DE102020200672A1 - Galvanically separated energy-technical coupling of at least two-pole energy supply lines - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Energiewandler (42) zum galvanisch getrennten energietechnischen Koppeln von wenigstens zwei zweipoligen Energieversorgungsleitungen (20, 22), mit:- einer ersten mittels eines Taktgenerators (34) im Taktbetrieb betreibbaren Wandlereinheit (46), die an die ersten der zweipoligen Energieversorgungsleitungen (20) anschließbar ist,- einem Transformator (24), der eine erste Wicklung (26) und eine mit der ersten Wicklung (26) magnetisch gekoppelte und von der ersten Wicklung (26) galvanisch getrennte zweite Wicklung (28) aufweist, wobei die erste Wicklung (26) an die erste Wandlereinheit (46) angeschlossenen ist,- einer an die zweite Wicklung (28) des Transformators (24) angeschlossenen zweiten Wandlereinheit (48), die an die zweiten der zweipoligen Energieversorgungsleitungen (22) anschließbar ist,- einem an den Taktgenerator (34) angeschlossenen Modulator (40) zum Modulieren des Taktbetriebs abhängig von einem ersten Kommunikationssignal (36), und- einem mit der zweiten Wicklung (28) elektrisch gekoppelten Demodulator (50) zum Ermitteln und Bereitstellen des ersten Kommunikationssignals (36).The invention relates to an energy converter (42) for electrically isolated energy-related coupling of at least two two-pole energy supply lines (20, 22), with: (20) can be connected, - a transformer (24) which has a first winding (26) and a second winding (28) which is magnetically coupled to the first winding (26) and galvanically separated from the first winding (26), the first winding (26) is connected to the first converter unit (46), - a second converter unit (48) which is connected to the second winding (28) of the transformer (24) and can be connected to the second of the two-pole power supply lines (22), - a modulator (40) connected to the clock generator (34) for modulating the clock operation as a function of a first communication signal (36), and one with de r second winding (28) electrically coupled demodulator (50) for determining and providing the first communication signal (36).
Description
Die Erfindung betrifft einen Energiewandler zum galvanisch getrennten energietechnischen Koppeln von wenigstens zwei zweipoligen Energieversorgungsleitungen, mit einer ersten im Taktbetrieb betreibbaren Wandlereinheit, die an die ersten der wenigstens zwei zweipoligen Energieversorgungsleitungen anschließbar ist, einem Transformator, der eine erste Wicklung und eine mit der ersten Wicklung magnetisch gekoppelte und von der ersten Wicklung galvanisch getrennte zweite Wicklung aufweist, wobei die erste Wicklung an die erste Wandlereinheit angeschlossenen ist, und einer an die zweite Wicklung des Transformators angeschlossenen zweiten Wandlereinheit, die an die zweiten der wenigstens zwei zweipoligen Energieversorgungsleitungen anschließbar ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum galvanisch getrennten energietechnischen Koppeln von wenigstens zwei zweipoligen Energieversorgungsleitungen, wobei eine erste Wandlereinheit, die an die ersten der wenigstens zwei zweipoligen Energieversorgungsleitungen angeschlossen ist, im Taktbetrieb betrieben wird, die erste Wandlereinheit mittels eines Transformators, der eine erste Wicklung und eine mit der ersten Wicklung magnetisch gekoppelte und von der ersten Wicklung galvanisch getrennte zweite Wicklung aufweist, mit einer an die zweite Wicklung des Transformators angeschlossenen zweiten Wandlereinheit energietechnisch gekoppelt wird, wobei die zweite Wandlereinheit an die zweiten der wenigstens zwei zweipoligen Energieversorgungsleitungen angeschlossen ist.The invention relates to an energy converter for galvanically separated energy-technical coupling of at least two two-pole energy supply lines, with a first converter unit which can be operated in cyclic operation and which can be connected to the first of the at least two two-pole energy supply lines, a transformer which has a first winding and one with the first winding magnetically coupled and galvanically separated from the first winding second winding, wherein the first winding is connected to the first converter unit, and a second converter unit connected to the second winding of the transformer, which can be connected to the second of the at least two two-pole power supply lines. The invention also relates to a method for electrically isolated energy-related coupling of at least two two-pole energy supply lines, a first converter unit, which is connected to the first of the at least two two-pole energy supply lines, being operated in cyclic operation, the first converter unit by means of a transformer with a first winding and a second winding that is magnetically coupled to the first winding and galvanically separated from the first winding, is coupled in terms of energy to a second converter unit connected to the second winding of the transformer, the second converter unit being connected to the second of the at least two two-pole energy supply lines.
Energiewandler der gattungsgemäßen Art sowie auch Verfahren zu deren Betrieb finden insbesondere Einsatz bei der Gebäudeautomation, sowie auch bei der analogen Schaltungstechnik, beispielsweise beim Ermitteln eines Schaltzustands eines elektromechanischen Schaltgeräts, wie beispielsweise eines manuell betätigbaren elektromechanischen Schalters, eines manuell betätigbaren elektromechanischen Tasters und/oder dergleichen. Gattungsgemäße Energiewandler dienen insbesondere bei der Nutzung von BUS-Systemen der Energieversorgung jeweiliger, an das BUS-System angeschlossenen Einheiten, beispielsweise BUS-Geräte, damit diese im bestimmungsgemäßen Betrieb mit elektrischer Energie versorgt werden können. Zugleich kann über die Energieversorgungsleitungen häufig eine Kommunikation erfolgen.Energy converters of the generic type as well as methods for their operation are used in particular in building automation, as well as in analog circuit technology, for example when determining a switching state of an electromechanical switching device, such as a manually operated electromechanical switch, a manually operated electromechanical button and / or the like . Generic energy converters are used in particular when using BUS systems to supply energy to the respective units connected to the BUS system, for example BUS devices, so that they can be supplied with electrical energy during normal operation. At the same time, communication can often take place via the power supply lines.
Derartige elektrische Installationen, insbesondere im Bereich der Gebäudetechnik beziehungsweise der Gebäudeautomation, werden in der Regel unter Nutzung eines Feld-BUSes realisiert, beispielsweise gemäß einem KNX-Standard oder dergleichen. Der KNX-Standard ist ein Feld-BUS, der insbesondere zur Gebäudeautomation dient. Dieser Standard ist ein Nachfolger der Feld-BUSse europäischer Installationsbus (EIB) Bati-BUS sowie auch European Home Systems (EHS). Hinsichtlich der Technologie ist der KNX-Standard eine Weiterentwicklung des EIB-Standards, insbesondere durch Erweiterung und Konfigurationsmechanismen sowie Übertragungsmedien, die ursprünglich bereits auch für den Bati-BUS und den EHS entwickelt worden waren.Such electrical installations, in particular in the field of building technology or building automation, are generally implemented using a field bus, for example in accordance with a KNX standard or the like. The KNX standard is a field bus that is used in particular for building automation. This standard is a successor to the field-BUSes European installation bus (EIB) Bati-BUS as well as European Home Systems (EHS). In terms of technology, the KNX standard is a further development of the EIB standard, in particular through expansion and configuration mechanisms as well as transmission media that were originally also developed for the Bati-BUS and the EHS.
