkbuchse 252 liefert eine physische Kopplung zu dem physischen Medium. Ein Magnetikblock 254 enthält einen Impulstransformator, der als ein (nicht gezeigter) Isolationsmagnetikkoppler für jeden Netzwerkbuchsenverbinder wirkt, wie durch einen IEEE-Standard erforderlich, die Signalspannung von dem PHY 230 und von Verbindern der Netzwerkbuchse 252 isoliert und verschiebt, um den PHY 230 und andere Einrichtungen (z.B. Schalter) davor zu schützen, dass sie durch potentiell hohe Spannungsdifferenzen Träger durch das Netzwerk beschädigt werden. Jedoch liefert die Isolationsmagnetik 254 typischerweise einen Isolationsschutz geringerer Stärke im Bereich 2,0 kV–2,5 kV, was ein unzureichender Schutz ist, um das Netzwerk vor Exposition gegenüber höheren Spannungen des Motorsteuersystems zu schützen, als Beispiel.
Die Schnittstelle 248 zwischen dem MAC 228 und der PHY-Einrichtung 230 enthält darin die zweite verstärkte Isolationsbarriere 236, die die Pins oder Wege mit Isolation ausstattet, auf denen Signale zwischen dem MAC 228 und der PHY-Einrichtung 230 kommuniziert werden. Ein Zweck einer Schnittstelle 248 besteht darin, das Koppeln verschiedener Versionen der medienabhängigen PHY-Einrichtung 230 zu ermöglichen, um zu verschiedenen Medien (z.B. verdrilltes Kupferpaar, Koaxial, Faseroptik usw.) zum MAC 228 zu verbinden ohne die Notwendigkeit, die MAC-Hardware zu ändern. Einige Ausführungsformen der Schnittstelle 248 beinhalten Datensignalwege und Managementsignalwege zwischen dem MAC 228 und der PHY-Einrichtung 230. Insbesondere enthalten einige Ausführungsformen der Schnittstelle 248 digitale Übertragungskanaldatenwege 256 zum Übertragen von dem MAC 228 zur PHY-Einrichtung 230, digitale Empfangskanaldatenwege 258 zum Empfangen von Daten durch den MAC 228 von der PHY-Einrichtung 230 und einen Stationsmanagementkanalsteuersignalwege 260 zum Austauschen von Steuerinformationen zwischen dem MAC 228 und der PHY-Einrichtung 230 zum Koordinieren und Steuern der Übertragung und des Empfangs von Daten. Bei einigen Ausführungsformen enthält jeder Kanal 256, 258, 260 Takt-, Daten- und Steuersignale. Die Anzahl der Wege für die innerhalb der Schnittstelle 248 gelieferten Daten und Steuerung beinhaltet einen Kompromiss zwischen der Anzahl von Wegen und der Latenz. Eine größere Anzahl von Wegen führt zu einer kleineren Latenz. Es wurden MII-Versionen für verschiedene Verwendungen entwickelt: GMII für Gigabit-Geschwindigkeiten, RGMII für Gigabit-Geschwindigkeiten mit reduzierter Wegzahl und SGMII für Gigabit-Geschwindigkeiten mit seriellen Signalen MII, als Beispiel. Gemäß einigen Ausführungsformen wird die zweite verstärkte Isolationsbarriere 236 innerhalb der Schnittstelle 248 verwendet, um Übertragungswegen, Empfangswegen und den Steuerwegen, die Informationen innerhalb der Schnittstelle 248 zwischen dem MAC 228 und der PHY-Einrichtung 230 transferieren, eine verstärkte Isolationsbarriere aufzuerlegen.
Bei einigen Ausführungsformen enthält die Schnittstelle 248 einen Empfangsschnittstellenblock 248R, einen Übertragungsschnittstellenblock 248T und einen Managementsteuerschnittstellenblock 248M. Beispielsweise können die Schnittstelle 248 und die zweiten Isolationsbarrierenschaltungen darin in eine einzelne Einrichtung integriert werden, die die PHY-Schaltung 230 enthält. Alternativ können die Schnittstelle 248 und die zweiten Isolationsbarrierenschaltungen darin in eine einzelne Einrichtung integriert werden, die den MAC 228 enthält.
