JP2000032657A - デ―タ及び／又はエネルギ―伝送装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 装置の短絡及び過負荷を検出し、関連の部分
のみを切り離すとともにそれ以外の部分は作動した状態
にする。 【解決手段】 切り離しユニット１６は少なくとも１個
の監視ユニットを有し、切り離しユニット１６を導体セ
グメント１１ａに接続し、導体セグメント１１ａの電圧
が第１始動しきい値より下に降下し又は第２始動しきい
値を超えるとスイッチを作動させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、データ及び／又は
エネルギーを導体を通じて伝送するデータ及び／又はエ
ネルギー伝送装置であって、その少なくとも１個の導体
を、少なくとも１個の切り離しユニットによって第１及
び第２の導体セグメントに細分し、各切り離しユニット
が、少なくとも１個の監視ユニットを有するデータ及び
／又はエネルギー伝送装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】２個の導体間、すなわち、２個の導体を
通じて複数の局にデータ及び／又はエネルギーが送信さ
れるシステムの接続した局に短絡が発生すると、データ
もエネルギーも送信することができず、供給源が、許容
できない程度に負荷が課される。

【０００３】欧州特許出願公開明細書第０６２６７４３
号は、２導体環状システムの相違する短絡スイッチによ
って切り離しスイッチが制御されるシステムを開示して
いる。短絡が生じると、関連のスイッチが、監視ユニッ
トの切り離しスイッチによって切り離される。短絡意外
に配置されたシステムの残部に、２個の導体が最初の監
視ユニット及び最後の監視ユニットに入る他の側から最
初のユニット及び最後のユニットのスイッチを通じて電
圧が供給される。少なくとも一人のユーザを２個の監視
ユニット間に接続する必要があるので、少なくともこの
ユーザに短絡が生じた場合、監視ユニット間に配置され
た他の複数のユーザもスイッチオフされる。しかしなが
ら、導体はスイッチオンの間のみ短絡を検査される。さ
らに、このシステムは直流電圧に対してのみ設計されて
いる。

【０００４】国際公開明細書９２／１００１８は電流及
び電圧センサによる導体のサンプリングを記載し、コン
トローラは、決定された値を評価するとともに、しきい
値電圧を超えたときに半導体スイッチによって導体を遮
断する。スイッチの故障のためにこれら導体が遮断され
ない場合、コントローラはメインヒューズを開く。この
システムは、駆動源を安定させるだけでなく、特にヒュ
ーズを機械的に切り替える場合のアークを回避する役割
も果たす。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、切り
離しユニットを有するデータ及び／又はエネルギー送信
装置の短絡及び過負荷を検出し、かつ、駆動源に過負荷
が課されないようにするとともに残りの導体セグメント
が動作したままであり、したがって、信頼性のあるデー
タ及びエネルギー伝送を開ネットワークで実現できるよ
うに関連の導体セグメントを結合しないようにすること
である。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この目的を、前記監視ユ
ニットを、少なくとも１個の導体セグメントに接続する
とともに、接続された前記導体セグメントの少なくとも
１個の電圧が第１始動しきい値より下に降下し又は第２
始動しきい値を超えるとスイッチを始動させるように配
置し、前記スイッチを電流制限素子によって橋絡した本
発明によって達成する。

【０００７】少なくとも１個の監視ユニット及びスイッ
チからなる切り離しユニットを設け、その監視ユニット
は、短絡又は過負荷の場合にスイッチを開くように導体
のスイッチを制御する。短絡又は過負荷を、１個又は１
個より多くの直列接続した監視ユニットによって検出さ
れる。スイッチを導体に挿入し、短絡がない場合には導
通するように監視ユニットによって制御する。監視ユニ
ットが短絡又は過負荷を検出すると、スイッチを開く。
スイッチは電流制限素子によって橋絡される。このよう
な電位は、切り離しユニットの後方の導体セグメントに
高オームで転送される。監視ユニットは、その電位に基
づいて切り離しユニットのスイッチを制御する。短絡又
は過負荷が除去されると、スイッチは監視ユニットによ
って自動的に閉じられる。導体システムを環状システム
として構成する場合、両側から電圧を供給することかで
きる。監視ユニットが切り離しユニットの後方の電位を
常に監視しているので、複数の直列接続した監視ユニッ
トを、スイッチの両側に対する電位を検査するように用
いる。切り離しユニットをこのように両方向に作動させ
ることができ、すなわち、切り離しユニットの入力部及
び出力部を入れ換えることができる。導体のシステムは
直流電圧又は交流電圧で動作することができる。接続し
た導体セグメントの電位を検査するように監視ユニット
によって用いられる始動しきい値を、ヒステリシスを用
いて制御することができる。この場合、スイッチを開く
のに必要な第１始動しきい値は、切り離しユニットのス
イッチを閉じるように到達する必要がある第２始動しき
い値より低くする。

【０００８】最も簡単な場合、このような２導体システ
ムは、直流電圧によって一方の側からのみ作動する。こ
の場合、システムは、監視ユニットによって制御される
１個の電界効果トランジスタのみからなる。電界効果ト
ランジスタのゲートを、監視ユニットの制御トランジス
タに結合する。制御トランジスタを好適には電界効果ト
ランジスタとする。２導体システムが一方の側からのみ
の直流電圧で作動するので、細分された導体セグメント
の電位がスイッチの後方のみで検査される。監視ユニッ
トの制御トランジスタのゲートを、この導体セグメント
に接続する。導体セグメントの電位が第２の始動しきい
値を超えると、制御ユニットの制御トランジスタがター
ンオンされ、したがって、細分されていない導体への接
続を確立する。したがって、細分されていない導体の電
位は、このようにターンオンされたスイッチの電界効果
トランジスタのゲートに転送される。監視された導体セ
グメントの電位は、第１始動しきい値より下に降下し、
制御トランジスタは、ターンオフ状態のままであり、ス
イッチの電界効果トランジスタも同様である。このよう
にして、発生器は、開スイッチによって短絡から切り離
される。