Bei den vorgenannten Installationen kommt es aus funktionellen Gründen häufig vor, dass zwei oder mehrere Schaltungs- beziehungsweise Installationsteile mit unterschiedlichen elektrischen Potentialen beaufschlagt sind, die mittels Energiewandlers zu koppeln sind. Eine besondere Herausforderung ist es, wenn ein jeweiliges der elektrischen Potentiale zugleich auch mit dem entsprechenden Kommunikationssignal galvanisch gekoppelt ist. In einem solchen Fall ist es dann erforderlich, nicht nur eine galvanische Trennung in Bezug auf eine Energiekopplung, sondern auch in Bezug auf eine kommunikationstechnische Kopplung vorzusehen.In the aforementioned installations, for functional reasons, it often happens that two or more circuit or installation parts have different electrical potentials applied to them, which are to be coupled by means of an energy converter. It is a particular challenge when each of the electrical potentials is galvanically coupled to the corresponding communication signal at the same time. In such a case, it is then necessary to provide not only galvanic isolation with regard to energy coupling, but also with regard to communication technology coupling.
Zum Zwecke der Energiekopplung kann vorgesehen sein, dass ein galvanisch getrennter Energiewandler genutzt wird, der es erlaubt, die elektrische Energie zwischen zwei Energieversorgungsleitungspaaren potentialgetrennt zu übertragen. In der Regel weist der Energiewandler hierfür einen geeigneten Transformator auf.For the purpose of energy coupling, it can be provided that a galvanically separated energy converter is used, which allows the electrical energy to be transmitted between two pairs of energy supply lines in a potential-separated manner. As a rule, the energy converter has a suitable transformer for this.
Sind in diesem Zusammenhang zugleich auch Kommunikationssignale zu übertragen, beispielsweise ein analoges Kommunikationssignal, so ist dies in der Regel schwierig zu realisieren. Häufig sind hierfür eine Analog-Digital-Wandlung auf einer Signalquellenseite und eine Digital-Analog-Wandlung auf einer Signalsenkenseite vorgesehen. Die kommunikationstechnische Kopplung erfolgt also unter Nutzung eines digitalen Signals. Das digitale Signal kann dann beispielsweise mittels eines Opto-Kopplers, der die galvanische Trennung realisieren kann, übertragen werden.If communication signals are to be transmitted at the same time in this context, for example an analog communication signal, this is generally difficult to implement. For this purpose, an analog-to-digital conversion is often provided on a signal source side and a digital-to-analog conversion on a signal sink side. The communication-related coupling thus takes place using a digital signal. The digital signal can then be transmitted, for example, by means of an opto-coupler, which can realize the galvanic separation.
Da zwischen den Energieversorgungsleitungspaaren eine teilweise recht große elektrische Potentialdifferenz vorliegen kann, die zudem nicht konstant zu sein braucht, ist häufig zumindest eine Energieversorgung für wenigstens einen Teil der erforderlichen Hardware beiderseits einer galvanischen Trennung notwendig. Diese Energieversorgung könnte zum Beispiel durch eine Solarzelle, eine Batterie und/oder eben auch durch den vorgenannten Energiewandler realisiert sein. Insgesamt erweist sich der Aufwand besonders bei komplexen Gebäudeinstallationen als besonders nachteilig.Since there can be a sometimes very large electrical potential difference between the power supply line pairs, which also does not need to be constant, at least one power supply is often necessary for at least part of the required hardware on both sides of a galvanic isolation. This energy supply could be implemented, for example, by a solar cell, a battery and / or by the aforementioned energy converter. Overall, the effort proves to be particularly disadvantageous, especially in the case of complex building installations.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Energiewandler sowie ein gattungsgemäßes Verfahren dahingehend zu verbessern, dass der Aufwand für die energietechnische Kopplung in Verbindung mit der kommunikationstechnischen Kopplung reduziert werden kann.The invention is therefore based on the object of improving a generic energy converter and a generic method to the effect that the effort for the Energy-related coupling in connection with the communication-related coupling can be reduced.
Als Lösung werden mit der Erfindung Energiewandler sowie Verfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen vorgeschlagen. As a solution, the invention proposes energy converters and methods according to the independent claims.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich durch Merkmale der abhängigen Ansprüche.Advantageous developments result from the features of the dependent claims.
Bezüglich eines gattungsgemäßen Energiewandlers, bei dem die erste Wandlereinheit gemäß einem ersten Aspekt mittels eines Taktgenerators im Taktbetrieb betrieben wird, wird mit der Erfindung insbesondere vorgeschlagen, dass der Energiewandler einen an den Taktgenerator angeschlossenen Modulator zum Modulieren des Taktbetriebs abhängig von einem ersten Kommunikationssignal, und einen mit der zweiten Wicklung elektrisch gekoppelten Demodulator zum Ermitteln und Bereitstellen des ersten Kommunikationssignals aufweist.With regard to a generic energy converter in which the first converter unit is operated according to a first aspect by means of a clock generator in clock mode, the invention particularly proposes that the energy converter has a modulator connected to the clock generator for modulating the clock mode depending on a first communication signal, and a having demodulator electrically coupled to the second winding for determining and providing the first communication signal.
Bezüglich eines gattungsgemäßen Energiewandlers gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird mit der Erfindung insbesondere vorgeschlagen, dass der Energiewandler eine mit der zweiten Wicklung elektrisch gekoppelte Belastungseinheit zum Belasten der zweiten Wicklung abhängig von einem zweiten Kommunikationssignal, und eine mit der ersten Wicklung elektrisch gekoppelte Detektoreinheit zum Erfassen einer elektrischen Größe der ersten Wicklung und zum Ermitteln des zweiten Kommunikationssignals aus der erfassten elektrischen Größe aufweist.With regard to a generic energy converter according to a second aspect of the invention, the invention proposes in particular that the energy converter have a load unit electrically coupled to the second winding for loading the second winding depending on a second communication signal, and a detector unit electrically coupled to the first winding for detecting an electrical variable of the first winding and for determining the second communication signal from the detected electrical variable.
Bezüglich eines gattungsgemäßen Verfahrens entsprechend des ersten Aspekts wird mit der Erfindung insbesondere vorgeschlagen, dass der Taktbetrieb mittels eines am Taktgenerator angeschlossenen Modulators zum Modulieren des Taktbetriebs abhängig von einem ersten Kommunikationssignal moduliert wird, und mittels eines mit der zweiten Wicklung elektrisch gekoppelten Demodulators das erste Kommunikationssignal ermittelt und bereitgestellt wird.With regard to a generic method according to the first aspect, the invention proposes in particular that the clock mode is modulated by means of a modulator connected to the clock generator for modulating the clock mode depending on a first communication signal, and that the first communication signal is determined by means of a demodulator electrically coupled to the second winding and is provided.
Bezüglich eines gattungsgemäßen Verfahrens wird gemäß dem zweiten Aspekt insbesondere vorgeschlagen, dass die zweite Wicklung mittels einer Belastungseinheit abhängig von einem zweiten Kommunikationssignal elektrisch belastet wird, und eine elektrische Größe der ersten Wicklung mittels einer Detektoreinheit erfasst wird und aus der erfassten elektrischen Größe das zweite Kommunikationssignal ermittelt wird.With regard to a generic method, according to the second aspect, it is proposed in particular that the second winding is electrically loaded by means of a loading unit as a function of a second communication signal, and an electrical variable of the first winding is detected by means of a detector unit and the second communication signal is determined from the detected electrical variable will.