4 ist ein veranschaulichendes Schemadiagramm, das eine individuelle Schaltung 402 mit verstärkter Wegisolation gemäß einigen Ausführungsformen darstellt. Jeder Weg (256-1, 256-2), (258-1, 258-2), (260-1, 260-2) innerhalb jedes Schnittstellenblocks 248T, 248R, 248M enthält eine darin eingesetzte individuelle Schaltung 402 mit verstärkter Wegisolation, so dass für jeden individuellen Weg ein erstes Wegsegment (256-1, 258-1, 260-1) zwischen der PHY-Einrichtung 230 und der Schaltung 402 des Wegs mit verstärkter Wegisolation und ein zweites Wegsegment (256-2, 258-2, 260-2) zwischen dem MAC 228 und der Schaltung 402 des Wegs mit verstärkter Wegisolation eine verstärkte Isolation an dem individuellen Weg innerhalb der Schnittstellenschaltung 248 zwischen der PHY-Einrichtung 230 und dem MAC 228 bereitstellen.
Die Schaltung 402 mit verstärkter Wegisolation enthält eine Senderschaltung 404, eine Transformatorschaltung 406, eine Empfängerschaltung und eine Treiberschaltung 410. Die Senderschaltung 404 ist gekoppelt zum Empfangen eines digitalen Eingangssignals V_IN an seinem Eingangsanschluss 407, zum Umwandeln des empfangenen digitalen Eingangssignals 412 in ein hochfrequentes analoges Signal 414 und zum Liefern des hochfrequenten analogen Signals an eine Primärwicklungsspule 406-1 des Transformators 406. Der Transformator 406 koppelt das hochfrequente analoge Signal 414 magnetisch von seiner Primärwicklungsspule 406-1 an seine Sekundärwicklungsspule 406-2. Die Empfängerschaltung 408 ist gekoppelt, um das auf der Sekundärwicklungsspule 406-2 gelieferte hochfrequente analoge Signal 414 zu empfangen und es in eine digitale Form umzuwandeln, die an die Treiberschaltung geliefert wird, die an ihrem Ausgangsanschluss 411 ein entsprechendes digitales Ausgangssignal V_OUT 416 liefert. Bei einigen Ausführungsformen gestatten Spannungsreglerschaltungen 418, dass Logik- und Versorgungsspannungen über einen Bereich von Spannungen variieren. Das US-Patent Nr. 7,075,329 an Chen et al. zeigt Schaltungen mit einer verstärkten Isolationsbarriere unter Verwendung von Mikrotransformatoren gemäß einigen Ausführungsformen. Es versteht sich, dass der Sendereingangsanschluss 405 und der Treiberausgangsanschluss 411 jeweils an ein anderes eines ersten oder zweiten Wegsegments innerhalb eines der Schnittstellenblöcke 248T, 248R, 248M gekoppelt sind.
5 ist ein veranschaulichendes Querschnittsdiagramm eines Transformators 406 der individuellen Schaltung von 4 mit verstärkter Isolationsbarriere gemäß einigen Ausführungsformen. Der Transformator sorgt für galvanische Isolation zwischen den digitalen Eingangssignalen V_IN und den digitalen Ausgangssignalen V_OUT, in 4 gezeigt, die auf verschiedenen Wegsegmenten eines gegebenen Wegs innerhalb der Schnittstelle 248 bereitgestellt werden. Eine zwischen der Primär- und Sekundärwicklungsspule 406-1, 406-2 angeordnete Schicht aus Isolationsmaterial 502 sorgt für elektrische Isolation. Bei einigen Ausführungsformen enthält das Isolationsmaterial 502 Polyimid (PI). Bei einigen Ausführungsformen ist der Transformator 406 ein kernloser Transformator. Nach außen spiralförmig verlaufende Metallspulen der ersten Spulenwicklung 406-1 (im Querschnitt gezeigt) sind mit einer Passivierungsschicht 504 angeordnet. Bei einigen Ausführungsformen enthält die Passivierungsschicht Siliziumdioxid. Ein Metalldraht 506 innerhalb einer Top-Level-Metallisierungsschicht ist auf einer Siliziumschicht 508 angeordnet und erstreckt sich zwischen einem elektrischen Kontakt 510 und einer Mitte 512 der ersten Spulenwicklung 406-1. Nach außen spiralförmig verlaufende Metallspulen der zweiten Wicklung 406-2 sind physisch von den ersten Spulenwicklungen 406-1 versetzt, um eine galvanische Isolation bereitzustellen. Die Mitte der ersten Spule 512 und eine Mitte 514 der zweiten Spule 406-2 und entsprechende, nach außen spiralförmig verlaufende Spulen der ersten und zweiten Spule sind ausgerichtet.