【０００９】両側から導体システムに電圧が供給される
と、２個の監視ユニットが用いられる。その理由は、切
り離されたスイッチの入力部及び出力部を交換すること
ができるからである。この場合、スイッチは、ソースが
相互接続された同一導電型の２個の電界効果パワートラ
ンジスタからなる。ゲートも相互接続されるとともに監
視ユニットの制御トランジスタに結合される。監視ユニ
ットは、スイッチによって細分された導体の接続導体セ
グメントを検査する。このために、制御トランジスタ
は、接続された導体セグメントの各電位によって駆動さ
れる。監視ユニットの制御トランジスタを直列接続す
る。これら２個のトランジスタは第２導体との接続を確
立し、その第２導体は、通常動作中、パワートランジス
タを有するスイッチを挿入した導体の電位以外の電位を
有する。制御トランジスタをターンオンすると、パワー
トランジスタのゲートが、スイッチのパワートランジス
タをターンオンする電位を用いて、分圧器を通じて駆動
される。監視ユニットの制御トランジスタの導電型は、
スイッチのパワートランジスタのものと逆である。細分
された導体の接続導体セグメントの電位が、監視ユニッ
トの制御トランジスタのしきい値電圧より高い第２始動
しきい値を超えると、制御トランジスタはターンオンさ
れ、遮断されない導体をスイッチのパワートランジスタ
のゲートに接続する。直列接続した制御トランジスタを
通じて接続を確立すると、スイッチのパワートランジス
タがターンオンされ、したがって、スイッチを開く。短
絡又は過負荷の場合、少なくとも１個の導体の電位が第
１始動しきい値より下に降下し、その結果、監視ユニッ
トの制御トランジスタ、したがって、制御すべきスイッ
チのパワートランジスタもターンオフされ、その結果、
導体が遮断され、短絡された導体セグメントは、導体シ
ステムの残りの機能部から有効に分離される。

【００１０】スイッチを橋絡する電流制限素子を、高オ
ーム抵抗又は制御可能な抵抗の結合とし、以後テスト抵
抗と称する。電位を、このテスト抵抗を通じて高オーム
で切り離しユニットの出力部に供給する。スイッチが開
いている間に短絡がない場合、第２始動しきい値を超え
る電位を構成することができ、スイッチが閉じられる。
スイッチを閉じるとともに短絡が生じた場合、電位は、
要求される値より下に加工し、スイッチが閉じられる。
短絡が取り除かれると、スイッチが開き、スイッチを閉
じるのに要求される電位がテスト抵抗の両端間に発生
し、スイッチが自動的に閉じられる。

【００１１】適切に拡張すると、切り離しユニットは、
直流動作だけでなく交流動作にも適切である。交流電圧
による動作に対して、スイッチを蓄積素子によって拡張
する。蓄積素子を、好適には、例えば正の半波中に充電
されるとともに負の半波中にもスイッチを閉じた状態に
するのに要求されるエネルギーを蓄積するキャパシタタ
ンスとする。このキャパシタンスを、スイッチのパワー
トランジスタの二つのソースの接合部とパワートランジ
スタの相互接続したゲートの接合部との間に挿入する。
キャパシタの充電された電荷によってスイッチが閉じら
れる半波中にのみ短絡が生じる場合、短絡が検出されな
い。したがって、切り離しユニットが第２の半波中にも
短絡を検出するようにする別の拡張を行う。その拡張
は、複数のトランジスタ及び抵抗並びに１個のダイオー
ド及び１個の蓄積素子からなる。この蓄積素子は、交流
電圧の第２の半波中の短絡の場合には充電されず、その
結果、監視ユニットの制御トランジスタは任意の半波中
にターンオンされず、したがって、スイッチのキャパシ
タンスも充電されない。

【００１２】スイッチのパワートランジスタの導電は、
短絡が検出される半波を規定する。

【００１３】スイッチを閉じると、監視ユニットは、任
意の瞬時に切り離しユニットの出力部のエネルギー又は
データ伝送の状態も検査することができ、短絡が生じた
ときには常にスイッチを瞬時に開いて高オーム検査状態
を瞬時に調節する。このようにして監視ユニットは任意
の短絡を任意の瞬時に検出し、それに応じてスイッチを
制御する。短絡が取り除かれると、監視ユニットに接続
した導体セグメントの電位がテスト抵抗を通じて増大
し、その結果、切り離しユニットのスイッチを、システ
ムを再びスイッチオンすなわちリセットする必要なく再
び閉じる。

【００１４】例えばドイツ国特許出願明細書第１９７０
４８８４．６号に記載されたような正の半波中に高オー
ム負荷を有するとともに負の半波中に低オーム負荷を有
するシステムにおいて、テスト抵抗を好適にはステップ
状に制御する。このために、電流制限素子は、直列接続
した複数のオーム抵抗からなり、個々の抵抗は、切替ト
ランジスタによって橋絡される。このようにして、高オ
ーム及び低オームテスト抵抗を実現することができる。
先ず、電位を、高オームテスト抵抗を通じて切り離しユ
ニットの入力部から切り離しユニットの出力部に転送さ
れる。監視ユニットが短絡を検出すると、切り離しユニ
ットのスイッチは開いたままであり、すなわち、スイッ
チのトランジスタはターンオンされない。テスト抵抗
は、第２始動しきい値より高い電位を検出してスイッチ
を閉じた場合のみ低オーム値に切り替えられる。