Durch die Erfindung gemäß dem ersten und dem zweiten Aspekt ist es somit möglich, nicht nur eine galvanisch getrennte Energiekopplung zwischen den Energieversorgungsleitungspaaren sondern zugleich auch eine galvanisch getrennte kommunikationstechnische Kopplung über den Energiewandler zu realisieren. Es bedarf mit der Erfindung also keiner separaten kommunikationstechnischen Kopplung, die eine galvanische Trennung bereitstellt, so wie es im Stand der Technik üblich ist. Dadurch kann durch die Erfindung der Aufwand für die galvanisch getrennte Kopplung insgesamt erheblich reduziert werden.The invention according to the first and the second aspect thus makes it possible to realize not only a galvanically separated energy coupling between the energy supply line pairs but at the same time also a galvanically separated communication technology coupling via the energy converter. With the invention, there is therefore no need for a separate communication-related coupling that provides galvanic isolation, as is customary in the prior art. As a result of the invention, the overall effort for the galvanically isolated coupling can be considerably reduced.
Dabei erweist sich der erste Aspekt insbesondere dann als vorteilhaft, wenn der Taktgenerator gemäß dem ersten Kommunikationssignal hinsichtlich des Taktbetriebs moduliert werden kann. Es ist dann nämlich auf der gegenüberliegenden Seite lediglich erforderlich, aus einem Signalverlauf des Taktbetriebs durch Demodulation das erste Kommunikationssignal wieder zurückzugewinnen. Dies kann mit einfachen bekannten Techniken realisiert werden. Für die Modulation beziehungsweise Demodulation können entsprechende Verfahren, beispielsweise basierend auf Frequenzmodulationen, Amplitudenmodulationen, Kombinationen hiervon und/oder dergleichen vorgesehen sein. Dieser Aspekt kann vorzugsweise dann eingesetzt werden, wenn ein Energiefluss und ein Datenstrom in die gleiche Richtung erfolgen.The first aspect proves to be particularly advantageous when the clock generator can be modulated in terms of clock operation in accordance with the first communication signal. It is then only necessary on the opposite side to recover the first communication signal from a signal curve of the clock operation by demodulation. This can be done using simple known techniques. Corresponding methods, for example based on frequency modulations, amplitude modulations, combinations thereof and / or the like, can be provided for the modulation or demodulation. This aspect can preferably be used when there is an energy flow and a data flow in the same direction.
Für eine kommunikationstechnische Kopplung, bei der der Energiefluss und der Datenstrom in die entgegengesetzte Richtung erfolgen, ist der zweite Aspekt vorgesehen. Der zweite Aspekt kann beispielsweise davon ausgehen, dass der Energiefluss von der ersten Wandlereinheit zur zweiten Wandlereinheit erfolgt. In diesem Fall kann durch die Belastungseinheit eine Belastung der zweiten Wicklung des Transformators abhängig vom zweiten Kommunikationssignal erfolgen. Die Belastungseinheit kann die Belastung einer energietechnischen Belastung überlagern, sodass auf der gegenüberliegenden Seite des Transformators, und zwar an seiner ersten Wicklung, mittels der Detektoreinheit das Kommunikationssignal aus der erfassten elektrischen Größe wieder ermittelt werden kann. Die elektrische Größe kann ein elektrischer Strom, eine elektrische Spannung, eine elektrische Leistung, Kombinationen hiervon oder dergleichen sein. Abhängig von der Ausgestaltung der Belastungseinheit kann die Belastungseinheit ausgebildet sein, die Belastung vergrößern und/oder verkleinern zu können. Bei einer Verkleinerung der Belastung ist die Belastungseinheit ferner vorzugsweise derart ausgebildet, dass die Energieversorgung im Wesentlichen nicht beeinträchtigt wird. Zu diesem Zweck können eine oder mehrere Energiespeichereinheiten vorgesehen sein, die ausreichend elektrische Energie speichern können, wie zum Beispiel Kondensatoren, Induktivitäten und/oder dergleichen. Die Energiespeichereinheiten können zumindest teilweise von der Belastungseinheit umfasst sein.The second aspect is provided for a communication-related coupling in which the energy flow and the data flow take place in the opposite direction. The second aspect can, for example, assume that the energy flow takes place from the first converter unit to the second converter unit. In this case, the loading unit can load the second winding of the transformer as a function of the second communication signal. The load unit can superimpose the load on an energy-related load, so that on the opposite side of the transformer, specifically on its first winding, the communication signal can be determined again from the detected electrical variable by means of the detector unit. The electrical quantity can be an electrical current, an electrical voltage, an electrical power, combinations thereof or the like. Depending on the configuration of the loading unit, the loading unit can be designed to be able to increase and / or decrease the loading. When the load is reduced, the load unit is furthermore preferably designed in such a way that the energy supply is essentially not impaired. For this purpose, one or more energy storage units can be provided which can store sufficient electrical energy, such as capacitors, inductors and / or the like, for example. The energy storage units can be at least partially encompassed by the loading unit.
Darüber hinaus können der erste und der zweite Aspekt natürlich auch miteinander kombiniert werden, zum Beispiel um eine bidirektionale kommunikationstechnische Kopplung erreichen zu können. Ferner kann natürlich auch vorgesehen sein, dass nicht nur die erste Wandlereinheit mittels eines Taktgenerators betreibbar ist, sondern auch die zweite. Dadurch kann erreicht werden, dass auch der Energiefluss wechseln kann. Ein bidirektionaler Energiefluss kann daher nahezu unabhängig von einer bidirektionalen Kommunikation erreicht werden.In addition, the first and second aspects can of course also be combined with one another, for example in order to be able to achieve a bidirectional communication-technical coupling. Furthermore, it can of course also be provided that not only the first converter unit can be operated by means of a clock generator, but also the second. This means that the flow of energy can also change. A bidirectional flow of energy can therefore be achieved almost independently of bidirectional communication.
In einer Ausgestaltung kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass die erste Wandlereinheit Energie von den an ihr angeschlossenen ersten zwei Energieversorgungsleitungen bezieht, wobei die Energie mittels der zweiten Wandlereinheit an den zwei zweiten Energieversorgungsleitungen für Energieversorgungszwecke bereitgestellt wird. Damit ist eine unidirektionale Energieübertragung gewährleistet. Dem Grunde nach kann die Erfindung jedoch auch bei einer bidirektionalen energietechnischen Kopplung eingesetzt werden. In diesem Fall kann vorgesehen sein, dass auch die zweite Wandlereinheit einen Taktgenerator aufweist, der mittels des zweiten Kommunikationssignals moduliert werden kann, wobei die erste Wandlereinheit dann einen mit der ersten Wicklung elektrisch gekoppelten Demodulator zum Ermitteln und Bereitstellen des zweiten Kommunikationssignals aufweist.In one embodiment, it can preferably be provided that the first converter unit draws energy from the first two energy supply lines connected to it, the energy being provided by means of the second converter unit on the two second energy supply lines for energy supply purposes. This ensures unidirectional energy transfer. Basically, however, the invention can also be used with a bidirectional energy-technical coupling. In this case it can be provided that the second converter unit also has a clock generator which can be modulated by means of the second communication signal, the first converter unit then having a demodulator electrically coupled to the first winding for determining and providing the second communication signal.