Die Isolationsmaterialschicht 502 besitzt eine ausreichende Dicke, um eine verstärkte elektrische Isolation zwischen einem Sendereingangsanschluss 405, der elektrisch mit der Primärspulenwicklung 406-1 verbunden ist, und einem Treiberausgangsanschluss 411, der elektrisch mit der Sekundärspulenwicklung 406-2 verbunden ist, bereitzustellen. Die zweite Spulenwicklung 406-2 ist innerhalb der Isolationsschicht eingebettet. Bei einigen Ausführungsformen, bei denen die Arbeitsspannung 550 V beträgt oder etwa 550 V beträgt, sorgt eine Isolationsschicht, die ein Polyimidmaterial enthält, das die erste und zweite Spule um mindestens 20 µm trennt, für eine geeignete verstärkte elektrische Isolation. Die Isolationsschicht ist dick genug, um einen elektrischen Strom daran zu hindern, durch sie hindurchzustoßen, aber dünn genug, um eine magnetische Kopplung des hochfrequenten analogen Signals 414 darüber zu gestatten. Bei anderen Ausführungsformen, bei denen die Arbeitsspannung 850 V oder ungefähr 850 V beträgt, ist eine Polyimiddicke von mindestens etwa 30 µm erforderlich, um eine geeignete verstärkte elektrische Isolation bereitzustellen.
Die Isolationsschichtdicke, die erforderlich ist, um eine Barriere als eine verstärkte Isolationsbarriere zu qualifizieren, hängt von Faktoren wie etwa erwarteten Arbeitsspannungspegeln daran, Nennlebenszeit des Systems, in dem sie verwendet wird, und einem oder mehreren Sicherheitsfaktoren ab. Beispielsweise liefert IEC 62539, 2007-07 Beispiele und statistische Verfahren zum Analysieren von Zeiten bis zum Durchschlag und von Durchschlagspannungsdaten, aus dem elektrischen Testen von festen isolierenden Materialien erhalten zu Zwecken einschließlich Charakterisierung einer verstärkten Isolation innerhalb eines Systems. Beispielsweise liefert der Standard VDE884-11 Zahlenwerte (Sicherheitsspielräume), die Bedingungen definieren, in denen eine Isolation als verstärkt oder grundlegend zu markieren ist. Bei einigen Ausführungsformen hat sich herausgestellt, dass eine ungefähr lineare Beziehung zwischen Isolationsmaterialdicke und Durschlagspannung mit dem Faktor U_brmax ~= 800 V/µm existiert. Die andere Abhängigkeit ist die Lebensdauer, die von der Arbeitsspannung einer gegebenen Isolationsdicke abhängt. Isolationsschichten nutzen sich im Allgemeinen schneller ab, wenn sie höheren Arbeitsspannungen ausgesetzt werden. Verschiedene Arten von Isolationsmaterialien, wie etwa Siliziumdioxid und Dünnfilmpolymerisolatoren, wie mit Polyimid, besitzen unterschiedliche Durchlagspannungen und unterschiedliche Abnutzungscharakteristika und können deshalb unterschiedliche Dicken erfordern, um einen äquivalenten Isolationsschutz über die gleiche Lebenszeit zu erzielen.
6 ist ein veranschaulichendes Blockdiagramm eines zweiten Motorsteuersystems 602 mit verstärkter Isolation gemäß einigen Ausführungsformen. Differenzen zwischen dem ersten und zweiten Motorsteuersystem 202, 602 werden erläutert. Komponenten des zweiten Motorsteuersystems 602, die die gleichen sind wie jene des ersten Motorsteuersystems 202, werden nicht wieder erläutert. Im zweiten Motorsteuersystem 602 ist der Stromsteuerschleifenschaltungsblock 222 im ersten Leistungsbereich 204 angeordnet. Eine durch die Blöcke 604 angezeigte erste funktionale Isolationsbarriere ist auf Signalwegen angeordnet, die Signale zwischen dem Stromsteuerschleifenschaltungsblock 222 und dem DC-Link 212, der Antriebsstufe 214 und dem Motor 216 koppeln. Es versteht sich, dass die funktionale Isolation Situationen wie etwa Spannungsumsetzung von Niederspannungssteuerschaltungen zu Antriebsschaltungen mit höherer Spannung handhabt. Da der Stromsteuerschleifenschaltungsblock 222 sich im gleichen Leistungsbereich wie der DC-Link 212, die Antriebsstufe 214 und der Motor 216 befindet, reicht eine funktionale Isolation aus. Es wird angemerkt, dass eine verstärkte Isolation üblicherweise auch eine Spannungsumsetzung handhaben kann, wie es eine funktionale Isolation tun kann. Außerdem ist eine durch Block 606 angezeigte verstärkte Isolationsbarriere, die in einigen Ausführungsformen eine SPI- oder LVDS-Isolationsgrenzfläche enthält, auf Signalwegen angeordnet, die Signale zwischen der Stromsteuerschleife 222 und der Drehzahl-/Positionssteuerschleife 224 koppeln. Die Isolationsbarriere wird typischerweise gemäß den Standards von verstärkter Isolation für Hochspannungssysteme ausgelegt. Mit der Platzierung der Stromsteuerschleife 222 mit dem ersten Isolationsbereich 204 gestattet diese Systemarchitektur eine Mehrachsenmotorsteuerung durch Verbinden mehrerer Instanziierungen des ersten Isolationsbereichs 204, 204a usw. mit dem Prozessor oder FPGA auf dem zweiten Isolationsbereich ISO-1 206. Die Verbindungen zwischen der Drehzahl-/Positionssteuerschleife 224 und mehreren Instanzen der Stromsteuerschleife 222, 222a usw. (nur eine gezeigt) werden durch die mehreren Instanzen des Schnittstellenblocks 606, 606a usw. (nur einer gezeigt) gehandhabt, die auf Signalwegen angeordnet sind, die Signale zwischen Komponenten koppeln, die die Stromsteuerschleifeninstanzen 222, 222a usw. und die Positions-/Drehzahlsteuerschleife 224 handhaben.
