EP3582340A1 - Adaptier geräteanschluss - Google Patents

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EP3582340A1
EP3582340A1 EP19179637.4A EP19179637A EP3582340A1 EP 3582340 A1 EP3582340 A1 EP 3582340A1 EP 19179637 A EP19179637 A EP 19179637A EP 3582340 A1 EP3582340 A1 EP 3582340A1
Authority
EP
European Patent Office
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device connection
output
adaptive
voltage
connection
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP19179637.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Antonello Monti
Antonio Riccobono
Brian Schwandt
Mohsen Ferdowsi
Dirk MÜLLER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rheinisch Westlische Technische Hochschuke RWTH
Original Assignee
Rheinisch Westlische Technische Hochschuke RWTH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rheinisch Westlische Technische Hochschuke RWTH filed Critical Rheinisch Westlische Technische Hochschuke RWTH
Publication of EP3582340A1 publication Critical patent/EP3582340A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H01R27/02—Coupling parts adapted for co-operation with two or more dissimilar counterparts for simultaneous co-operation with two or more dissimilar counterparts

Definitions

  • Electrical energy is a widely used means. Today, many things that would be taken for granted would not be possible without energy, so the availability of electrical energy is a prerequisite for development and growth. For example, long-distance communication would not be possible without electrical energy.
  • Energy providers provide z. B. AC voltage in a certain target frequency and target voltage ready.
  • Energy storage by means of accumulators is also based on DC voltage.
  • a (low) AC voltage such as. B. hair dryer or a DC voltage, such as. B. microelectronic devices such. B. computers, radios, cameras, telephones or (at least as an intermediate voltage) z. B. TV, desktop computer, washing machine or dishwasher.
  • DC voltage supply systems could exist, e.g. B. in households or industry.
  • the task is solved by an adaptive device connection.
  • the device connection is used to connect electrical consumers to at least one electrical supply system.
  • An adaptive device connection is also referred to as an intelligent device connection. It has an input for receiving an input voltage and an output for outputting an output voltage.
  • a switching device can switch the output on or off. This has the advantage, for example, that the process of inserting or removing a plug can be secured at the outlet of the device connection.
  • the device connection has a detection device that detects whether a device plug is connected to the output and which output voltage is required for the consumer connected via the device plug. If a device plug is plugged in at the output, the detected output voltage is made available at the output by the switching device acting on the output with the detected output voltage.
  • the output voltage is a DC voltage. This enables the connection and supply of energy from consumers who require a DC voltage.
  • the input voltage is an AC voltage.
  • This can, for example, come from an AC power supply network, such as is made available by energy suppliers, for example.
  • the explosion protection of the device connection can be achieved, for example, by avoiding an arc when operating with an output voltage of 60 V or higher.
  • a procedure is followed when removing the device plug, which ensures that the output voltage is switched off by the switching device before the device plug is completely removed.
  • a procedure when connecting the device plug and device connector ensures that the output voltage is only switched on by the switching device when the device plug and device connection are connected. This helps to avoid undesired arcing.
  • the switching device has a FET transistor, in particular in order to safely and quickly lower a high DC voltage when the device plug is unplugged.
  • data are exchanged between the device connection and the device plug via the detection device, said data comprising information about the desired output voltage. It is particularly advantageous to design the detection device as a near-field communication device, so that the device plug and the device connection can exchange data via near-field communication, which preferably include information about the required output voltage.
  • the data can also contain further information about the properties of the consumer to be connected, for example information about a maximum permissible current.
  • the device connection has a display device for displaying status data.
  • a display device for displaying status data.
  • This can be, for example, a light emitting diode that signals whether the switching device has switched the output voltage on or off. It is also possible to signal if a desired output voltage cannot be provided.
  • Status data can optionally also include information about the currently available output voltage and / or the currently available output current, which is then displayed on a display device in the form of a screen.
  • the device connection has a communication device which makes it possible to communicate in a wired manner via an energy supply network. This makes it possible to provide data communication in addition to energy.
  • an adaptive device connection is provided.
  • Fig. 1 shows an embodiment of such an adaptive device connection A.
  • Input voltage is made available to the adaptive device connection A via a socket S1.
  • Device plugs P1 and P2 can be plugged into device connection A and supplied with voltage.
  • Various output voltages can be made available at the output of the adaptive device connection A. These can be fed to the adaptive device connection A on the one hand or can be provided on site by corresponding converters. Insofar as reference is made to converters in the context of the invention, this means a voltage and / or frequency conversion in the most general sense, i. h an AC voltage for AC voltage conversion as well as a DC voltage for AC voltage conversion or an AC voltage for DC voltage conversion, optionally with a corresponding frequency conversion.
  • the transmission can be understood as a one-sided or mutual exchange of data. Are the data exchanged? H. If the network-side device is in possession of the necessary data and the desired voltage can be made available, the device connection for releasing the requested voltage is activated and the requested voltage can now be made available to the consumer.
  • An example of a data exchange is e.g. B. possible by means of suitable near-field communication, but without being limited to this.
  • Near field communication can e.g. B. using known (passive or active) near-field communication based on NFC, RFID, ZigBee, Bluetooth Low Energy, ... enabled.
  • the adaptive device connection A also has, for example, a tag reader TR, which is able to communicate with a tag PT1 on the device connector P1 and / or a tag PT2 on the device connector P2.
  • the communication then includes, for example, PT1 and PT2 include, for example, information about the voltage required at the output of the device connection A. In the example shown, AC voltage AC is required for the P1 connector and DC voltage DC for the P2 connector.
  • the adaptive device connection further comprises a switch with associated switching device which is able to switch the output voltage on or off.
  • a switch with associated switching device which is able to switch the output voltage on or off.
  • an optical sensor could also read an optical (one- or multi-dimensional) coding from a connector P1, P2.