Entsprechend können zusätzlich auch eine Detektoreinheit in Bezug auf die zweite Wicklung und eine weitere Belastungseinheit in Bezug auf die erste Wicklung vorgesehen sein, damit unabhängig von der Richtung der energietechnischen Kopplung ebenfalls zugleich eine kommunikationstechnische Kopplung erreicht werden kann. Dadurch ermöglicht es die Erfindung in hochflexibler Weise eine kompakte galvanisch getrennte energietechnische Kopplung mit einer galvanisch getrennten kommunikationstechnischen Kopplung zu kombinieren und auf diese Weise den Aufwand für eine entsprechende Installation, insbesondere eine Gebäudeautomation, deutlich zu reduzieren. Zugleich erlaubt es die Erfindung auch, durch den reduzierten Aufwand die Zuverlässigkeit zu verbessern.Accordingly, a detector unit with respect to the second winding and a further load unit with respect to the first winding can also be provided so that a communication-related coupling can also be achieved at the same time, regardless of the direction of the energy-related coupling. As a result, the invention makes it possible in a highly flexible manner to combine a compact, galvanically separated energy-related coupling with a galvanically separated communication-related coupling and, in this way, to significantly reduce the cost of a corresponding installation, in particular building automation. At the same time, the invention also allows the reliability to be improved due to the reduced effort.
Üblicherweise ist vorgesehen, dass mittels des Energiewandlers elektrische Energie aus dem Energieversorgungsnetz entnommen und einem anderen Energieversorgungsnetz zugeführt werden kann. Üblicherweise ist der Energiewandler dafür ausgebildet, wenigstens eine unidirektionale elektrische Energiekopplung herzustellen. Darüber hinaus kann der Energiewandler ergänzend auch für eine bidirektionale Energiekopplung ausgebildet sein, sodass eine Energiekopplung auch in entgegengesetzte Richtung möglich ist.It is usually provided that electrical energy can be drawn from the energy supply network by means of the energy converter and fed to another energy supply network. The energy converter is usually designed to produce at least one unidirectional electrical energy coupling. In addition, the energy converter can also be designed for bidirectional energy coupling, so that energy coupling is also possible in the opposite direction.
Zum Zwecke der Energiewandlung weist der Energiewandler in der Regel wenigstens ein Schaltelement und einen Energiespeicher auf. Bei Energiewandlern, die eine galvanische Trennung realisieren sollen, umfasst der Energiespeicher häufig einen Transformator, der als Trenntransformator ausgebildet ist. Das Schaltelement wird im Taktbetrieb beziehungsweise Schaltbetrieb betrieben und wirkt mit dem Energiespeicher zusammen, um die Wandlungsfunktion des Energiewandlers zu realisieren.For the purpose of energy conversion, the energy converter generally has at least one switching element and an energy store. In the case of energy converters that are to implement galvanic isolation, the energy store often includes a transformer that is designed as an isolating transformer. The switching element is operated in cycle mode or switching mode and interacts with the energy store in order to implement the conversion function of the energy converter.
Schaltelemente, insbesondere Halbleiterschalter, im Sinne dieser Offenbarung sind vorzugsweise steuerbare elektronische Schaltelemente, beispielsweise ein Transistor, ein Thyristor, Kombinationsschaltungen hiervon, insbesondere mit parallelgeschalteten Freilaufdioden, beispielsweise ein Metaloxid Semiconductor Feldeffekttransistor (MOSFET), ein Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT), vorzugsweise mit einer integrierten Freilaufdiode, oder dergleichen.Switching elements, in particular semiconductor switches, in the context of this disclosure are preferably controllable electronic switching elements, for example a transistor, a thyristor, combination circuits thereof, in particular with free-wheeling diodes connected in parallel, for example a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET), an insulated gate bipolar transistor (IGBT), preferably with an integrated freewheeling diode, or the like.
Der Schaltbetrieb des Halbleiterschalters bedeutet, dass in einem eingeschalteten Zustand zwischen den die Schaltstrecke bildenden Anschlüssen des Halbleiterschalters ein sehr geringer elektrischer Widerstand bereitgestellt wird, so dass ein hoher Stromfluss bei sehr kleiner Restspannung möglich ist. Im ausgeschalteten Zustand ist die Schaltstrecke des Halbleiterschalters hochohmig, das heißt, sie stellt einen hohen elektrischen Widerstand bereit, so dass auch bei hoher, an der Schaltstrecke anliegender Spannung im Wesentlichen kein oder nur ein sehr geringer, insbesondere vernachlässigbarer Stromfluss vorliegt. Hiervon unterscheidet sich ein Linearbetrieb, der aber bei getakteten Energiewandlern nicht zum Einsatz kommt.The switching operation of the semiconductor switch means that, in an switched-on state, a very low electrical resistance is provided between the terminals of the semiconductor switch that form the switching path, so that a high current flow is possible with a very low residual voltage. In the switched-off state, the switching path of the semiconductor switch is highly resistive, that is, it provides a high electrical resistance, so that even with a high voltage applied to the switching path, there is essentially no or only a very low, in particular negligible, current flow. Linear operation differs from this, but is not used with clocked energy converters.
Grundsätzlich können die Energieversorgungsleitungen dazu dienen, nicht nur elektrische Energie zu übertragen, sondern auch das erste und/oder das zweite Kommunikationssignal. Es kann auch lediglich vorgesehen sein, dass ein Paar der zweipoligen Energieversorgungsleitungen dazu dient, sowohl Energie als auch Kommunikationssignale zu übertragen, wohingegen das wenigstens eine zweite Paar von Energieversorgungsleitungen dazu vorgesehen sein kann, ausschließlich elektrische Energie zu übertragen. Für die Übertragung der Kommunikationssignale können dann separate Kommunikationsleitungen vorgesehen sein.In principle, the energy supply lines can be used to transmit not only electrical energy, but also the first and / or the second communication signal. It can also only be provided that one pair of the two-pole energy supply lines is used to transmit both energy and communication signals, whereas the at least one second pair of energy supply lines can be provided for exclusively transmitting electrical energy. Separate communication lines can then be provided for the transmission of the communication signals.
Natürlich ist die Erfindung nicht darauf beschränkt, lediglich mit einem einzigen Energiewandler genutzt zu werden. Je nach Aufbau und Konstruktion der Installation, insbesondere der Gebäudeautomation, kann, beispielsweise abhängig vom gewählten BUS-Standard, eine geeignete Anzahl von Energiewandlern gemäß der Erfindung oder auch von erfindungsgemäßen Verfahrensführungen vorgesehen sein.Of course, the invention is not restricted to only being used with a single energy converter. Depending on the structure and construction of the installation, in particular the building automation, a suitable number of energy converters according to the invention or also from, for example, depending on the selected BUS standard Procedures according to the invention be provided.
Die Wandlereinheit kann eine Einheit sein, die mittels wenigstens eines Schaltelements den Transformator beziehungsweise die Wicklung, an die sie angeschlossen ist, so beaufschlagt, dass mittels des Magnetfelds die entsprechende Übertragung der Energie erfolgen kann. Die andere Wandlereinheit dient dann dazu, diese Energie an der gegenüberliegenden Wicklung des Transformators aufzunehmen und für die an sie angeschlossenen zwei Energieversorgungsleitungen bereitzustellen. Diese Wandlereinheit kann zum Beispiel bei einer unidirektionalen Energieübertragung passiv als Gleichrichter ausgebildet sein. Darüber hinaus kann natürlich vorgesehen sein, dass diese Wandlereinheit zusätzlich auch eine Spannungsanpassung realisieren kann, beispielweise eine Boosterfunktion, eine Buckfunktion und/oder dergleichen.The converter unit can be a unit which acts on the transformer or the winding to which it is connected by means of at least one switching element in such a way that the corresponding transmission of the energy can take place by means of the magnetic field. The other converter unit then serves to absorb this energy at the opposite winding of the transformer and to make it available for the two energy supply lines connected to it. This converter unit can, for example, be designed passively as a rectifier in the case of unidirectional energy transmission. In addition, it can of course be provided that this converter unit can also implement a voltage adaptation, for example a booster function, a buck function and / or the like.