7 ist ein veranschaulichendes Blockdiagramm eines dritten Motorsteuersystems 702 mit verstärkter Isolation gemäß einigen Ausführungsformen. Differenzen zwischen dem ersten und dritten Motorsteuersystem 202, 702 werden erläutert. Komponenten des dritten Motorsteuersystems 702, die die gleichen sind wie jene des ersten Motorsteuersystems 202, werden nicht wieder erläutert. Im dritten Motorsteuersystem 702 sind die PHY-Einrichtung oder eine schaltende PHY-Einrichtung 230 und eine erste MAC-Funktionsschaltung 228-1 innerhalb des dritten Leistungsbereichs 208 angeordnet. Eine medienunabhängige Schnittstelle 748 ist operativ zwischen der PHY-Einrichtung oder schaltenden PHY-Einrichtung 230 und dem MAC 228-1 angeordnet. Eine zweite MAC-Funktionsschaltung 228-2 ist innerhalb des Kommunikationsblocks 226 integriert, der innerhalb des zweiten Leistungsbereichs 206 angeordnet ist. Ein Kommunikations- und Steuerkanal 704 zwischen der ersten MAC-Funktionsschaltung 228-1 und der zweiten MAC-Funktionsschaltung 228-2 enthält eine verstärkte Isolationsbarriere 704. Bei einigen Ausführungsformen enthält diese verstärkte Isolationsbarriere 704 eine SPI- und/oder LVDS-Isolation, dargestellt durch Block 706, auf Signalwegen angeordnet, die Signale zwischen Komponenten in der ersten MAC-Funktionsschaltung 228-1 und der zweiten MAC-Funktionsschaltung 228-2 koppeln. Andere Ausführungsformen ordnen die beiden Leistungsbereiche unter Verwendung einer Schaltungsanordnung als Schnittstellenschaltung 248, in 3 gezeigt, an. Die Schaltungsanordnung mit verstärkter Isolation in SPI- und/oder LVDS-Sendeempfängern enthält Transformatoren für eine galvanische Isolation zusammen mit Isolationsmaterialschichten, die dick genug sind, um eine verstärkte Isolation wie oben beschrieben bereitzustellen.
8 ist ein veranschaulichendes Blockdiagramm eines vierten Motorsteuersystems 802 mit verstärkter Isolation gemäß einigen Ausführungsformen. Differenzen zwischen dem vierten Motorsteuersystem 802 und den dritten Motorsteuersystemen 202, 602, 702 werden erläutert. Komponenten des vierten Motorsteuersystems 802, die die gleichen sind wie jene des ersten, zweiten und dritten Motorsteuersystems 202, 602, 702, werden nicht wieder erläutert. Aufgrund der Platzierung der Stromsteuerschleife 222 mit dem ersten Isolationsbereich 204 gestattet diese Systemarchitektur eine Mehrachsen-Motorsteuerung durch Verbinden mehrerer Instanziierungen des ersten Isolationsbereichs 204, 204a usw. mit dem Prozessor oder FPGA auf dem zweiten Isolationsbereich ISO-1 206. Die Verbindungen zwischen der Drehzahl-/Positionssteuerschleife 224 und mehreren Instanzen der Stromsteuerschleife 222, 222a usw. (nur eine gezeigt) werden durch mehrere Instanzen des Schnittstellenblocks 606, 606a usw. (nur einer gezeigt) gehandhabt, die auf Signalwegen angeordnet sind, die Signale zwischen den Komponenten koppeln, die die Stromsteuerschleife 222, 222a usw. und die Positions-/Drehzahlsteuerschleife 224 handhaben.