  • a further possibility for recognizing a required output voltage at the adaptive device connection A is a resistor arrangement, as is shown in FIG Fig. 4 is explained in more detail.
  • the reading can take place alternatively or additionally.
  • the form of the pins on the plugs P1 and P2 can also ensure reverse polarity protection.
  • opening 1 on device connection A offers space for a pin with a triangular cutting surface
  • opening 2 on device connection A offers space for a pin with circular cutting surface.
  • Fig. 2 shows a device plug P3 and an adaptive device connector S2 integrated into a socket.
  • the device connection S2 offers several different connection options. It has an AC voltage connection 3 for devices that use AC voltage, e.g. B. need 220 VAC for Europe or 110 VAC for USA / Canada. There is also a 24V / 48V DC connection 4 that can supply devices that require 24V / 48V DC voltage.
  • connection 5 is provided to provide DC voltages between 5V and 60V, e.g. B. for mobile devices or computers.
  • the connection also has a switch 6 in order to ensure a secure connection and disconnection of a plug from connection 5.
  • the connection 5 has a converter from alternating voltage to direct voltage. Electronic devices can then be connected directly to the socket S2 via a plug P3 and no longer require their own frequency conversion.
  • the plug P3 preferably has a circuit arrangement which allows the socket S2 to recognize which voltage is required for the device belonging to P3. Each device has a P3 connector suitable for its required input voltage.
  • the device plug P3 also has a switch 7, which ensures a secure connection and disconnection of the plug P3 and the connection 5 and, for example, a procedure 300 for disconnecting the connection when the switch 7 is actuated Fig. 5 or a procedure Figure 6A passes.
  • the socket S2 further comprises display means 8, for. B. one or more LEDs. These can indicate, for example, whether there is voltage at the output or not.
  • display means 8 for. B. one or more LEDs. These can indicate, for example, whether there is voltage at the output or not.
  • connections in the form of outputs 9 are provided for supply with 5V DC voltage. This can e.g. B. USB ports.
  • Fig. 3 shows a block diagram of an adaptive device connector S2 integrated into a socket with connector P3.
  • the input voltage VI is supplied at the input 90.
  • VI can be, for example, 110 VAC or 220 VAC AC.
  • the AC voltage is converted into DC voltage in the conversion unit 100.
  • a DC voltage from a DC voltage network for example in the amount of 48 V, can be supplied via input 130.
  • the conversion unit 110 the DC voltage is then converted to the DC voltage required at the output 140, for example in the range from 5V to 60V, and is output at the output 140 to the connector P3.
  • the required DC voltage is transmitted from the connector P3 to a control device 120.
  • the control device 120 sets the conversion unit 110 to the required output voltage.
  • the DC voltage required at output 140 is encoded in the form of a resistor, for example, in the plug and read out by unit 120.
  • a voltage divider is shown by way of example using resistors.
  • the resistor Rselect in connector P4 defines the voltage required on connector P4.
  • FIG. 5 A sequence 200 for connecting a plug to a device connection according to the invention is shown. Furthermore, a sequence 300 for removing a plug from a device connection is shown. An arc and an associated risk of explosion are to be avoided in the adaptive device connection. Arcs can occur at DC voltages of 60V and above. If a connector is removed from the adaptive device connector before the output capacitance has been discharged, there is a risk of an arc discharge. In order to ensure that the output capacity of the device connection is now completely discharged before the plug is removed, the procedure 300 can be carried out, for example Fig. 5 be run through.
  • the procedure 300 is started, for example, by recognizing the actuation of a switch in step 320.
  • the switch can be attached to the connector P3 or to the device connection S2.
  • the procedure can be triggered in step 320 via control pins suitably arranged in the connector P3 become.
  • the output capacitor is discharged via a resistor and a MOSFET component.
  • MOSFETs and resistors can withstand very high currents over short periods of time and are therefore well suited for such a function.
  • the device connection S2 is then switched off in step 340.
  • the connector P3 can be removed in step 350.
  • the end of the procedure is reached in step 360.
  • step 200 it is recognized after the start of the procedure in step 210 whether the connector P3 has been connected to the device connection S2 in step 220.
  • the device connection S2 is switched on in step 230 and the FET for discharging the output capacitance is switched off in step 240.
  • the voltage conversion in unit 110 is then started in step 250 and the procedure is ended in step 260.
  • FIG. 6A shows a further embodiment of a disconnection process 400 of device connection S2 and connector P3.
  • the activation of the switch 6 or 7 is recognized in step 420.
  • step 430 voltage conversion is stopped by unit 110.
  • step 440 the circuit for discharging the output capacitor is turned on and the output capacitor is discharged.
  • step 450 a possibly existing LED is switched off to signal that the voltage is low enough to remove the connector P3.
  • step 460 it is recognized that the plug is removed and in step 470 the device connection S2 assumes an energy-saving mode, also called “sleep mode”.
  • the process ends with step 480.
  • FIG. 6B shows a further embodiment of a separation process 500 of device connection S2 and connector P3.
  • step 520 it is recognized in step 520 whether the plug P3 is removed from the device connection S2, ie whether the control pins are already disconnected and the voltage pins are still connected.
  • a possible construction of a suitable connector P3 for such a detection is shown in FIG Fig. 7 and 8th be explained.
  • step 530 voltage conversion is stopped by unit 110.
  • step 540 the circuit for discharging the output capacitor is turned on and the output capacitor is discharged.
  • step 550 a possibly existing LED is switched off to signal that the voltage is low enough to remove the connector P3.
  • step 560 it is recognized that the plug is removed and in step 570 it is removed the device connection S2 enters an energy-saving mode, also called "sleep mode". The process ends with step 580.