【００１５】監視ユニットの制御トランジスタの始動し
きい値に対してヒステリシスを用いることによって、短
絡の検出の信頼性を向上させる。閉スイッチによる通常
動作中、短絡の場合に電位の減少を迅速に検出するとと
もにスイッチを迅速に開くために、始動しきい値が更に
高くなる。スイッチを開く場合、高オームテスト抵抗を
通じた短絡の検査を完全にするために、始動しきい値を
更に低くする。

【００１６】以下のタイプの短絡を検出する。 − 導体間の直接的な（低オーム）短絡。 − 導体間の抵抗を通じた短絡。抵抗値はシステムの目
安に依存する。 − 高電位の導体にアノードを接続するとともの低電位
の導体にカソードを接続したダイオードを通じた短絡。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１は、エネルギー及び／又はデ
ータを伝送する装置を示す。発生器１０は、２個の導体
１１，１２に供給する電圧を発生させるとともに、接続
した局１３，１４，１５．．．にエネルギー及び／又は
データを供給するように作用する。切り離しユニット
を、システムの全局を切り離すために導体１１及び１２
に設ける（切り離しユニット１６）とともに、所定のユ
ーザのみを切り離すためにこのユーザに対する供給リー
ドに設ける（切り離しユニット１８）。参照番号１１ａ
を導体セグメントに付し、この導体セグメントを、発生
器からみて切り離しユニットの後方に配置するととも
に、短絡又は過負荷の場合にはこの導体セグメントに接
続した全てのユーザとともにシステムの残部から切り離
される。

【００１８】図２は、導体１１に挿入された切り離しユ
ニット１６のブロック図を示す。切り離しユニット１６
は、スイッチ２０と、テスト抵抗２３と、監視ユニット
２１及び２８とを有する。監視ユニット２８を監視ユニ
ット２１に直列接続し、制御入力部２５と非割込み導体
１２との間の接続を確立する。スイッチ２０の導体セグ
メント１１ａの電位は、監視ユニット２１のテスト導体
２２を通じて出力部で検査され、スイッチ２０の入力部
の導体セグメント１１の電位は、監視ユニット２８のテ
スト導体２９を通じて検査される。テスト抵抗２３は、
制御入力部２４を通じて、監視ユニット２１及び２８に
よって制御される。切り離しユニット１６は双方向動作
に適切であり、すなわち、発生器電圧を導体１１及び１
２に又は導体１１ａ及び１２に供給することができる。
したがって、切り離しユニットは、導体セグメント１１
及び１１ａの電位を検査する２個の監視ユニットを有す
る。

【００１９】図３は、導体１２の切り離しユニット１６
のアナログ配置を示し、それは、図２に示したのと同一
構成要素を具える。導体セグメント１２ａを、短絡又は
過負荷の場合にスイッチ２０によって切り離す。導体１
１は、本実施の形態では遮断されない。

【００２０】図４は、両側から直流電圧を受信するのに
適切な図２に示したような切り離しユニットを実現する
回路配置を示し、導体１１の電位を、導体１２の電位よ
り高くする。この回路配置は、共にスイッチ２０を構成
するｐ型パワートランジスタ３１，３２及び抵抗３３，
３４と、監視ユニット２１及び２８の一部を形成するｎ
型制御トランジスタ４０，４０ａ及び抵抗４１，４１ａ
とを有する。スイッチ２０を橋絡する電流制限素子とし
て作用するテスト抵抗２３は本実施の形態の場合には制
御されず、したがって、簡単なオーム抵抗５０のみを具
える。制御トランジスタ４０を駆動する監視ユニット２
１のテスト導体２２は、スイッチ２０の出力部で導体１
１ａの電位を検知し、監視ユニット２８の別の導体２９
は、抵抗４１ａを通じて制御トランジスタ４０ａを駆動
させるために、導体１１ａ及び１２に電圧が供給される
際には出力部となるスイッチ２０の入力部で導体１１の
電位を検知する。