Der Modulator ist vorzugsweise eine elektronische Hardwareschaltung, die dazu ausgebildet ist, einen Eingang für das erste Kommunikationssignal bereitzustellen. Abhängig vom bereitgestellten Kommunikationssignal kann der Modulator dann auf das Taktsignal, welches der Taktgenerator bereitstellt, einwirken, damit dieses entsprechend dem ersten Kommunikationssignal moduliert ist. Zu diesem Zweck kann der Modulator ausgebildet sein, ein vorgegebenes Modulationsverfahren zu realisieren. Der Modulator kann darüber hinaus auch zumindest teilweise durch eine Rechnereinheit gebildet sein, die mittels eines geeigneten Rechnerprogramms in entsprechender Weise gesteuert wird, um die gewünschte Modulation durchführen zu können. Der Demodulator ist vorzugsweise entsprechend als Hardwareschaltung ausgebildet, die ebenfalls zumindest teilweise durch eine Rechnereinheit gebildet sein kann.The modulator is preferably an electronic hardware circuit which is designed to provide an input for the first communication signal. Depending on the communication signal provided, the modulator can then act on the clock signal provided by the clock generator so that it is modulated in accordance with the first communication signal. For this purpose, the modulator can be designed to implement a predefined modulation method. The modulator can also be at least partially formed by a computer unit which is controlled in a corresponding manner by means of a suitable computer program in order to be able to carry out the desired modulation. The demodulator is preferably designed accordingly as a hardware circuit, which can also be at least partially formed by a computer unit.
Das Kommunikationssignal kann beispielsweise ein elektrisches Signal oder auch ein optisches Signal sein. Je nach Art des Kommunikationssignals sind dann der Modulator beziehungsweise der Demodulator und/oder die Belastungseinheit beziehungsweise die Detektoreinheit ausgebildet.The communication signal can be, for example, an electrical signal or also an optical signal. Depending on the type of communication signal, the modulator or the demodulator and / or the loading unit or the detector unit are then formed.
Die Detektoreinheit kann zum Beispiel einen Spannungssensor, einen Stromsensor, einen Leistungssensor und/oder dergleichen umfassen.The detector unit can for example comprise a voltage sensor, a current sensor, a power sensor and / or the like.
Es wird ferner vorgeschlagen, dass die erste Wandlereinheit einen Wechselrichter umfasst und/oder die zweite Wandlereinheit einen Gleichrichter umfasst.It is further proposed that the first converter unit comprises an inverter and / or the second converter unit comprises a rectifier.
Ein Wechselrichter ist eine Form eines Energiewandlers beziehungsweise einer Wandlereinheit, mittels dem beziehungsweise der elektrische Energie einer Gleichspannung in elektrische Energie einer Wechselspannung, insbesondere einer einphasigen oder auch einer dreiphasigen Wechselspannung, gewandelt werden kann. Heutzutage werden Wechselrichter in Form sogenannter statischer Energiewandler eingesetzt, das heißt, dass sie anders als dynamische Energiewandler keine mechanisch bewegbaren, insbesondere rotierbaren Teile für den Zweck der Energiewandlung aufweisen. Wechselrichter der gattungsgemäßen Art als statische Energiewandler sind in der Regel als getaktete elektronische Energiewandler beziehungsweise Wandlereinheiten ausgebildet, und weisen zu diesem Zweck wenigstens ein Schaltelement auf, mittels welchem eine mittels eines Zwischenkreises bereitgestellte elektrische Gleichspannung in eine elektrische Wechselspannung umgewandelt werden kann. Zu diesem Zweck kann das Schaltelement mittels eines Taktgebers beziehungsweise Taktgenerators im Taktbetrieb betrieben werden, sodass die Wechselspannung bereitgestellt wird.An inverter is a form of an energy converter or a converter unit, by means of which the electrical energy of a direct voltage can be converted into electrical energy of an alternating voltage, in particular a single-phase or also a three-phase alternating voltage. Nowadays, inverters in the form of so-called static energy converters are used, which means that, unlike dynamic energy converters, they do not have any mechanically movable, in particular rotatable parts for the purpose of energy conversion. Inverters of the generic type as static energy converters are usually designed as clocked electronic energy converters or converter units, and for this purpose have at least one switching element by means of which an electrical direct voltage provided by means of an intermediate circuit can be converted into an electrical alternating voltage. For this purpose, the switching element can be operated in clock mode by means of a clock generator or clock generator, so that the alternating voltage is provided.
Ein Gleichrichter ist ein Energiewandler beziehungsweise eine Wandlereinheit, mit der eine Wechselspannung oder ein Wechselstrom in eine Gleichspannung beziehungsweise einen Gleichstrom gewandelt werden kann. Die Funktion des Gleichrichters kann beispielsweise passiv durch Dioden realisiert werden. Darüber hinaus kann die Funktion des Gleichrichters in der Regel jedoch auch durch einen entsprechend betriebenen Wechselrichter realisiert werden.A rectifier is an energy converter or a converter unit with which an alternating voltage or an alternating current can be converted into a direct voltage or a direct current. The function of the rectifier can be implemented passively by means of diodes, for example. In addition, the function of the rectifier can usually also be implemented by an appropriately operated inverter.
Diese Optionen erlauben es, die erste und die zweite Wandlereinheit auf besonders einfache Weise bereitzustellen, indem nämlich bekannte verfügbare elektronische Komponenten genutzt werden können. Die Ausbildung der ersten und/oder der zweiten Wandlereinheit braucht nicht jedoch auf diese Ausgestaltungen begrenzt zu sein. Natürlich kann auch vorgesehen sein, dass jede der Wandlereinheiten sowohl einen Wechselrichter als auch einen Gleichrichter umfasst. Darüber hinaus kann der Wechselrichter auch genutzt werden, die Gleichrichterfunktion bereitzustellen. Schließlich kann auch vorgesehen sein, dass ergänzend zum Gleichrichter ein Spannungswandler zum Beispiel nach Art von einem Hochsetzsteller, einem Tiefsitzsteller und/oder dergleichen vorgesehen ist. Dadurch kann eine ergänzende Spannungsanpassung der durch den Gleichrichter bereitgestellten elektrischen Spannung erreicht werden. Dies kann vorteilhaft sein, wenn der Energiewandler dazu genutzt werden soll, nach Art eines Standardbauteils in der Gebäudeautomation zur Entkopplung von Energieversorgungsleitungen mit unterschiedlichen Betriebsspannungen beziehungsweise Bemessungsspannungen eingesetzt zu werden. Dadurch kann die Flexibilität der Nutzung des Energiewandlers weiter verbessert werden.These options make it possible to provide the first and the second converter unit in a particularly simple manner, namely in that known available electronic components can be used. However, the design of the first and / or the second converter unit need not be limited to these designs. Of course, it can also be provided that each of the converter units comprises both an inverter and a rectifier. In addition, the inverter can also be used to provide the rectifier function. Finally, it can also be provided that, in addition to the rectifier, a voltage converter is provided, for example in the manner of a step-up converter, a step-down converter and / or the like. A supplementary voltage adjustment of the electrical voltage provided by the rectifier can thereby be achieved. This can be advantageous if the energy converter is to be used in the manner of a standard component in building automation to decouple energy supply lines with different operating voltages or rated voltages. As a result, the flexibility of using the energy converter can be further improved.
Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass der Demodulator an die zweite Wicklung oder an die zweite Wandlereinheit angeschlossen ist. Auf diese Weise kann ein einfacher Zugriff des Demodulators auf die mit dem ersten Kommunikationssignal modulierte elektrische Größe erreicht werden. Dies kann - insbesondere abhängig von der Ausgestaltung der zweiten Wandlereinheit - beispielsweise unmittelbar an der zweiten Wicklung des Transformators erfolgen, bei der die modulierte elektrische Größe, beispielsweise die Spannung, durch den Modulator unmittelbar abgegriffen werden kann. Dies erlaubt es, eine Demodulation mit hoher Qualität bereitzustellen.It is also proposed that the demodulator be connected to the second winding or to the second converter unit. In this way, the demodulator can easily access the electrical variable modulated with the first communication signal. This can - in particular depending on the design of the second converter unit - take place, for example, directly on the second winding of the transformer, in which the modulated electrical variable, for example the voltage, can be tapped directly by the modulator. This makes it possible to provide high quality demodulation.
Darüber hinaus besteht natürlich auch die Möglichkeit, den Demodulator beispielsweise an die zweite Wandlereinheit anzuschließen, insbesondere an einen entsprechend hierfür durch die zweite Wandlereinheit bereitgestellten Ausgang. Dadurch kann ein Teil der Funktionalität der Wandlereinheit auch für die Demodulation genutzt werden, sofern dies anwendbar ist. So kann beispielsweise bei einer Amplitudenmodulation und bei einer als passiven Gleichrichtereinheit ausgebildeten zweiten Wandlereinheit nach der Gleichrichtung unmittelbar ein Ausgang für den Anschluss des Demodulators bereitgestellt werden, sodass der Demodulator die eigentliche Gleichrichterfunktionalität nicht mehr bereitzustellen braucht, um das zweite Kommunikationssignal zu ermitteln. Die zwei Energieversorgungsleitungen, die an die zweite Wandlereinheit angeschlossen sind, können dann über eine Filtereinheit an den Ausgang der Gleichrichtereinheit angeschlossen werden, sodass einerseits für den Demodulator die das zweite Kommunikationssignal enthaltende Spannung bereitgestellt werden kann und andererseits eine gefilterte Spannung für die beiden Energieversorgungsleitungen bereitgestellt werden kann, um die Energieversorgung in vorgegebener Weise realisieren zu können. Bei dieser Ausgestaltung ist die elektrische Spannung zwischen den beiden Energieversorgungsleitungen, die an der zweiten Wandlereinheit angeschlossen sind, im Wesentlichen eine Gleichspannung.In addition, there is of course also the possibility of connecting the demodulator, for example, to the second converter unit, in particular to an output correspondingly provided for this purpose by the second converter unit. As a result, part of the functionality of the converter unit can also be used for demodulation, if this is applicable. For example, in the case of amplitude modulation and a second converter unit designed as a passive rectifier unit, an output for connecting the demodulator can be provided immediately after rectification, so that the demodulator no longer needs to provide the actual rectifier functionality in order to determine the second communication signal. The two power supply lines that are connected to the second converter unit can then be connected to the output of the rectifier unit via a filter unit so that, on the one hand, the voltage containing the second communication signal can be provided for the demodulator and, on the other hand, a filtered voltage can be provided for the two power supply lines can in order to be able to implement the energy supply in a predetermined manner. In this embodiment, the electrical voltage between the two power supply lines that are connected to the second converter unit is essentially a direct voltage.
Dem Grunde nach ist die Erfindung jedoch nicht auf die Anwendung bei Gleichspannungen beschränkt und kann gleichermaßen auch durch geeignete Anpassung der Wandleereinheiten für Wechselspannungen genutzt werden.Basically, however, the invention is not limited to use with direct voltages and can also be used for alternating voltages by suitable adaptation of the wall blank units.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Detektoreinheit an die erste Wicklung oder an die erste Wandlereinheit angeschlossen ist. Dadurch kann erreicht werden, dass die elektrische Größe, beispielsweise der Leistung, zum Beispiel unmittelbar an der ersten Wicklung des Transformators erfasst werden kann. Durch die Erfassung der elektrischen, Größe, insbesondere der Leistung, kann aufgrund der Schwankungen im Sinne des zweiten Kommunikationssignals das zweite Kommunikationssignal zurückgewonnen und bereitgestellt werden.It is also proposed that the detector unit be connected to the first winding or to the first converter unit. It can thereby be achieved that the electrical variable, for example the power, can for example be detected directly on the first winding of the transformer. By detecting the electrical variable, in particular the power, the second communication signal can be recovered and made available due to the fluctuations in the sense of the second communication signal.
Dem Grunde nach kann die Detektoreinheit natürlich auch, vorzugsweise unmittelbar, an die erste Wandlereinheit angeschlossen sein, insbesondere wenn diese einen hierfür geeigneten Ausgang bereitstellt. Dabei ist jedoch zu bedenken, dass dieser Ausgang die elektrische Größe nach Möglichkeit möglichst ungefiltert erfassen lässt, damit das zweite Kommunikationssignal durch die Detektoreinheit ermittelt werden kann. Die erste Wandlereinheit ist daher vorzugsweise entsprechend ausgebildet. Auch hier gilt, dass die erste Wandlereinheit durch die zwei Energieversorgungsleitungen, die an sie angeschlossen sind, mit einer Gleichspannung beaufschlagt sein kann. Je nach Anwendung kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Energieversorgungsleitungen mit einer Wechselspannung beaufschlagt sind.Basically, the detector unit can of course also, preferably directly, be connected to the first converter unit, in particular if it provides an output suitable for this. It should be noted, however, that this output allows the electrical variable to be recorded as unfiltered as possible, so that the second communication signal can be determined by the detector unit. The first converter unit is therefore preferably designed accordingly. It is also true here that the first converter unit can have a direct voltage applied to it through the two power supply lines that are connected to it. Depending on the application, however, it can also be provided that the power supply lines have an alternating voltage applied to them.
Es wird ferner vorgeschlagen, dass die Belastungseinheit an die zweite Wicklung oder die zweite Wandlereinheit angeschlossen ist. Die Belastungseinheit kann zum Beispiel durch einen veränderlichen elektrischen Widerstand gebildet sein, der abhängig von dem zweiten Kommunikationssignal seinen elektrischen Widerstand ändert und somit auf die Belastung der zweiten Wicklung des Transformators einwirken kann. Dabei kann dem Grunde nach vorgesehen sein, dass die Belastungseinheit eine zusätzliche Belastung der zweiten Wicklung beziehungsweise der zweiten Wandlereinheit bereitstellt. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Belastungseinheit selbst zugleich auch einen Verbraucher bereitstellt, der durch die Energieversorgungsleitungen, die an die zweite Wandlereinheit angeschlossen sind, mit elektrischer Energie versorgt werden soll. Ebenso kann vorgesehen sein, dass die Belastungseinheit eine Reduktion der Belastung bewirken kann. Natürlich können auch Kombinationen hiervon vorgesehen sein.It is also proposed that the load unit be connected to the second winding or the second converter unit. The load unit can be formed, for example, by a variable electrical resistance, which changes its electrical resistance as a function of the second communication signal and can thus act on the load on the second winding of the transformer. Basically, it can be provided that the load unit provides an additional load on the second winding or the second converter unit. However, it can also be provided that the load unit itself also provides a consumer at the same time, which is to be supplied with electrical energy through the energy supply lines that are connected to the second converter unit. It can also be provided that the loading unit can bring about a reduction in the loading. Combinations of these can of course also be provided.