  • Fig. 7 shows schematically an embodiment of a connector P3 with switch 7, pin-1 and pin-2 for voltage transmission and other pins that are shorter than pin-1 and pin-2. Because the other pins are shorter than the voltage-transmitting pins Pin-1 and Pin-2, when the connector P3 is removed from the device connection S2, the further pins are released first and can be recognized according to sequence 500 as a separation of control pins in step 520.
  • the switch P3 can also be used for a drain 400 by the switch 7. In other exemplary embodiments, the plug P3 does not include a switch 7.
  • the connector P3 can contain the data for the selection of the voltage.
  • the connector P3 can also be able to pass on this data through the connecting part in the form of its pins.
  • Fig. 8 shows a possible pin assignment of an embodiment of a connector P3.
  • Pin-1 and Pin-2 show the voltage transmitting pins.
  • Pin-3 and Pin-4 are used to determine the required output voltage by connecting them to a Rselect resistor. Rselect can alternatively be installed in connector P3 or in a device supplied with voltage via connector P3.
  • Pin-5 and Pin-6 should be short-circuited and switch on the device connection S2.
  • Pin-7 and Pin-8 enable the overcurrent threshold to be set by connecting it to an RCS resistor.
  • Pin-9 and Pin-10 determine e.g. B. whether a switch 6 or 7 was operated.
  • the optional LED to indicate whether there is voltage at the output is connected, for example, by Pin-11 and Pin-12.
  • a resistor can be installed in connector P3 to control the brightness of the LED. This is advantageous in order to adapt the brightness of the LED to the output voltage.
  • Fig. 9 shows a section through a system of connector P3 and device connection S2, in which the device connection S2 is installed in a wall 900 in a flush-mounted manner.
  • the supply of voltage from z. B. an energy distribution network via a feed 950.
  • Fig. 10 shows an example of an embodiment S2 'of an adaptive device connection A' which is plugged into a socket S3.
  • the device connection A' can be removed from the socket S3.
  • the device connection A ' has a variable output voltage, it can also be used for a wide variety of devices.
  • he could e.g. B. in a vehicle as a versatile adapter for various mobile devices and other consumers be used.
  • the device connection A 'can be designed, for example, for different DC input voltages, it can also be used for different vehicle electrical system voltages.

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  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Details Of Connecting Devices For Male And Female Coupling (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen adaptiven Geräteanschluss (A, S2, A'), aufweisend einen Eingang zur Entgegennahme einer Eingangsspannung und einen Ausgang zur Abgabe einer Ausgangsspannung, wobei der adaptive Geräteanschluss (A, S2, A') weiterhin eine Schalteinrichtung aufweist, wobei die Schalteinrichtung den Ausgang ein- oder ausschalten kann, wobei der adaptive Geräteanschluss (A, S2, A') weiterhin einen Erkennungseinrichtung aufweist, wobei die Erkennungseinrichtung erkennt, ob ein Gerätestecker (P1, P2, P3) am Ausgang angeschlossen ist, und wobei die Erkennungseinrichtung weiterhin erkennt, welche Ausgangsspannung am Ausgang bereitgestellt werden soll, wobei wenn ein Gerätestecker (P1, P2, P3) am Ausgang erkannt wurde, die Schalteinrichtung den Ausgang mit der erkannten Ausgangsspannung beaufschlagt.

Description

  • Elektrische Energie ist ein viel genutztes Mittel. Ohne Energie wären heute viele selbstverständliche Dinge nicht realisierbar und so ist die Verfügbarkeit von elektrischer Energie eine Voraussetzung für Entwicklung und Wachstum. Beispielsweise wäre ohne elektrische Energie Kommunikation über weite Strecken nicht möglich.
  • Elektrische Energie wird dabei in Haushalten und Industrie in der unterschiedlichsten Form verwendet. Zugleich ist aber auch festzustellen, dass in zunehmendem Maße die elektrische Energieerzeugung als auch der Verbrauch von elektrischer Energie variabler wird.
  • Energieversorger stellen z. B. Wechselspannung in einer bestimmten Soll-Frequenz und SollSpannung bereit. Lokale Kraftwerke zur Wandlung von z. B. Windenergie oder Lichtenergie in elektrische Energie stellen dagegen häufig Gleichspannungen in unterschiedlicher Spannung zur Verfügung. Auch die Energiespeicherung mittels Akkumulatoren basiert auf Gleichspannung.
  • Zugleich ergibt sich die Situation, das in aller Regel die von den Energieversorgungsunternehmen angebotene Wechselspannung auf Seiten der Verbraucher in Gleichspannung anderer Größe oder Wechselspannung anderer Größe gewandelt wird.
  • Gegenwärtige haushaltsübliche Geräten verlangen beispielsweise eine (niedrige) Wechselspannung, wie z. B. Haartockner oder eine Gleichspannung, wie z. B. mikroelektronische Geräte, wie z. B. Computer, Radios, Kameras, Telefone oder aber auch (zumindest als Zwischenspannung) z. B. Fernseher, Desktop Computer, Waschmaschinen oder Geschirrspüler.
  • In der Zukunft könnten zusätzlich zu den klassischen Wechselspannungs-Versorgungssystemen Gleichspannungs-Versorgungssysteme existieren, z. B. in Haushalten oder Industrie.