【００２１】スイッチ２０を導体１１に挿入する。導体
１１の電位は導体１２の電位より高く、すなわち、正の
電源電圧の場合には正の電位となり、負の電源電圧の場
合には零電位となる。スイッチ２０は、２個のパワート
ランジスタ３１及び３２と、抵抗３３及び３４によって
形成されるとともに制御入力部２５に接続した分圧器と
からなる。パワートランジスタ３１及び３２は、制御入
力部２５が導体１１の電位より低い電位を搬送する場合
にのみターンオンされる。監視ユニット２１を監視ユニ
ット２８に直列接続する。パワースイッチ３１及び３２
が開であるとき、スイッチ２０の入力部の導体１１の電
位を、スイッチ２０の出力部のテスト抵抗２３を通じて
導体セグメント１１ａに供給する。導体セグメント１１
及び１１ａの電位は、テスト導体２２及び２９によって
それぞれ検知され、抵抗４１及び４１ａを通じて監視ユ
ニット２１及び２８の各制御入力部に、すなわち、制御
トランジスタ４０及び４０ａの各ゲートに供給される。
テスト抵抗２２及び２９の電位が始動しきい値を超える
と、監視ユニット２１及び２８の関連の制御トランジス
タ４０，４０ａが閉じられる。両監視ユニットがスイッ
チの制御入力部２５に導体１２の電位を伝播させる場
合、抵抗３３の両端間の電圧降下によってパワートラン
ジスタ３１及び３２を閉じる。これによって、切り離し
ユニットの妨害のない通常動作が確立される。導体１１
及び１２に接続した切り離しユニットを発生器１０（図
１）に接続する場合、導体１１及び１２間に短絡が生じ
ると、監視ユニット２８のテスト導体２９の電位は、制
御トランジスタ４０ａを閉じるのに十分な始動しきい値
に到達しない。その結果、導体１２の電位を監視ユニッ
ト２１に供給することができない。したがって、監視ユ
ニット２１の切替状態は関連がなくなる。スイッチ２０
は開き又は開のままである。その理由は、パワートラン
ジスタ３１及び３２がターンオンしないからである。導
体１１ａと１２との間でスイッチオンの際に切り離しユ
ニットの出力部で短絡又は過負荷が生じる場合、テスト
抵抗２３を通じて導体セグメント１１ａに供給された監
視ユニット２１のテスト入力部２２の電位は、制御トラ
ンジスタ４０を閉じるのに必要な始動しきい値より下に
降下し、監視ユニット２１の制御トランジスタ４０はタ
ーンオフされる。その結果、制御入力部２５を監視ユニ
ット２８及び導体１２の電位に接続することができず、
パワースイッチ３１及び３２を閉じるのに要求される電
圧を形成することができず、したがって、パワートラン
ジスタ３１及び３２はターンオフされ、スイッチ２０は
開状態である。このようにして、この導体セグメント１
１ａに接続しない給電発生器１０（図１）及び全てのユ
ーザは短絡から防止される。テスト状態は、テスト抵抗
２３の接続を通じて確立される。作動中に短絡が生じる
と、切り離しユニットの誤りのある側の電位は始動しき
い値より下に降下し、関連の監視ユニット２１又は２８
は、既に説明したようにして導体１１と１２との間の短
絡を検出し、スイッチ２０のパワートランジスタ３１及
び３２はターンオフされる。短絡又は過負荷が取り除か
れると、トリガしきい値を超えるような電位がテスト抵
抗を通じて再び確立され、その結果、制御トランジスタ
４０及び４０ａは導体１２の電位を再び伝播させ、パワ
ートランジスタ３１及び３２をターンオンするとともに
スイッチ２０を閉じ、その結果、自動的に通常の動作に
戻される。

【００２２】図５は、図３の配置に対応するような導体
１１及び１２のみに直流電圧を供給する回路配置を示
す。スイッチ２０のパワートランジスタ３２をｎ型トラ
ンジスタとし、監視ユニット２１の制御トランジスタ４
０をｐ型トランジスタとする。本例は、スイッチ２０の
出力部での導体１２ａの検知のみを示し、すなわち、こ
の切り離しユニットを、導体の両側で発生器に接続する
ことができない。スイッチ２０の前方で導体１２を検知
する監視ユニットも実現できるが、これを図示しない。
それは図４の例のようにして作動する。切り離しユニッ
トを、低電位となる、すなわち、正の電源電圧の場合に
は零電位となるとともに負の電源電圧の場合には負の電
位となる導体１２に配置する。本実施の形態において
も、テスト抵抗２３は制御可能でなく、オーム抵抗５０
のみを具える。スイッチ２０のｎ型パワートランジスタ
３２は、導体１２の電位より高い電位が制御入力部２５
に供給される場合にのみターンオンされる。監視ユニッ
ト２１はｐ型制御トランジスタ４０を有し、これによっ
て導体１１の電位を制御導体２５に伝播させる。伝播
は、スイッチ２０の出力部のテスト導体２２によって検
知される導体セグメント１２ａの電位に依存して行われ
る。図５に示すような切り離し装置を具える図１に示す
ようなシステムがスイッチオンされると、パワートラン
ジスタ３２がターンオフされている間、スイッチ２０の
入力部の導体１２の電位は、テスト抵抗２３を通じてス
イッチ２０の出力部に供給される。この電位は、テスト
導体２２によって検知され、監視ユニット２１の制御導
体４０の制御入力部に供給される。てっいが作動しきい
値を超えると、制御トランジスタ４０は閉じられる。こ
の際、スイッチ２０の制御入力部が、導体１１の電位に
接続され、その結果、パワースイッチ３２をターンオン
するとともに切り離しユニットの通常の動作を確立す
る。導体１１と１２ａとの間で切り離しユニットの出力
部に短絡又は過負荷が生じると、導体セグメント１２ａ
の電位は、制御トランジスタ４０を閉じるのに要求され
る始動しきい値に到達せず、制御トランジスタ４０はタ
ーンオフのままである。その結果、制御入力部２５はも
はや導体１１の電位に接続されず、パワートランジスタ
３２を閉じるのに要求される電圧を形成することができ
ない。このようにして直流電源１０（図１）は短絡から
防止される。テスト状態はテスト抵抗２３を通じて確立
される。作動中に短絡が生じ、導体セグメント１２ａの
電位が始動しきい値より下に降下し、制御トランジスタ
４０がターンオフされ、スイッチ２０が導体１２を遮断
する。この場合も、導体１１と１２ａとの間の短絡が取
り除かれると、スイッチ２０の出力部の導体セグメント
１２ａ、したがって、監視ユニット２１のテスト導体２
２の電位は、監視ユニット２１の制御トランジスタ４０
を閉じるための始動しきい値より下の値を仮定するとと
もに通常状態に自動的に戻す。

【００２３】スイッチ２０の入力部及び出力部を入れ換
えることができる切り離しユニットの双方向動作に対し
て、監視ユニット２１及び２８（図２及び３）を利用す
る。この場合、監視ユニット２１及び２８の２個の制御
トランジスタ４０及び４０ａ（図４）はＡＮＤ機能を実
行する。２個の制御トランジスタ４０及び４０ａもター
ンオンした場合のみパワートランジスタ３１及び３２を
ターンオンすることができ、その結果、スイッチ２０が
閉じられる。

【００２４】直流電流を供給する上記実施の形態は、こ
れら３タイプの短絡を完全に検出する。この場合、抵抗
を通じた短絡の場合の短絡として認識される抵抗値は、
テスト抵抗２３の値及び通常の動作中の電流値に依存す
る。図４及び５に示した回路を、交流電圧の動作に拡張
することができる。