Dabei ist zu bedenken, dass die zweite Wandlereinheit ihre Funktionalität durch die Modulation aufgrund der Belastungseinheit möglichst nicht behindert. Dadurch kann erreicht werden, dass, wenn die Belastungseinheit an die zweite Wandlereinheit angeschlossen ist, die zweite Wicklung des Transformators entsprechend dem Betrieb der Belastungseinheit belastet wird, sodass die Detektoreinheit eine entsprechende Übertragung der elektrischen Größe ermitteln kann, um daraus wieder das zweite Kommunikationssignal ermitteln zu können. Dabei kann die zweite Wandlereinheit sowohl eine Gleichrichtereinheit, insbesondere eine passive Gleichrichtereinheit, aber auch ein Wechselrichter oder dergleichen sein. Die Funktionalität der Erfindung ist hiervon nicht beeinträchtigt.It should be borne in mind that the second converter unit does not hinder its functionality as far as possible due to the modulation due to the load unit. As a result, when the load unit is connected to the second converter unit, the second winding of the transformer is loaded according to the operation of the load unit, so that the detector unit can determine a corresponding transmission of the electrical variable in order to determine the second communication signal from it again be able. The second converter unit can be a rectifier unit, in particular a passive rectifier unit, but also an inverter or the like. This does not affect the functionality of the invention.
Es wird ferner vorgeschlagen, dass eine Taktrate für den Taktbetrieb mindestens doppelt so groß wie eine maximale Frequenz des ersten und/oder des zweiten Kommunikationssignals ist. Dadurch ist es möglich, das Kommunikationssignal zuverlässig mit dem Energiewandler übertragen zu können. Insbesondere erlaubt es diese Ausgestaltung, dass Nyquist-Kriterium einzuhalten. Dies erlaubt es insbesondere, dass das Kommunikationssignal nahezu vollständig übertragen werden kann, ohne das Informationsgehalt verlorenzugehen braucht. Dadurch eignet sich diese Ausgestaltung insbesondere für den Fall, dass Kommunikationssignale zuverlässig und mit hoher Qualität übertragen werden sollen.It is further proposed that a clock rate for clock operation is at least twice as great as a maximum frequency of the first and / or the second communication signal. This makes it possible to reliably transmit the communication signal with the energy converter. In particular, this embodiment allows the Nyquist criterion to be complied with. This allows, in particular, that the communication signal can be transmitted almost completely without having to lose the information content. As a result, this refinement is particularly suitable for the case that communication signals are to be transmitted reliably and with high quality.
Die für die erfindungsgemäßen Energiewandler angegebenen Vorteile und Wirkungen gelten natürlich gleichermaßen auch für die erfindungsgemäßen Verfahren und umgekehrt. Insbesondere können natürlich für Vorrichtungsmerkmale auch Verfahrensmerkmale und umgekehrt formuliert sein.The advantages and effects indicated for the energy converters according to the invention naturally apply equally to the methods according to the invention and vice versa. In particular, process features and vice versa can of course also be formulated for device features.
Weitere Vorteile und Merkmale sind der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren zu entnehmen. In den Figuren bezeichnen Bezugszeichen gleiche Merkmale und Funktionen.Further advantages and features can be found in the following description of exemplary embodiments on the basis of the figures. In the figures, reference symbols denote the same features and functions.
Es zeigen:
-
1 eine schematische Schaltbilddarstellung eines BUS-Geräts zum Koppeln von zwei ersten BUS-Leitungen mit zwei zweiten BUS-Leitungen, wobei eine galvanische Kopplung vorgesehen ist, wobei der BUS dem KNX-Standard entspricht; -
2 eine schematische Schaltbilddarstellung für einen Energiewandler des BUS-Geräts gemäß1 ; -
3 eine schematische Schaltbilddarstellung für ein BUS-Gerät basierend auf der Schaltungsanordnung gemäß2 , bei welchem die Energieübertragung und die Kommunikationsübertragung zur galvanischen Trennung über einen gemeinsamen Transformator erfolgt, wobei der Energiefluss und der Kommunikationsfluss in dieselbe Richtung erfolgen; -
4 eine schematische Schaltbilddarstellung wie3 , wobei ein Energiefluss und ein Kommunikationsfluss entgegengesetzt sind; -
5 eine schematische Diagrammdarstellung einer Spannung als Signal an der zweiten Wicklung des Transformators für das BUS-Gerät gemäß4 ; -
6 eine schematische Diagrammdarstellung des Signals gemäß5 nach einer ersten Tiefpassfilterung; -
7 eine schematische Diagrammdarstellung des Signals gemäß6 nach einer weiteren Tiefpassfilterung; -
8 eine schematische Diagrammdarstellung des Signals gemäß7 nach einer Hochpassfilterung; -
9 eine schematische Schaltbilddarstellung eines Ausschnitts basierend auf dem BUS-Gerät gemäß4 ausgelegt für eine Stromerhöhung; -
10 eine schematische Diagrammdarstellung eines Spannungssignals an einem elektrischen Widerstand sowie ein Steuersignal für eine Belastungseinheit; -
11 eine schematische Diagrammdarstellung eines tiefpassgefilterten Signalsgemäß 10 , -
12 eine schematische Diagrammdarstellung wie11 nach einer Hochpassfilterung; -
13 eine schematische Diagrammdarstellung einer Ausgangsspannung eines weiteren Tiefpassfilters sowie eines Signals eines Komparators; -
14 eine schematische Schaltbilddarstellung wie9 jedoch ausgelegt für eine Stromverringerung; -
15 eine schematische Diagrammdarstellung eines Signals einer ersten Strommesseinheit; -
16 eine schematische Diagrammdarstellung des Signals gemäß15 nach einer ersten Hochpassfilterung; -
17 eine schematische Diagrammdarstellung des Signalsgemäß 16 nach einer Tiefpassfilterung; und -
18 eine schematische Diagrammdarstellung des Signals gemäß17 nach einer weiteren Hochpassfilterung.