  • Vor diesem Hintergrund ist es unter anderem Aufgabe der Erfindung, einen Geräteanschluss zur Verfügung zu stellen, der den Anschluss von Verbrauchern an elektrische Versorgungssysteme verbessert. Auch für andere Probleme, die nachfolgend in der Beschreibung aufgezeigt werden, bietet die Erfindung Lösungen an.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch einen adaptiven Geräteanschluss. Der Geräteanschluss dient zum Anschluss von elektrischen Verbrauchern an zumindest ein elektrisches Versorgungssystem. Ein adaptiver Geräteanschluss wird auch als intelligenter Geräteanschluss bezeichnet. Er weist einen Eingang zur Entgegennahme einer Eingangsspannung und einen Ausgang zur Abgabe einer Ausgangsspannung auf. Eine Schalteinrichtung kann den Ausgang ein- oder ausschalten. Dies hat zum Beispiel den Vorteil, dass der Vorgang des Einsteckens oder Aussteckens eines Steckers am Ausgang des Geräteanschlusses gesichert werden kann. Weiter weist der Geräteanschluss eine Erkennungseinrichtung auf, die erkennt, ob ein Gerätestecker am Ausgang angeschlossen ist und welche Ausgangsspannung für den über den Gerätestecker verbundenen Verbraucher benötigt wird. Falls ein Gerätestecker am Ausgang eingesteckt ist, wird die erkannte Ausgangsspannung am Ausgang bereitgestellt, indem die Schalteinrichtung den Ausgang mit der erkannten Ausgangsspannung beaufschlagt. Dies hat den Vorteil, dass für Geräte mit verschiedenen benötigten Spannungen die jeweilige richtige Spannung zur Verfügung gestellt werden kann. Durch die Zurverfügungstellung der Möglichkeit, den Ausgang einzuschalten und/oder auszuschalten ist dies überdies in besonders sicherer Weise möglich, so dass auch Spannungen zur Verfügung gestellt werden können, für die das Einstecken oder Ausstecken eines Steckers sonst womöglich zu gefährlich wäre.
  • In einem Ausführungsbeispiel ist die Ausgangsspannung eine Gleichspannung. Dies ermöglicht den Anschluss und Versorgung mit Energie von Verbrauchern, die eine Gleichspannung benötigen.
  • In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Eingangsspannung eine Wechselspannung. Diese kann zum Beispiel aus einem Wechselspannungs-Energieversorgungsnetz stammen, wie sie beispielsweise von Energieversorgern zur Verfügung gestellt wird.
  • Der Explosionsschutz des Geräteanschlusses kann beispielsweise durch die Vermeidung eines Lichtbogens beim Betrieb mit einer Ausgangsspannung von 60 V oder höher erreicht werden. Hierzu wird beim Entfernen des Gerätesteckers eine Prozedur durchlaufen, die sicherstellt, dass die Ausgangsspannung durch die Schalteinrichtung ausgeschaltet wird, bevor der Gerätestecker komplett entfernt ist. In ähnlicher Weise stellt eine Prozedur beim Verbinden von Gerätestecker und Geräteanschluss sicher, dass die Ausgangsspannung durch die Schalteinrichtung erst eingeschaltet wird, wenn Gerätestecker und Geräteanschluss verbunden sind. Dies unterstützt bei der Vermeidung von unerwünschten Lichtbögen. In einer Ausgestaltung der Erfindung weist die Schalteinrichtung einen FET-Transistor auf, insbesondere um eine hohe Gleichspannung beim Ausstecken des Gerätesteckers sicher und schnell abzusenken.
  • In einem weiteren Ausführungsbeispiel werden über die Erkennungseinrichtung Daten zwischen Geräteanschluss und Gerätestecker ausgetauscht, die Informationen über die gewünschte Ausgangsspannung umfassen. Besonders vorteilhaft ist es dabei die Erkennungseinrichtung als Nahfeldkommunikationseinrichtung auszubilden, so dass der Gerätestecker und der Geräteanschluss Daten über Nahfeldkommunikation austauschen können, die bevorzugt Informationen über die benötigte Ausgangsspannung umfassen. Die Daten können dabei auch weitere Informationen über Eigenschaften des anzuschließenden Verbrauchers enthalten, zum Beispiel Informationen über einen maximal zulässigen Strom.
  • In einem weiteren Ausführungsbeispiel weist der Geräteanschluss eine Anzeigeeinrichtung zur Anzeige von Statusdaten auf. Dies kann zum Beispiel eine Leuchtdiode sein, die signalisiert, ob die Schalteinrichtung die Ausgangsspannung eingeschaltet oder ausgeschaltet hat. Ebenfalls möglich ist zu signalisieren, falls eine gewünschte Ausgangsspannung nicht zur Verfügung gestellt werden kann. Statusdaten können optional ebenfalls Informationen über die aktuell zur Verfügung gestellte Ausgangsspannung und/oder den aktuell zur Verfügung gestellten Ausgangsstrom umfassen, die dann auf einer Anzeigeeinrichtung in Form eines Bildschirmes angezeigt werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform weist der Geräteanschluss eine Kommunikationseinrichtung auf, die es ermöglicht drahtgebunden über ein Energieversorgungsnetz zu kommunizieren. Hierdurch wird es ermöglicht, zusätzlich zur Energie auch Datenkommunikation bereitzustellen.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen sowie der Beschreibung und Figuren.
  • Nachfolgend wird die Erfindung näher unter Bezug auf die Figuren erläutert. In diesen zeigt:
    • Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung,
    • Fig. 2 eine weitere schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung,
    • Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Geräteanschlusses mit Gerätestecker,
    • Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Widerstandsanordnung zur Kodierung einer Ausgangsspannung,
    • Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel für den Ablauf beim Verbinden von Geräteanschluss und Gerätestecker sowie ein Ausführungsbeispiel für den Ablauf beim Trennen von Geräteanschluss und Gerätestecker,
    • Fig. 6A ein Ausführungsbeispiel zum Ablauf beim Trennen von Geräteanschluss und Gerätestecker,
    • Fig. 6B ein Ausführungsbeispiel zum Ablauf beim Trennen von Geräteanschluss und Gerätestecker,
    • Fig. 7 ein Ausführungsbeispiel der Pinbelegung einer Geräteanschluss und Gerätestecker Kombination,
    • Fig. 8 Schnitte durch Gerätestecker und Geräteanschlusses,
    • Fig. 9 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Gerätesteckers,
    • Fig. 10 eine weitere schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Gerätesteckers.