【００２５】交流電圧の場合、正の半波中のみ導体１１
が高電位となるともに導体１２が低電位となり、その結
果、図４のスイッチのパワートランジスタ３１及び３２
は正の半波中のみターンオンされる。２個の導体１１及
び１２の電位が反転されている負の半波中の接続を確立
するために、図４に示した各スイッチ２０を負の半波に
対して設けることができる。他の可能性を後に説明す
る。この解決は、負の半波を橋絡するメモリを伴う。

【００２６】図６は、交流電圧の動作を行う実施の形態
を示し、交流電圧の正の半波中の動作は、図２を参照し
て説明したような交流電圧の動作と同一である。本実施
の形態は、図２及び４を参照して説明した実施の形態と
同一素子を具えるが、この場合、スイッチ２０の出力部
の導体１１ａのみが１個の監視ユニット２１によっての
み検知される。さらに、キャパシタンス３０は、抵抗３
４及びダイオード３５を通じて充電される。キャパシタ
ンス３０を、スイッチ２０のパワートランジスタ３１及
び３２の二つのソースの接合部とパワートランジスタ３
１及び３２の相互接続したゲートの接合部との間に接続
する。抵抗３３の形態の放電経路をキャパシタンス３０
に平行に接続する。導体１１の電位が導体１２の電位よ
り低い交流電圧の負の半波中、ダイオード３５はキャパ
シタンス３０の充電反転を防止し、その結果、パワース
イッチ３１及び３２を閉じるのに要求される電圧は持続
される。抵抗３３を通じた抵抗３０の放電は、負の半波
中のキャパシタンス３０の放電状態の変動が非常に長く
ないように調整される。図２を参照して説明したよう
に、監視ユニット２１はテスト導体２２を通じて短絡を
検出する。短絡の場合、監視回路２１の制御トランジス
タ４０はターンオフされ、その結果、キャパシタンス３
０は負の半波中に充電されない。抵抗３３を通じた放電
によって、キャパシタンス３０の充電状態は、スイッチ
のパワートランジスタ３１及び３２の始動しきい値に到
達してスイッチが開くまで変化する。したがって、発生
器（図１）は短絡から防止され、テスト状態は、テスト
抵抗２３を通じた接続によって確立される。導体１１ａ
と１２との間の短絡が取り除かれると、制御トランジス
タ４０がターンオンされるとともにキャパシタンス３０
が再び充電される。したがって、パワートランジスタ３
１及び３２は負の半波中にもターンオンされる。

【００２７】図６の回路配置は、直接的な短絡、抵抗を
通じた短絡及び正の半波中にアクティブになるダイオー
ドによる短絡を識別するが、負の半波中にアクティブと
なるダイオード、すなわち、アノードを導体１２に接続
するとともにカソードを導体１１に接続するダイオード
による短絡は識別しない。この場合に対する実施の形態
を後に詳細に説明する。

【００２８】図７は、交流電圧で動作する切り離しユニ
ットの例を示し、スイッチ２０を、正の半波中に低電位
となる導体１２に挿入する。交流電圧の正の半波中の動
作は、直流電圧の動作（図３及び５）と同一である。図
６を参照して説明したような負の半波中のパワースイッ
チ３１及び３２の切替状態の橋絡も確保する。

【００２９】図７の装置も、交流電圧の負の半波中にア
クティブとなるダイオードによる短絡を認識しない。

【００３０】図６及び７を参照して説明した切り離しユ
ニットを、交流電圧の負の半波中の短絡の検出に用いる
こともできる。このために、図６の切り離しユニットを
導体１２に挿入する必要がある。その理由は、導体１２
が負の半波中に高電位を保持するからである。図７の切
り離しユニットを導体１１に挿入する必要がある。その
理由は、導体１１は負の半波中に低電位を保持するから
である。正の半波中のダイオードによる短絡はこれら実
施の形態によって識別されない。

【００３１】図６及び７の実施の形態の各々は、スイッ
チ２０の出力部のみでの検知に関連する。しかしなが
ら、回路を、図４のスイッチ２０の入力部も検知するた
めに監視ユニット２８とともに拡張することができる。
この場合、監視ユニットを直列接続する必要がある。

【００３２】図８は交流電圧動作の実施の形態を示し、
この場合、導体１１の電位は、正の半波中導体１２の電
位より高くなり、負の半波中導体１２の電位より低くな
る。図７に示した回路は、図８の実施の形態にある。図
８の実施の形態も、スイッチ２０にｎ型トランジスタ３
１及び３２を利用する。監視ユニット２１の制御トラン
ジスタ４０を、図７のようにｐ型トランジスタとする。
素子４０１〜４０８のない監視ユニット２１は、負の半
波中にのみ短絡を識別する。その理由は、制御トランジ
スタ４０を負のゲート−ソース電圧によって駆動してタ
ーンオンする必要があるからである。監視ユニット２１
を正の半波中にのみ生じる短絡にも適切にするために、
監視ユニット２１を、正の半波中の短絡の場合、すなわ
ち、アノードを導体１１に接続するとともにカソードを
導体１２に接続したダイオードによる短絡の場合にスイ
ッチ２０を開く素子４０１〜４０８によって拡張する。