-
1 a schematic circuit diagram representation of a BUS device for coupling two first BUS lines with two second BUS lines, a galvanic coupling being provided, the BUS corresponding to the KNX standard; -
2 a schematic circuit diagram for an energy converter of the BUS device according to FIG1 ; -
3 a schematic circuit diagram for a BUS device based on the circuit arrangement according to FIG2 , in which the energy transmission and the communication transmission for galvanic isolation take place via a common transformer, the energy flow and the communication flow taking place in the same direction; -
4th a schematic diagram like3 where an energy flow and a communication flow are opposite; -
5 a schematic diagram representation of a voltage as a signal on the second winding of the transformer for the BUS device according to FIG4th ; -
6th a schematic diagram representation of the signal according to FIG5 after a first low-pass filtering; -
7th a schematic diagram representation of the signal according to FIG6th after a further low-pass filtering; -
8th a schematic diagram representation of the signal according to FIG7th after high-pass filtering; -
9 a schematic circuit diagram representation of a section based on the BUS device according to FIG4th designed for an increase in current; -
10 a schematic diagram representation of a voltage signal at an electrical resistor and a control signal for a load unit; -
11 a schematic diagram representation of a low-pass filtered signal according to FIG10 , -
12th a schematic diagram representation of how11 after high-pass filtering; -
13th a schematic diagram representation of an output voltage of a further low-pass filter and a signal of a comparator; -
14th a schematic diagram like9 but designed for current reduction; -
15th a schematic diagram representation of a signal of a first current measuring unit; -
16 a schematic diagram representation of the signal according to FIG15th after a first high-pass filtering; -
17th a schematic diagram representation of the signal according to FIG16 after a low-pass filtering; and -
18th a schematic diagram representation of the signal according to FIG17th after another high-pass filtering.
Die folgenden Ausführungsbeispiele beziehen sich auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Die in den Ausführungsbeispielen angegebenen Merkmale und Merkmalskombinationen können auch einzeln und unabhängig voneinander die Erfindung weiterbilden. Daher umfasst die Offenbarung auch Merkmalskombinationen von Ausführungsformen bei denen aus der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele lediglich einzelne Merkmale umfasst sind.The following exemplary embodiments relate to preferred embodiments of the invention. The features and feature combinations specified in the exemplary embodiments can also further develop the invention individually and independently of one another. The disclosure therefore also includes combinations of features of embodiments in which only individual features are included from the following description of the exemplary embodiments.
Die BUS-Leitungen
Mit dem BUS-Gerät
In
Als erste Wandlereinheit
Die zweite Wicklung
Durch den Schaltbetrieb des MOSFET
Der elektrische Widerstand
Wie aus
Modulationsschaltungen und die Funktion der Modulation sind dem Fachmann ebenfalls dem Grunde nach bekannt, weshalb von detaillierten Erläuterungen vorliegend abgesehen wird. Im vorliegenden Fall ist vorgesehen, dass durch die Einwirkung des Modulators
An der zweiten Wicklung
Durch das BUS-Gerät
In
Das BUS-Gerät
Um einen Datenstrom
Aus
Auf der Primärseite
Der ermittelte zweite Datenstrom
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung, die in den Figuren jedoch nicht dargestellt ist, kann natürlich auch eine Kombination des BUS-Geräts
Die folgenden
In
Aus
Der Komparator, der Modulator, der Demodulator und/oder auch eines oder mehrere der Filter können dem Grunde nach auch zumindest teilweise durch eine programmgesteuerte Rechnereinheit, beispielsweise einem Mikroprozessor oder dergleichen, gebildet sein.The comparator, the modulator, the demodulator and / or also one or more of the filters can basically also be formed at least partially by a program-controlled computer unit, for example a microprocessor or the like.
Anhand der folgenden
Wie aus
Parallel hierzu ist an den Gleichrichter ein Tiefpass angeschlossen, der durch eine Reihenschaltung aus einer Diode
Bei dieser Ausgestaltung des BUS-Geräts
Die
Das Signal des Tiefpassfilters wird dann einem Hochpassfilter zugeführt. Das Hochpassfilter liefert ein Signal gemäß dem Graphen
Im Unterschied zur Schaltungsanordnung gemäß
Durch die Schaltungsanordnung gemäß
Die
In den Diagrammen der
Mit einem Graphen
Aus dem Diagramm gemäß
Also auch mit einem derartig konstruierten BUS-Gerät
Dem Grunde nach kann die Ausgestaltung für das BUS-Gerät
Im Übrigen kann natürlich auch vorgesehen sein, dass das BUS-Gerät
Für den Fachmann ist es leicht ersichtlich, auf welche Weise er die entsprechenden Konstruktionselemente der einzelnen vorgenannten BUS-Geräte miteinander kombiniert, um die gewünschte energietechnische und kommunikationstechnische Übertragung erreichen zu können.For a person skilled in the art, it is easy to see how he combines the corresponding structural elements of the individual aforementioned BUS devices with one another in order to be able to achieve the desired transmission in terms of energy and communication technology.
Die voranstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele dienen ausschließlich der Erläuterung der Erfindung und sollen diese nicht beschränken.The exemplary embodiments described above serve exclusively to explain the invention and are not intended to restrict it.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 1010
- BUS-GerätBUS device
- 1212th
- Opto-KopplerOpto-coupler
- 1414th
- erste Anschlusseinheitfirst connection unit
- 1616
- zweite Anschlusseinheitsecond connection unit
- 1818th
- EnergiewandlerEnergy converter
- 2020th
- erste BUS-Leitungenfirst BUS lines
- 2222nd
- zweite BUS-Leitungensecond BUS lines
- 2424
- TransformtorTransformer gate
- 2626th
- erste Wicklungfirst winding
- 2828
- zweite Wicklungsecond winding
- 3030th
- magnetische Kopplungmagnetic coupling
- 3232
- SpannungsquelleVoltage source
- 3434
- TaktgeneratorClock generator
- 3636
- DatenstromData stream
- 3838
- EnergieflussEnergy flow
- 4040
- Modulatormodulator
- 4242
- BUS-GerätBUS device
- 4444
- BUS-GerätBUS device
- 4646
- erste Wandlereinheitfirst converter unit
- 4848
- zweite Wandlereinheitsecond converter unit
- 5050
- DemodulatorDemodulator
- 5252
- zweiter Datenstromsecond data stream
- 5454
- DetektoreinheitDetector unit
- 5656
- erstes Massepotentialfirst ground potential
- 5858
- zweites Massepotentialsecond ground potential
- 6060
- Graphgraph
- 6262
- Graphgraph
- 6464
- Graphgraph
- 6666
- Graphgraph
- 6868
- Graphgraph
- 7070
- BelastungseinheitLoad unit
- 7272
- DatenstromquelleData stream source
- 7474
- Graphgraph
- 7676
- Graphgraph
- 7878
- Graphgraph
- 8080
- Graphgraph
- 8282
- Graphgraph
- 8484
- Graphgraph
- 8686
- Graphgraph
- 8888
- Graphgraph
- 9090
- Bereicharea
- 9292
- Graphgraph
- 9494
- Graphgraph
- AA.
- PrimärseitePrimary side
- BB.
- SekundärseiteSecondary side
- C15C15
- Kondensatorcapacitor
- D1D1
- Diodediode
- D2D2
- Diodediode
- D3D3
- Diodediode
- D4D4
- ZenerdiodeZener diode
- D13D13
- Diodediode
- M1M1
- MOSFETMOSFET
- R1R1
- elektrischer Widerstandelectrical resistance
- R6R6
- elektrischer Widerstandelectrical resistance
- R10R10
- elektrischer Widerstandelectrical resistance
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102020200672.5A DE102020200672A1 (en) | 2020-01-21 | 2020-01-21 | Galvanically separated energy-technical coupling of at least two-pole energy supply lines |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102020200672.5A DE102020200672A1 (en) | 2020-01-21 | 2020-01-21 | Galvanically separated energy-technical coupling of at least two-pole energy supply lines |
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ID=76650339
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DE102022201461A1 (en) | 2022-02-11 | 2023-08-17 | Zf Friedrichshafen Ag | communication on board a vehicle |
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-
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- 2020-01-21 DE DE102020200672.5A patent/DE102020200672A1/en active Pending
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