  • Nachfolgend wird die Erfindung eingehender unter Bezugnahme auf die Figuren dargestellt werden. Dabei ist anzumerken, dass unterschiedliche Aspekte beschrieben werden, die jeweils einzeln oder in Kombination zum Einsatz kommen können. D. h. jeglicher Aspekt kann mit unterschiedlichen Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden, soweit nicht explizit als reine Alternative dargestellt.
  • Weiterhin wird nachfolgend der Einfachheit halber in aller Regel immer nur auf eine Entität Bezug genommen werden. Soweit nicht explizit vermerkt, kann die Erfindung aber auch jeweils mehrere der betroffenen Entitäten aufweisen. Insofern ist die Verwendung der Wörter "ein", "eine" und "eines" nur als Hinweis darauf zu verstehen, dass in einer einfachen Ausführungsform zumindest eine Entität verwendet wird.
  • In Ausführungsformen der Erfindung wird ein adaptiver Geräteanschluss bereitgestellt. Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines solchen adaptiven Geräteanschlusses A. Eingangsspannung wird dem adaptiven Geräteanschluss A über eine Steckdose S1 zur Verfügung gestellt. Gerätestecker P1 und P2 können in den Geräteanschluss A eingesteckt werden und mit Spannung versorgt werden.
  • Am Ausgang des adaptiven Geräteanschlusses A können verschiedene Ausgangsspannungen zur Verfügung gestellt werden. Diese können zum einen dem adaptiven Geräteanschluss A zugeführt werden oder aber durch entsprechende Wandler vor Ort bereitgestellt werden. Soweit im Rahmen der Erfindung auf Wandler Bezug genommen wird, ist damit eine Spannungs- und/oder Frequenzkonversion im allgemeinsten Sinne gemeint, d. h eine Wechselspannung zur Wechselspannungs-Konversion ebenso wie eine Gleichspannung zu Wechselspannungs-Konversion oder eine Wechselspannung zu Gleichspannungs-Konversion, optional jeweils mit entsprechender Frequenzkonversion.
  • Um nunmehr die von einem Verbraucher benötigte Spannung korrekt zur Verfügung zu stellen und somit Schäden am Verbraucher zu vermeiden, werden (zumindest) Daten in Bezug auf die benötigte Spannung zur Verfügung gestellt. Diese Zurverfügungstellung kann unterschiedlich ausgestaltet sein. Die Übermittlung kann als einseitiger oder wechselseitiger Austausch von Daten verstanden werden. Sind die Daten ausgetauscht, d. h. ist die netzseitige Einrichtung im Besitz der notwendigen Daten und kann die gewünschte Spannung zur Verfügung gestellt werden, so wird der Geräteanschluss zur Abgabe der angeforderten Spannung freigeschaltet und nunmehr kann die angeforderte Spannung an den Verbraucher zur Verfügung gestellt werden.
  • Ein Beispiel eines Datenaustausches ist z. B. mittels geeigneter Nahfeldkommunikation möglich, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein. Nahfeldkommunikation kann z. B. mittels bekannter (passiver oder aktiver) Nahfeldkommunikation auf Basis von NFC, RFID, ZigBee, Bluetooth Low Energy, ... ermöglicht werden. Zur Nahfeldkommunikation verfügt der adaptive Geräteanschluss A zum Beispiel weiter über einen Tag-Reader TR, welcher in der Lage ist, mit einem Tag PT1 auf dem Gerätestecker P1 und/oder einem Tag PT2 auf dem Gerätestecker P2 in Kommunikation zu treten. Die Kommunikation umfasst dann beispielsweise PT1 und PT2 umfassen beispielsweise Informationen über die am Ausgang des Geräteanschlusses A benötigte Spannung. Im dargestellten Beispiel wird für den Gerätestecker P1 Wechselspannung AC benötigt und für den Gerätestecker P2 Gleichspannung DC. Der adaptive Geräteanschluss umfasst weiter einen Schalter mit zugehöriger Schalteinrichtung, die in der Lage ist, die Ausgangsspannung ein- oder auszuschalten. Für die Nahfeldkommunikation kann zum Beispiel vorgesehen sein, dass ein Tag PT1 oder PT2 bei Annäherung an einen adaptiven Geräteanschluss A induktiv mit Energie versorgt wird und somit eine Datenübertragung zwischen dem Tag PT1, PT2 und dem Tag-Reader TR ermöglicht wird.
  • Zum Erkennen der geforderten Ausgangsspannung könnte auch ein optischer Sensor eine optische (ein- oder mehrdimensionale) Kodierung von einem Stecker P1, P2 ablesen. Eine weitere Möglichkeit zum Erkennen einer geforderten Ausgangsspannung am adaptiven Geräteanschluss A ist eine Widerstandsanordnung, wie sie anhand von Fig. 4 näher erläutert wird.
  • Das Auslesen kann dabei alternativ oder zusätzlich erfolgen. Zudem kann vorgesehen sein, dass, wenn mehrere Möglichkeiten zum Auslesen der Information zur Verfügung stehen, die auf verschiedenen Wegen erhaltenen Informationen ausgewertet werden. Eine Auswertung kann z.B. ergeben, dass die Informationen nicht übereinstimmen. Dann könnte vorgesehen sein, dass der Geräteanschlusses A keine Spannung oder nur die geringere Spannung und/oder nur einen geringen Strom und/oder eine Warnmeldung zur Verfügung stellt.
  • Durch Form der Pins an den Steckern P1 und P2 kann überdies ein Verpolungsschutz gewährleistet werden. So bietet zum Beispiel die Öffnung 1 am Geräteanschluss A Raum für einen Pin mit dreieckiger Schnittfläche und die Öffnung 2 am Geräteanschluss A Raum für einen Pin mit kreisförmiger Schnittfläche.