【００３３】スイッチ２０は、正の半波中のパワートラ
ンジスタ３１及び３２のターンオン状態に要求される電
荷を蓄えるためにキャパシタンス３０及びダイオード３
５を有する。監視ユニット２１を、スイッチ４０１，４
０３及び４０４、抵抗４０２，４０６及び４０７、キャ
パシタンス４０５並びにダイオード４０８からなる回路
によって拡張して、正の半波中のダイオードによる短絡
の発生を認識するとともにそれに応じてスイッチ２０を
制御する。パワートランジスタ３１及び３２のターンオ
ン状態において、キャパシタンス４０５を、抵抗４０
７、ダイオード４０８、抵抗４０６及びスイッチ４０４
のダイオードからなる電流経路を通じて正の半波中に正
電圧まで充電される。ダイオード４０８は、負の半波中
の放電を防止する。したがって、キャパシタンス４０５
は、スイッチ４０３及び４０４を閉じる電圧を受信す
る。負の半波中の抵抗４０６を通じた放電は、キャパシ
タ４０５を１周期中わずかに放電させることができるよ
うに行い、それに対して、抵抗４０７を通じた充電を正
の半波中に行うことができる。連続的に閉じられたスイ
ッチ４０３及び４０４によってスイッチ４０１が常に開
状態となり、その結果、通常の動作中、制御トランジス
タ４０は、負の半波中図７の回路と同様に動作する。正
の半波中に導体１１の電位が導体１２の電位より高くな
るので、ｐ型の制御トランジスタ４０は正のゲート−ソ
ース電圧を受信し、その結果、それはターンオンされな
い。負の半波中に導体１１の電位が導体１２の電位より
低くなると、ｐ型トランジスタ４０は負のゲート−ソー
ス電圧を受信し、その結果、それはターンオンされる。
この状態において、スイッチ２０のキャパシタンス３０
を、電流経路：スイッチ４０、ダイオード３５、抵抗３
４、抵抗３３及びスイッチ３２及び３１のパワースイッ
チのダイオードを通じて充電される。これによって、正
のゲート−ソース電圧がパワートランジスタ３１及び３
２に発生し、その結果、両トランジスタがターンオンさ
れ、スイッチ２０が閉じられる。抵抗３３を通じたキャ
パシタンス３０の放電は、キャパシタンス３０の両端間
の電圧が１周期わずかに放電するように行う。キャパシ
タンス３０は、負の半波の持続時間中に抵抗３４を通じ
て充電される。

【００３４】両半波中に同様に生じる短絡は、直接的な
（低オーム）短絡及び導体１１及び１２間の抵抗を通じ
た短絡となり、抵抗値は、切り離しユニットの目安に依
存する。直接的な短絡又は導体１１及び１２間の抵抗を
通じた短絡が切り離しユニットの出力部に生じると、
（負の半波中に通常は閉じられた）制御トランジスタ４
０は開のままである。制御トランジスタ４０は正の半波
中常に開く。その結果、制御入力部２５は導体１２の電
位にもはや接続されず、キャパシタンス３０は抵抗３３
を通じて放電される。したがって、正のゲート−ソース
電圧をパワースイッチ３１及び３２に形成することがで
きず、その結果、パワートランジスタ３１及び３２はタ
ーンオフされる。したがって、ソース１０（図１）は短
絡から防止され、テスト状態が、テスト抵抗２３を通じ
た接続によって確立される。スイッチ４０３，４０４及
び４０１を具える回路部は、このタイプの直接的な短絡
に無関係である。負の半波中にのみ生じる短絡、すなわ
ち、負の半波中に高電位となる導体１２にアノードを接
続するとともに負の半波中に低電位となる導体部１１ａ
にカソードを接続したダイオードによる短絡状態は、既
に説明したものと同様である。その理由は、制御トラン
ジスタ４０が短絡のために負の半波中にターンオフのま
まであり、制御トランジスタ４０が正の半波中に常にタ
ーンオフされるからである。正の半波中にのみ生じる短
絡、すなわち、正の半波中に高電位となる導体１２にア
ノードを接続するとともに正の半波中に低電位となる導
体部１１ａにカソードを接続したダイオードによる短絡
に対して、キャパシタンス４０５は抵抗４４０７及びダ
イオード４０８を通じて充電されない。キャパシタンス
４０５は抵抗４０６を通じて放電され、スイッチ４０３
及び４０４は常に開のままである。正の半波中、制御ト
ランジスタ４０及びスイッチ４０１は常に開のままであ
り、すなわちターンオフされている。負の半波への遷移
の際にスイッチ４０１が閉じられて、制御トランジスタ
４０は、スイッチオンしきい値より下のゲート−ソース
電圧を受信し、したがって、負の半波中にターンオフし
たままである。したがって、制御入力部２５は導体１２
の電位に接続せず、キャパシタ３０は抵抗３３を通じて
放電される。パワートランジスタ３１及び３２はターン
オフされ、スイッチ２０は開状態となる。したがって、
ソース１０（図１）が短絡から防止され、テスト状態
が、テスト抵抗２３を通じた単一接続によって確立され
る。作動中に短絡が生じた場合、監視ユニット２１は、
既に説明したようにして導体１１ａと１２との間の短絡
を識別し、スイッチ２０のパワースイッチ３１及び３２
が迅速に開かれる。導体１１ａと１２との間の短絡が取
り除かれると、スイッチ２０の出力部の電位は、制御ト
ランジスタ４０がターンオンされる、したがって、通常
の状態に自動的に回復する値を、テスト抵抗２３を通じ
て、したがって、監視ユニット２１のテスト導体２２上
で仮定する。

【００３５】負の半波中にのみ導体１２の電位より低い
電位となる導体１１のスイッチ２０配置のために、監視
ユニット２１の制御トランジスタ４０は、負の半波中に
生じる全ての短絡を識別する。監視ユニット２１のスイ
ッチ４０４，４０３及び４０１かぱなる追加の回路を用
いて、正の半波中に生じる短絡も識別する。