Die obige Beschreibung und die Zeichnungen von Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulichen lediglich die Prinzipien der Erfindung. Es versteht sich deshalb, dass verschiedene Modifikationen an den Ausführungsformen durch den Fachmann vorgenommen werden können, ohne von dem Gedanken und Schutzbereich der Erfindung, der in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 7075329 [0031]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

IEC 61800 [0005]
IEC 61508 [0005]
IEC 62109 [0005]
International Standard IEC 60950-1 [0005]
IEC 60747-17 [0005]
Norm IEEE-802.3 [0026]
IEC 62539, 2007-07 [0034]
Standard VDE884-11 [0034]

Claims

Vorrichtung, umfassend: einen ersten Leistungsbereich, der eine erste Komponente enthält, die bei einem ersten Spannungspegel arbeitet; einen zweiten Leistungsbereich, der einen Media Access Controller (MAC) enthält, der bei einem zweiten Spannungspegel arbeitet; und einen dritten Leistungsbereich, der eine Physical Media Access(PHY)-Einrichtung enthält, die bei einem dritten Spannungspegel arbeitet; wobei der zweite Spannungspegel über dem ersten Spannungspegel liegt; und wobei der dritte Spannungspegel unreferenziert ist; weiterhin enthaltend: eine erste Schaltung mit verstärkter elektrischer Isolation, auf einem ersten Schaltungspfad angeordnet, der mindestens einen Signalweg enthält, der sich zwischen dem ersten Leistungsbereich und dem zweiten Leistungsbereich erstreckt; und eine zweite Schaltung mit verstärkter elektrischer Isolation, auf einem zweiten Schaltungspfad angeordnet, der mindestens einen Signalweg enthält, der sich zwischen der MAC-Einrichtung und der PHY-Einrichtung erstreckt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste Schaltung mit elektrischer Isolation innerhalb des mindestens einen Signalwegs angeordnet ist, der sich zwischen dem ersten Leistungsbereich und dem zweiten Leistungsbereich erstreckt; und wobei die zweite Schaltung mit verstärkter Isolation mindestens einen individuellen Transformator enthält, innerhalb des mindestens einen Signalwegs angeordnet, der sich zwischen der MAC-Einrichtung und der PHY-Einrichtung erstreckt; wobei der mindestens eine individuelle Transformator Primär- und Sekundärwicklungen enthält, die durch ein zwischen ihnen angeordnetes elektrisches Isolationsmaterial getrennt sind, das dick genug ist, um eine verstärkte elektrische Isolation bereitzustellen.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zweite Schaltung mit verstärkter elektrischer Isolation eine jeweilige Schaltung mit verstärkter Wegisolation enthält, innerhalb des mindestens einen Signalwegs angeordnet, der sich zwischen der MAC-Einrichtung und der PHY-Einrichtung erstreckt; wobei die jeweilige Schaltung mit verstärkter Wegisolation Folgendes enthält: eine jeweilige Senderschaltung; einen jeweiligen Transformator mit einer Primärwicklung und einer Sekundärwicklung; und eine jeweilige Empfängerschaltung; wobei der jeweilige Empfänger konfiguriert ist zum Umwandeln eines empfangenen digitalen Signals in ein analoges Signal und zum Liefern des analogen Signals an die Primärspule des jeweiligen Transformators; wobei der jeweilige Transformator konfiguriert ist zum magnetischen Koppeln des analogen Signals von der Primärspule zu der Sekundärspule; und wobei der jeweilige Empfänger konfiguriert ist, das an die Sekundärwicklung gekoppelte analoge Signal umzuwandeln zu empfangen und es in ein digitales Signal umzuwandeln; wobei die Primär- und Sekundärwicklung des jeweiligen Transformators durch ein zwischen ihnen angeordnetes Passivierungsmaterial getrennt sind, das dick genug ist, um eine verstärkte elektrische Isolation bereitzustellen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die erste Schaltung mit elektrischer Isolation innerhalb des mindestens einen Signalwegs angeordnet ist, der sich zwischen dem ersten Leistungsbereich und dem zweiten Leistungsbereich erstreckt; und wobei die zweite Schaltung mit verstärkter elektrischer Isolation eine jeweilige Schaltung mit verstärkter Wegisolation enthält, innerhalb des mindestens einen Signalwegs angeordnet, der sich zwischen der MAC-Einrichtung und der PHY-Einrichtung erstreckt; wobei die jeweilige Schaltung mit verstärkter Wegisolation Folgendes enthält: eine jeweilige Senderschaltung; einen jeweiligen Transformator mit einer Primärwicklung und einer Sekundärwicklung; und eine jeweilige Empfängerschaltung; wobei der jeweilige Empfänger konfiguriert ist zum Umwandeln eines empfangenen digitalen Signals in ein analoges Signal und zum Liefern des analogen Signals an die Primärspule des jeweiligen Transformators; wobei der jeweilige Transformator konfiguriert ist zum magnetischen Koppeln des analogen Signals von der Primärspule zu der Sekundärspule; und wobei der jeweilige Empfänger konfiguriert ist, das an die Sekundärwicklung gekoppelte analoge Signal umzuwandeln zu empfangen und es in ein digitales Signal umzuwandeln; wobei die Primär- und Sekundärwicklung des jeweiligen Transformators durch ein zwischen ihnen angeordnetes Passivierungsmaterial getrennt sind, das dick genug ist, um eine verstärkte elektrische Isolation bereitzustellen.
Vorrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, weiterhin enthaltend: eine Media Independent Interface(MII)-Schaltung, die mehrere Signalwege enthält, die sich zwischen der MAC-Einrichtung und der PHY-Einrichtung erstrecken; wobei die MII die zweite Schaltung mit verstärkter elektrischer Isolation enthält.
Vorrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, weiterhin enthaltend: eine Media Independent Interface(MII)-Schaltung, die mehrere Signalwege enthält, die sich zwischen der MAC-Einrichtung und der PHY-Einrichtung erstrecken; wobei die MII die zweite Schaltung mit verstärkter elektrischer Isolation enthält; wobei die zweite Schaltung mit verstärkter Isolation mindestens einen individuellen Transformator enthält, innerhalb des mindestens einen Signalwegs angeordnet, der sich zwischen der MAC-Einrichtung und der PHY-Einrichtung erstreckt; wobei der mindestens eine individuelle Transformator Primär- und Sekundärwicklungen enthält, die durch ein zwischen ihnen angeordnetes elektrisches Isolationsmaterial getrennt sind, das dick genug ist, um eine verstärkte elektrische Isolation bereitzustellen.
Vorrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die erste Schaltung mit elektrischer Isolation innerhalb des mindestens einen Signalwegs angeordnet ist, der sich zwischen dem ersten Leistungsbereich und dem zweiten Leistungsbereich erstreckt; weiterhin enthaltend: eine Media Independent Interface(MII)-Schaltung, die mehrere Signalwege enthält, die sich zwischen der MAC-Einrichtung und der PHY-Einrichtung erstrecken; wobei die MII die zweite Schaltung mit verstärkter elektrischer Isolation enthält; wobei die zweite Schaltung mit verstärkter Isolation mindestens einen individuellen Transformator enthält, innerhalb des mindestens einen Signalwegs angeordnet, der sich zwischen der MAC-Einrichtung und der PHY-Einrichtung erstreckt; wobei der mindestens eine individuelle Transformator Primär- und Sekundärwicklungen enthält, die durch ein zwischen ihnen angeordnetes elektrisches Isolationsmaterial getrennt sind, das dick genug ist, um eine verstärkte elektrische Isolation bereitzustellen.
Vorrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei der erste Leistungsbereich eine zweite Komponente enthält, die bei dem ersten Spannungspegel arbeitet; wobei der zweite Leistungsbereich eine dritte Komponente enthält, die bei einem zweiten Spannungspegel arbeitet; wobei sich der erste Schaltungspfad zwischen der zweiten Komponente und der dritten Komponente erstreckt; wobei die erste Schaltung mit verstärkter elektrischer Isolation auf einem ersten Schaltungspfad angeordnet ist, der mindestens einen Signalweg enthält, der sich zwischen der zweiten Komponente und der dritten Komponente erstreckt; weiterhin enthaltend: eine Schaltung mit funktionaler elektrischer Isolation, die auf einem dritten Schaltungspfad angeordnet ist, der mindestens einen Signalweg enthält, der sich zwischen der ersten Komponente und der zweiten Komponente erstreckt.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei der erste Leistungsbereich weiterhin einen Motor und einen Positionsrückkopplungsblock enthält; wobei die erste Komponente eine Antriebsstufe enthält, die gekoppelt ist zum Liefern eines Antriebsstroms an den Motor; wobei die zweite Komponente einen Stromsteuerschleifenblock enthält; und wobei die dritte Komponente einen Drehzahl-/Positionsschaltungsblock enthält, der gekoppelt ist zum Empfangen eines Positionsrückkopplungssignals von dem Positionsrückkopplungsblock und zum Liefern von Steuersignalen an den Stromsteuerschleifenblock; weiterhin enthaltend: eine Schaltung mit einer funktionalen elektrischen Isolation, auf einem vierten Schaltungspfad angeordnet, der mindestens einen Signalweg enthält, der sich zwischen der Stromsteuerschleife und dem Motor erstreckt.
Vorrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei der zweite Leistungsbereich einen Kommunikationsblock enthält, der operativ gekoppelt ist zum Kommunizieren mit dem MAC.
Vorrichtung, umfassend: einen ersten Leistungsbereich, der eine erste Komponente enthält, die bei einem ersten Spannungspegel arbeitet; einen zweiten Leistungsbereich, der eine zweite Komponente und eine zweite Schaltung mit einer Media Access Controller(MAC)-Funktion enthält, die bei einem zweiten Spannungspegel arbeiten; und einen dritten Leistungsbereich, der eine Physical Media Access(PHY)-Einrichtung enthält, die mit einer ersten MAC-Funktionsschaltung kommuniziert, die bei einem dritten Spannungspegel arbeiten; wobei der zweite Spannungspegel unter dem ersten Spannungspegel liegt; und wobei der dritte Spannungspegel unreferenziert ist; weiterhin enthaltend: eine erste Schaltung mit verstärkter elektrischer Isolation, auf einem ersten Schaltungspfad angeordnet, der mindestens einen Signalweg enthält, der sich zwischen dem ersten Leistungsbereich und dem zweiten Leistungsbereich erstreckt; und eine zweite Schaltung mit verstärkter elektrischer Isolation, auf einem zweiten Schaltungspfad angeordnet, der mindestens einen Signalweg enthält, der sich zwischen der ersten MAC-Funktionsschaltung und der zweiten MAC-Funktionsschaltung erstreckt.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die erste Schaltung mit elektrischer Isolation innerhalb des mindestens einen Signalwegs angeordnet ist, der sich zwischen dem ersten Leistungsbereich und dem zweiten Leistungsbereich erstreckt; und wobei die zweite Schaltung mit verstärkter Isolation mindestens einen individuellen Transformator enthält, innerhalb des mindestens einen Signalwegs angeordnet, der sich zwischen der MAC-Einrichtung und der zweiten Komponente erstreckt; wobei der mindestens eine individuelle Transformator Primär- und Sekundärwicklungen enthält, die durch ein zwischen ihnen angeordnetes elektrisches Isolationsmaterial getrennt sind, das dick genug ist, um eine verstärkte elektrische Isolation bereitzustellen.
Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, wobei die zweite Schaltung mit verstärkter elektrischer Isolation eine jeweilige Schaltung mit verstärkter Wegisolation enthält, innerhalb des mindestens einen Signalwegs angeordnet, der sich zwischen der ersten MAC-Funktionsschaltung und der zweiten MAC-Funktionsschaltung erstreckt; wobei die jeweilige Schaltung mit verstärkter Wegisolation Folgendes enthält: eine jeweilige Senderschaltung; einen jeweiligen Transformator mit einer Primärwicklung und einer Sekundärwicklung; und eine jeweilige Empfängerschaltung; wobei der jeweilige Empfänger konfiguriert ist zum Umwandeln eines empfangenen digitalen Signals in ein analoges Signal und zum Liefern des analogen Signals an die Primärspule des jeweiligen Transformators; wobei der jeweilige Transformator konfiguriert ist zum magnetischen Koppeln des analogen Signals von der Primärspule zu der Sekundärspule; und wobei der jeweilige Empfänger konfiguriert ist, das an die Sekundärwicklung gekoppelte analoge Signal umzuwandeln zu empfangen und es in ein digitales Signal umzuwandeln; wobei die Primär- und Sekundärwicklung des jeweiligen Transformators durch ein zwischen ihnen angeordnetes Passivierungsmaterial getrennt sind, das dick genug ist, um eine verstärkte elektrische Isolation bereitzustellen.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 11, 12 oder 13, wobei die erste Schaltung mit elektrischer Isolation innerhalb des mindestens einen Signalwegs angeordnet ist, der sich zwischen dem ersten Leistungsbereich und dem zweiten Leistungsbereich erstreckt; und wobei die zweite Schaltung mit verstärkter elektrischer Isolation eine jeweilige Schaltung mit verstärkter Wegisolation enthält, innerhalb des mindestens einen Signalwegs angeordnet, der sich zwischen der ersten MAC-Funktionsschaltung und der zweiten MAC-Funktionsschaltung erstreckt; wobei die jeweilige Schaltung mit verstärkter Wegisolation Folgendes enthält: eine jeweilige Senderschaltung; einen jeweiligen Transformator mit einer Primärwicklung und einer Sekundärwicklung; und eine jeweilige Empfängerschaltung; wobei der jeweilige Empfänger konfiguriert ist zum Umwandeln eines empfangenen digitalen Signals in ein analoges Signal und zum Liefern des analogen