  • Fig. 2 zeigt einen Gerätestecker P3 und einen in eine Steckdose integrierten adaptiven Geräteanschluss S2. Der Geräteanschluss S2 bietet mehrere verschiedene Verbindungsmöglichkeiten. Er weist einen Wechselspannungs-Anschluss 3 für Geräte, die Wechselspannung, z. B. 220 VAC für Europa oder 110 VAC für USA/Kanada, benötigen, auf. Außerdem ist ein 24V/48V DC Anschluss 4 vorhanden, der Geräte versorgen kann, die 24V/48V Gleichspannung benötigen.
  • Der Anschluss 5 ist vorgesehen, um Gleichspannungen zwischen 5V und 60V zur Verfügung zu stellen, z. B. für mobile Geräte oder Computer. Der Anschluss weist weiter einen Schalter 6 auf, um ein sicheres Verbinden und Trennen eines Steckers von Anschluss 5 zu gewährleisten. Der Anschluss 5 weist einen Wandler von Wechselspannung zu Gleichspannung auf. Elektronische Geräte können dann über einen Stecker P3 direkt mit der Steckdose S2 verbunden werden und benötigen keine eigene Frequenzkonversion mehr. Bevorzugt weist der Stecker P3 eine Schaltungsanordnung auf, die es der Steckdose S2 erlaubt zu erkennen, welche Spannung für das zu P3 gehörige Gerät benötigt wird. So weist jedes Gerät einen für seine benötigte Eingangsspannung passenden Gerätestecker P3 auf. Der Gerätestecker P3 weist ebenfalls einen Schalter 7 auf, der ein sicheres Verbinden und Trennen von Stecker P3 und Anschluss 5 gewährleistet und bei Betätigen des Schalters 7 beispielsweise eine Prozedur 300 zum Trennen der Verbindung nach Fig. 5 oder einer Prozedur nach Fig. 6A durchläuft.
  • Die Steckdose S2 umfasst weiter Anzeigemittel 8, z. B. eine oder mehrere LED's. Diese können beispielsweise anzeigen, ob Spannung am Ausgang anliegt oder nicht. Außerdem sind Anschlüsse in Form von Ausgängen 9 zur Versorgung mit 5V Gleichspannung vorgesehen. Dies können z. B. USB-Anschlüsse sein.
  • Fig. 3 zeigt ein Blockdiagramm eines in eine Steckdose integrierten adaptiven Geräteanschlusses S2 mit Stecker P3. Am Eingang 90 wird die Eingangsspannung VI zugeführt. VI kann beispielsweise 110 VAC oder 220 VAC Wechselspannung sein. In der Konversionseinheit 100 wird die Wechselspannung in Gleichspannung konvertiert. Zusätzlich kann über den Eingang 130 eine Gleichspannung aus einem Gleichspannungsnetz, beispielsweise in Höhe von 48 V zugeführt werden. In der Konversionseinheit 110 wird die Gleichspannung dann auf die am Ausgang 140 benötigte Gleichspannung, beispielsweise im Bereich von 5V bis 60V konvertiert und am Ausgang 140 an den Stecker P3 abgegeben. Die benötigte Gleichspannung wird vom Stecker P3 an eine Steuereinrichtung 120 übertragen. Die Steuereinrichtung 120 stellt dann die Konversionseinheit 110 auf die benötigte Ausgangsspannung ein. Die am Ausgang 140 benötigte Gleichspannung wird dabei zum Beispiel im Stecker in Form eines Widerstandes codiert und von der Einheit 120 ausgelesen.
  • In Fig. 4 ist beispielhaft ein Spannungsteiler anhand von Widerständen dargestellt. Der Widerstand Rselect im Stecker P4 definiert dabei die am Stecker P4 benötigte Spannung. Die Auswahl der Spannung VSelect erfolgt dabei im Geräteanschluss S2 anhand der am Spannungsteiler zwischen VRef und Erde anliegenden Spannung: Vselect = VRef ⋅ Rselect R + Rselect .
    Figure imgb0001
  • In Fig. 5 ist ein Ablauf 200 zum Verbinden eines Steckers mit einem erfindungsgemäßen Geräteanschluss dargestellt. Des Weiteren ist ein Ablauf 300 zum Entfernen eines Steckers von einem Geräteanschluss dargestellt. In dem adaptiven Geräteanschluss soll ein Lichtbogen und eine damit verbundene Explosionsgefahr vermieden werden. Lichtbögen können bei Gleichspannungen von 60V und darüber entstehen. Falls ein Stecker von dem adaptiven Geräteanschluss entfernt wird, bevor die Ausgangskapazität entladen wurde, besteht die Gefahr einer Entladung über einen Lichtbogen. Um sicherzustellen, dass nun die Ausgangskapazität des Geräteanschlusses vollständig entladen ist, bevor der Stecker entfernt wird, kann beispielsweise die Prozedur 300 aus Fig. 5 durchlaufen werden.
  • Hierbei wird die Prozedur 300 beispielsweise durch Erkennen der Betätigung eines Schalters in Schritt 320 gestartet. Der Schalter kann dabei am Stecker P3 oder am Geräteanschluss S2 angebracht sein. Nach Erkennen der Betätigung des Schalters in Schritt 320 wird die Spannungskonversion durch die Einheit 110 gestoppt. Alternative oder zusätzlich kann in Schritt 320 die Prozedur über im Stecker P3 geeignet angeordnete Kontrollpins ausgelöst werden. Dabei ist bei Design des Steckers P3 darauf zu achten, dass die Kontrollpins beim Entfernen zuerst gelöst werden, während die spannungsführenden PINs noch verbunden sind.