【００３６】図８の表示とは逆にｎ型トランジスタから
なるスイッチ２０を、正の半波中にのみ低電位となる導
体１２に配置し、監視ユニット２１が、ｐ型制御トラン
ジスタ４０を通じた導体１１への接続を確立すると、監
視ユニット２１の制御トランジスタ４０は、正の半波中
に生じる全ての短絡を識別する。監視ユニット２１のス
イッチ４０４，４０３及び４０１からなる追加の回路を
用いて、負の半波中に生じるおそれがある短絡も識別す
る。

【００３７】図６の回路配置の原理に基づく交流電圧の
実施の形態の実現も可能である。スイッチ２０は導体１
１にｐ型トランジスタを有し、制御トランジスタ４０を
ｎ型トランジスタとする。正の半波中にのみ高電位とな
る導体１１にスイッチ２０を配置すると、導体１２の接
続を確立する監視ユニット２１の制御トランジスタ４０
は、正の半波中に生じる全ての短絡を識別する。監視ユ
ニット２１のスイッチ４０４，４０２及び４０１かぱな
る追加の回路を用いて、負の半波中に生じるおそれがあ
る短絡も検出する。この場合、スイッチ３１，３２，４
０４及び４０３をｐ型トランジスタとして構成するとと
もにスイッチ４０及び４０１をｎ型トランジスタとして
構成する。

【００３８】ｐ型トランジスタを具えるスイッチ２０
を、負の半波中のみ高電位となる導体１２に挿入する
と、導体１１への接続を確立する監視ユニット２１の制
御トランジスタ４０は、負の半波中に発生する全ての短
絡を識別する。監視ユニット２１のスイッチ４０４，４
０３及び４０１からなる追加の回路を用いて、正の半波
中に生じるおそれがある短絡も検出する。この場合、ス
イッチ３１，３２，４０４及び４０３をｐ型トランジス
タとして構成し、スイッチ４０及び４０１をｎ型トラン
ジスタとして構成する。

【００３９】後者の実施の形態は、これら３タイプ全て
の短絡を完全に識別する。抵抗を通じた短絡の場合、短
絡として検知した抵抗値は、テスト抵抗５０の値及び通
常動作中の電流値に依存する。

【００４０】交流電圧の場合に短絡を識別するとともに
パワースイッチを制御する他の可能性は、負の半波及び
正の半波に対して切り離しユニットをそれぞれ設けるこ
とからなる。導体１１の電位が導体１２の電位より高い
正の半波に対して、図６に示したスイッチ２０を導体１
１に挿入し、又は図７に示したスイッチを導体１２に挿
入する。導体１１の電位が導体１２の電位より低い負の
半波に対して、図６に示したスイッチ２０を導体１２に
挿入し、又は図７に示したスイッチを導体１１に挿入す
る。両切り離しユニットを機能的に互いに前後に接続す
る必要があり、その結果、ソース１０からのデータ又は
エネルギーを、両切り離しユニットが短絡を検出しない
ときにのみ伝播させる必要がある。図８の配置とは逆
に、この配置は複数のパワースイッチを必要とする。

【００４１】図９は、図７の回路に従ってスイッチ２０
を導体１２に挿入した実施の形態を示す。監視ユニット
２１は、制御トランジスタ４０によって、正の半波中に
発生する全ての短絡を識別し、スイッチ４０１，４０３
及び４０４によって、負の半波中に発生する他の短絡を
識別する。正の半波中の短絡の識別の信頼性を増大させ
るために、制御抵抗４０の始動しきい値に対してヒステ
リシスを設ける。切り離しユニットの通常動作中、スイ
ッチ２０を閉じている間、正の半波中に抵抗４１を通じ
てテスト導体２２によって検知した切り離しユニットの
出力部の電圧の減少に応じてスイッチ２０の高速開放を
可能にするような高始動しきい値が存在し、このような
開放によってソース１０（図１）の過負荷を防止する。
しかしながら、スイッチ２０の開放状態において、正の
半波中の短絡に対する信頼性のある検査を高オーム抵抗
２３によって可能にする低始動しきい値が存在し、シス
テムの他の局の通常の負荷は短絡を模倣することがな
い。このようなヒステリシスは、スイッチ４１３及び４
１４並びにツェナーダイオード４１１によって達成され
る。制御トランジスタ４０を正の半波中にターンオンす
る場合、スイッチ２０も閉じられる。この情報は、正の
半波中に制御トランジスタ４０、ダイオード４１９及び
抵抗４１８を通じてキャパシタンス４１７が充電される
ようにスイッチ４１４を閉じた状態に保持するために用
いられる。この充電状態は、抵抗１４を通じた放電が非
常に小さく調整されるために充電状態がほとんど変化し
なくなるので、負の半波中に持続される。閉じられたス
イッチ４１４によってスイッチ４１３を開に保持し、そ
の結果、ツェナーダイオード４１１は、制御トランジス
タ４０の切替に対する始動しきい値を決定する。始動し
きい値を、正の半波中にスイッチ２０及び監視回路２１
のヒステリシス規定回路のキャパシタンス３０及び４１
７を十分に充電できるような期間に制御トランジスタ４
０を閉じるように設定する必要がある。制御トランジス
タ４０を正の半波中にターンオフする場合、スイッチ２
０も開かれ、スイッチ２０の入力部と出力部との間の接
続がテスト抵抗２３を通じてのみ存在する。この情報
は、キャパシタンス４１７が抵抗４１６を通じて放電さ
れるとともにスイッチ４１４が開かれるように正の半波
中に制御トランジスタ４０に対する始動しきい値を低電
圧値に調整するのに用いられる。その結果、スイッチ４
１３は正の半波中に閉じられ、その結果、ツェナーダイ
オード４１１が橋絡される。