Signals an die Primärspule des jeweiligen Transformators; wobei der jeweilige Transformator konfiguriert ist zum magnetischen Koppeln des analogen Signals von der Primärspule zu der Sekundärspule; und wobei der jeweilige Empfänger konfiguriert ist, das an die Sekundärwicklung gekoppelte analoge Signal umzuwandeln zu empfangen und es in ein digitales Signal umzuwandeln; wobei die Primär- und Sekundärwicklung des jeweiligen Transformators durch ein zwischen ihnen angeordnetes Passivierungsmaterial getrennt sind, das dick genug ist, um eine verstärkte elektrische Isolation bereitzustellen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, weiterhin enthaltend: eine Media Independent Interface(MII)-Schaltung, die mehrere Signalwege enthält, die sich zwischen der MAC-Einrichtung und der PHY-Einrichtung erstrecken.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, weiterhin enthaltend: eine Media Independent Interface(MII)-Schaltung, die mehrere Signalwege enthält, die sich zwischen der ersten MAC-Funktionsschaltung und der PHY-Einrichtung erstrecken; wobei die zweite Schaltung mit verstärkter Isolation mindestens einen individuellen Transformator enthält, innerhalb des mindestens einen Signalwegs angeordnet, der sich zwischen der zweiten MAC-Funktionsschaltung und der zweiten Komponente erstreckt; wobei der mindestens eine individuelle Transformator Primär- und Sekundärwicklungen enthält, die durch ein zwischen ihnen angeordnetes elektrisches Isolationsmaterial getrennt sind, das dick genug ist, um eine verstärkte elektrische Isolation bereitzustellen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, wobei die erste Schaltung mit elektrischer Isolation innerhalb des mindestens einen Signalwegs angeordnet ist, der sich zwischen dem ersten Leistungsbereich und dem zweiten Leistungsbereich erstreckt; weiterhin enthaltend: eine Media Independent Interface(MII)-Schaltung, die mehrere Signalwege enthält, die sich zwischen der ersten MAC-Funktionsschaltung und der PHY-Einrichtung erstrecken; wobei die zweite Schaltung mit verstärkter Isolation mindestens einen individuellen Transformator enthält, innerhalb des mindestens einen Signalwegs angeordnet, der sich zwischen der zweiten MAC-Funktionsschaltung und der zweiten Komponente erstreckt; wobei der mindestens eine individuelle Transformator Primär- und Sekundärwicklungen enthält, die durch ein zwischen ihnen angeordnetes elektrisches Isolationsmaterial getrennt sind, das dick genug ist, um eine verstärkte elektrische Isolation bereitzustellen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, wobei der erste Leistungsbereich eine dritte Komponente enthält, die bei dem ersten Spannungspegel arbeitet; wobei der zweite Leistungsbereich eine vierte Komponente enthält, die bei einem zweiten Spannungspegel arbeitet; wobei sich der erste Schaltungspfad zwischen der ersten Komponente und der vierten Komponente erstreckt; wobei die erste Schaltung mit verstärkter elektrischer Isolation auf einem ersten Schaltungspfad angeordnet ist, der mindestens einen Signalweg enthält, der sich zwischen der dritten Komponente und der vierten Komponente erstreckt; weiterhin enthaltend: eine Schaltung mit funktionaler elektrischer Isolation, die auf einem dritten Schaltungspfad angeordnet ist, der mindestens einen Signalweg enthält, der sich zwischen der ersten Komponente und der zweiten Komponente erstreckt.
Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei der erste Leistungsbereich weiterhin einen Motor und einen Positionsrückkopplungsblock enthält; wobei die erste Komponente eine Antriebsstufe enthält, die gekoppelt ist zum Liefern eines Antriebsstroms an den Motor; wobei die dritte Komponente einen Stromsteuerschleifenblock enthält; und wobei die vierte Komponente einen Drehzahl-/Positionsschaltungsblock enthält, der gekoppelt ist zum Empfangen eines Positionsrückkopplungssignals von dem Positionsrückkopplungsblock und zum Liefern von Steuersignalen an den Stromsteuerschleifenblock; weiterhin enthaltend: eine Schaltung mit einer funktionalen elektrischen Isolation, auf einem vierten Schaltungspfad angeordnet, der mindestens einen Signalweg enthält, der sich zwischen der Stromsteuerschleife und dem Motor erstreckt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 19, wobei die zweite Komponente einen Kommunikationsblock enthält.