  • Im nächsten Schritt 330 wird der Ausgangskondensator über einen Widerstand und ein MOSFET Bauteil entladen. MOSFETs und Widerstände können sehr hohen Strömen über kurze Zeitperioden widerstehen und sind deshalb für eine solche Funktion gut geeignet. In Schritt 340 wird dann der Geräteanschluss S2 ausgeschaltet. Nachdem der Ausgangskondensator entladen ist, kann in Schritt 350 der Stecker P3 entfernt werden. Das Ende der Prozedur ist in Schritt 360 erreicht.
  • Bei der Prozedur 200 beim Verbinden von Stecker P3 und Geräteanschluss S2 wird nach dem Start der Prozedur in Schritt 210 erkannt, ob der Stecker P3 mit dem Geräteanschluss S2 in Schritt 220 verbunden wurde. In Schritt 230 wird der Geräteanschluss S2 eingeschaltet und in Schritt 240 der FET zur Entladung der Ausgangskapazität ausgeschaltet. In Schritt 250 wird daraufhin die Spannungskonversion in Einheit 110 gestartet und die Prozedur in Schritt 260 beendet.
  • Fig. 6A zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Trennungsablaufes 400 von Geräteanschluss S2 und Stecker P3. Nach dem Start 410 des Trennungsablaufes wird in Schritt 420 die Betätigung des Schalters 6 oder 7 erkannt. In Schritt 430 wird die Spannungskonversion durch Einheit 110 gestoppt. In Schritt 440 wird dann der Schaltkreis zum Entladen des Ausgangskondensators eingeschaltet und der Ausgangskondensator entladen. In Schritt 450 wird eine evtl. vorhandene LED ausgeschaltet, um zu signalisieren, dass die Spannung niedrig genug ist, um den Stecker P3 zu entfernen. In Schritt 460 wird erkannt, dass der Stecker entfernt ist und in Schritt 470 nimmt der Geräteanschluss S2 einen Energiesparmodus ein, auch "Sleep Mode" genannt. Beendet wird der Ablauf mit Schritt 480.
  • Fig. 6B zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Trennungsablaufes 500 von Geräteanschluss S2 und Stecker P3. Nach dem Start 510 des Trennungsablaufes wird in Schritt 520 erkannt, ob der Stecker P3 aus dem Geräteanschluss S2 entfernt wird, d. h. ob die Steuerpins bereits getrennt sind und die Spannungspins noch verbunden sind. Ein möglicher Aufbau eine geeigneten Steckers P3 für eine solche Erkennung wir anhand von Fig. 7 und 8 erklärt werden. In Schritt 530 wird die Spannungskonversion durch Einheit 110 gestoppt. In Schritt 540 wird dann der Schaltkreis zum Entladen des Ausgangskondensators eingeschaltet und der Ausgangskondensator entladen. In Schritt 550 wird eine evtl. vorhandene LED ausgeschaltet, um zu signalisieren, dass die Spannung niedrig genug ist, um den Stecker P3 zu entfernen. In Schritt 560 wird erkannt, dass der Stecker entfernt ist und in Schritt 570 nimmt der Geräteanschluss S2 einen Energiesparmodus ein, auch "Sleep Mode" genannt. Beendet wird der Ablauf mit Schritt 580.
  • Fig. 7 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Steckers P3 mit Schalter 7, Pin-1 und Pin-2 zur Spannungsübertragung und weiteren Pins, die kürzer sind als Pin-1 und Pin-2. Dadurch, dass die weiteren Pins kürzer sind als die Spannungsübertragenden Pins Pin-1 und Pin-2, werden beim Entfernen des Steckers P3 vom Geräteanschluss S2 die weiteren Pins, zuerst gelöst und können gemäß Ablauf 500 als Trennung von Steuerpins in Schritt 520 erkannt werden. Durch den Schalter 7 kann der Stecker P3 auch für einen Ablauf 400 genutzt werden. In anderen Ausführungsbeispielen beinhaltet der Steckers P3 keinen Schalter 7.
  • Der Stecker P3 kann die Daten für die Auswahl der Spannung enthalten. Der Stecker P3 kann auch in der Lage sein, diese Daten durch den Verbindungsteil in Form seiner Pins weiterzugeben. Fig. 8 zeigt eine mögliche Pinbelegung eines Ausführungsbeispiels eines Steckers P3. Hierbei zeigen Pin-1 und Pin-2 die spannungsübertragenden Pins. Pin-3 und Pin-4 dienen der Ermittlung der benötigten Ausgangsspannung, durch die Verschaltung mit einem Widerstand Rselect. Rselect kann alternativ im Stecker P3 oder in einem über den Stecker P3 mit Spannung versorgten Gerät verbaut sein. Pin-5 und Pin-6 sollten kurzgeschlossen sein und den Geräteanschlusses S2 einschalten. Pin-7 und Pin-8 ermöglichen das Einstellen der Überstrom-Schwelle durch die Verschaltung mit einem Widerstand RCS. Pin-9 und Pin-10 ermitteln z. B. ob ein Schalter 6 oder7 betätigt wurde. Wenn diese Pinverbindung getrennt wird, wir der Ausgangskondensator entladen, wie anhand von Fig. 5 und Fig. 6A beschrieben. Die optionale LED zur Anzeige, ob eine Spannung am Ausgang anliegt, ist beispielsweise durch Pin-11 und Pin-12 verschaltet. Dabei kann zur Steuerung der Helligkeit der LED ein Widerstand im Stecker P3 verbaut sein. Dies ist vorteilhaft, um die Helligkeit der LED der Ausgangsspannung anzupassen.
  • Fig. 9 zeigt einen Schnitt durch ein System aus Stecker P3 und Geräteanschluss S2, bei dem der Geräteanschluss S2 unter Putz in einer Wand 900 verbaut ist. Die Zuführung von Spannung aus z. B. einem Energieverteilnetz erfolgt über eine Zuführung 950.
  • Fig. 10 zeigt beispielhaft ein Ausführungsbeispiel S2' eines adaptiven Geräteanschlusses A' der auf eine Steckdose S3 aufgesteckt ist. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel S2' kann der Geräteanschluss A' von der Steckdose S3 entfernt werden. Der Geräteanschluss A' kann dabei mitgenommen werden und an verschiedenen Stellen z. B. im Gebäude eingesetzt werden. Dadurch dass der Geräteanschluss A' eine variable Ausgangsspannung aufweist, kann er auch für verschiedenste Geräte eingesetzt werden. Außerdem könnte er z. B. in einem Fahrzeug als vielseitiger Adapter für verschiedene mobile Geräte und andere Verbraucher eingesetzt werden. Da der Geräteanschluss A' beispielsweise für verschiedene DC-Eingangsspannungen ausgelegt sein kann, kann er auch für verschiedene Bordnetzspannungen im Fahrzeug genutzt werden.

Claims (16)

  1. Adaptiver Geräteanschluss (A, S2, A'), aufweisend einen Eingang zur Entgegennahme einer Eingangsspannung und einen Ausgang zur Abgabe einer Ausgangsspannung, wobei der adaptive Geräteanschluss (A, S2, A') weiterhin eine Schalteinrichtung aufweist, wobei die Schalteinrichtung den Ausgang ein- oder ausschalten kann, wobei der adaptive Geräteanschluss (A, S2, A') weiterhin einen Erkennungseinrichtung aufweist, wobei die Erkennungseinrichtung erkennt, ob ein Gerätestecker (P1, P2, P3) am Ausgang angeschlossen ist, und wobei die Erkennungseinrichtung weiterhin erkennt, welche Ausgangsspannung am Ausgang bereitgestellt werden soll, wobei wenn ein Gerätestecker (P1, P2, P3) am Ausgang erkannt wurde, die Schalteinrichtung den Ausgang mit der erkannten Ausgangsspannung beaufschlagt.
  2. Adaptiver Geräteanschluss (A, S2, A') nach Anspruch 1, wobei die Ausgangsspannung eine Gleichspannung ist.
  3. Adaptiver Geräteanschluss (A, S2, A') nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Eingangsspannung eine Wechselspannung ist.
  4. Adaptiver Geräteanschluss (A, S2, A') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der adaptive Geräteanschluss (A, S2, A') explosionsgeschützt ausgeführt ist.
  5. Adaptiver Geräteanschluss (A, S2, A') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Erkennungseinrichtung eine Nahfeldkommunikationseinrichtung ist, wobei der Gerätestecker (P1, P2, P3) mittels Nahfeldkommunikation Daten an die Nahfeldkommunikationseinrichtung bereitstellt, wobei die Daten eine gewünschte Ausgangsspannung beinhalten.
  6. Adaptiver Geräteanschluss (A, S2, A') nach Anspruch 5, wobei die Daten einen maximal zulässigen Strom enthalten.
  7. Adaptiver Geräteanschluss (A, S2, A') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der adaptive Geräteanschluss (A, S2) weiterhin eine Anzeigeeinrichtung zur Anzeige von Statusdaten aufweist.
  8. Adaptiver Geräteanschluss (A, S2, A') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der adaptive Geräteanschluss (A, S2, A') weiterhin eine Kommunikationseinrichtung zur Bereitstellung einer drahtgebundenen Kommunikation über ein Versorgungsnetz aufweist.
  9. Adaptiver Geräteanschluss (A, S2, A') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Erkennungseinrichtung einen ersten Widerstand (R) aufweist, wobei der Gerätestecker einen zweiten Widerstand (Rselect) aufweist, wobei der erste Widerstand und der zweite Widerstand zusammen einen Widerstandsteiler bilden, wobei mittels des durch den zweiten Widerstand eingestellten Verhältnisses am Widerstandsteiler die abzugebende Ausgangsspannung kodiert ist.
  10. Adaptiver Geräteanschluss (A, S2, A') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Erkennungseinrichtung einen dritten Widerstand aufweist, wobei der Gerätestecker einen vierten Widerstand aufweist, wobei der dritte Widerstand und der vierte Widerstand zusammen einen Widerstandsteiler bilden, wobei mittels des durch den vierten Widerstand eingestellten Verhältnisses am Widerstandsteiler der abzugebenden maximalen Ausgangstrom kodiert ist.
  11. Adaptiver Geräteanschluss (A, S2, A') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schalteinrichtung zumindest einen FET-Transistor aufweist.
  12. Adaptiver Geräteanschluss (A, S2, A') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mittels einer weiteren Schalteinrichtung erkannt wird, ob der Gerätestecker (P1, P2, P3) sich in einer sicheren Position im adaptive Geräteanschluss befindet.
  13. Adaptiver Geräteanschluss (A, S2, A') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der adaptive Geräteanschluss als Wandsteckdose (S2) oder als Zwischenstecker (A, , A') zum Anschluss an eine Wandsteckdose ausgeführt ist.
  14. Adaptiver Geräteanschluss (A, S2, A') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der adaptive Geräteanschluss (A, S2, A') weiterhin eine Einrichtung zur Messung der abgegebenen Leistung aufweist.
  15. Adaptiver Geräteanschluss (A, S2, A') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der adaptive Geräteanschluss (A, S2) weiterhin eine drahtlose Kommunikationseinrichtung aufweist, wobei mittels der drahtlosen Kommunikationseinrichtung die Schalteinrichtung betätigt werden kann.
  16. Adaptiver Geräteanschluss (A, S2, A') nach Anspruch 14, wobei der adaptive Geräteanschluss weiterhin eine drahtlose Kommunikationseinrichtung aufweist, wobei mittels der drahtlosen Kommunikationseinrichtung Messdaten der abgegebenen Leistung zur Verfügung gestellt werden.
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