【００４２】エネルギー及び／又はデータの伝送中にス
イッチ２０の遮断特性を向上させるために、テスト抵抗
２３が低オームにならないおそれがある。この要求は、
通常動作の信頼性のある識別を満足するために、すなわ
ち、短絡が存在しないようにするために最小電圧レベル
がスイッチの出力部に存在する必要があるという要求に
反する。高負荷の場合、すなわち、スイッチの後方の低
負荷抵抗の場合、テスト抵抗をそれに応じて低オームに
選定する必要がある。正の半波中に低オーム負荷を有す
るとともに負の半波中に高オーム負荷を有するシステム
において、状況に応じて段階的にテスト抵抗２３の値を
調整することができる。このために、負の半波中、スイ
ッチ４２の出力部における導体１２ａの状態を、抵抗４
３及びテスト導体２３を通じて、監視回路２１のスイッ
チ４２によって検知する。負の半波を通常の方法で展開
することができる場合、スイッチ４２が閉じられ、テス
ト抵抗２３の制御ユニット５１の橋絡キャパシタンス５
０４は、制御入力部２４を通じて充電される。充電状態
は正の半波中に維持され、その結果、制御ユニット５１
のトランジスタ５０６及び５０７からなるスイッチは連
続的に閉じられ、抵抗ユニット５０の副抵抗５０３は橋
絡される。この場合、副抵抗５０１及び５０２からなる
テスト抵抗２３の低オーム素子は、切り離しユニットの
入力部と出力部との間で作用する。負の半波を構成する
ことができない、すなわち、短絡が導体１１と１２ａと
の間に存在する場合、スイッチ４２が閉じられず、した
がって、テスト抵抗２３の制御ユニット５１のトランジ
スタ５０６及び５０７を有するスイッチを閉じることが
できず、その結果、副抵抗５０３は橋絡されない。この
場合、テスト抵抗２３の副抵抗５０１，５０２及び５０
３の和は、スイッチ２０の入力部と出力部との間で作用
する。

【００４３】この配置は、切り離しユニットの２段階の
スイッチオンを達成し、すなわち、高オームテスト抵抗
２３は、負の半波中に短絡を検査する。したがって、直
接的な短絡、低オーム抵抗を通じた短絡及びアノードを
導体１２に接続するとともにカソードを導体１１に接続
したダイオードを通じた短絡が識別される。低オームテ
スト抵抗への切替が行われるのはこのような短絡がない
場合のみであり、アノードを導体１１に接続するととも
にカソードを導体１２に接続したダイオードを通じて短
絡の識別が正の半波中に可能になる。スイッチ２０が開
くと、正の半波中にスイッチ２０の入力部と出力部との
間にテスト抵抗２３を通じた高オーム接続が存在し、す
なわち、短絡によって悪影響が及ぼされるシステムの部
分からの動作可能であるシステムの部分の減結合が達成
される。テスト抵抗２３の副抵抗５０１，５０２及び５
０３の和を、十分に高い信号が高オームの負の半波中に
スイッチ２０の出力部に出現するように選定し、その結
果、通常の動作と短絡の発生との間で真落成のある区別
を行うことができる。同様に、副抵抗５０１及び５０２
の和を、正の半波中に通常の動作と短絡との間で信頼性
のある区別を行うことができるように設定する必要があ
る。

【００４４】上記実施の形態は、短絡の認識及びスイッ
チ２０の制御入力部の切替に対して監視ユニット２１及
び２８のｎ型及びｐ型トランジスタを利用する。このよ
うなトランジスタの使用は単なる実現の一例であって、
簡単かつ信頼性のある短絡の認識を可能にする。他の可
能性を、例えば電圧比較及び同様な構成要素の使用によ
って行う。スイッチを、パイポーラトランジスタを用い
ながら構成することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 切り離しユニットを用いるブロック図であ
る。

【図２】 高電位の導体に配置した切り離しユニットを
有するブロック図である。

【図３】 低電位の導体に配置した切り離しユニットを
有するブロック図である。

【図４】 図２に示したような回路配置である。

【図５】 出力側のみで監視ユニットによって検知する
とともにスイッチ内に１個のパワートランジスタを有す
る回路配置である。

【図６】 出力側でのみ監視ユニットによって検知する
場合の図２及び４によって示したような交流電源用の回
路である。

【図７】 出力側でのみ監視ユニットによって検知する
場合の図３及び５によって示したような交流電源用の回
路である。

【図８】 交流電源用の回路である。

【図９】 図８に示すような回路配置を示す図である。

【符号の説明】

１０ 発生器 １１，１２ 導体 １２ａ 導体セグメント １３，１４，１５ 局 １６，１８ 切り離しユニット ２０ スイッチ ２１，２８ 監視ユニット ２２，２９ テスト導体 ２３ テスト抵抗 ２４ 制御入力部 ２５ 制御ユニット ３０ キャパシタンス ３１，３２ パワートランジスタ ３３，３４ 抵抗 ３５ ダイオード ４０，４０ａ 制御トランジスタ

フロントページの続き (71)出願人 590000248 Ｇｒｏｅｎｅｗｏｕｄｓｅｗｅｇ １, 5621 ＢＡ Ｅｉｎｄｈｏｖｅｎ， Ｔｈ ｅ Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ (72)発明者 エゴン ヨンク ドイツ連邦共和国 22848 ノルダーシュ テット ヒルテンシュティーク 67

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 データ及び／又はエネルギーを導体を通
   じて伝送するデータ及び／又はエネルギー伝送装置であ
   って、その少なくとも１個の導体を、少なくとも１個の
   切り離しユニットによって第１及び第２の導体セグメン
   トに細分し、各切り離しユニットが、少なくとも１個の
   監視ユニットを有するデータ及び／又はエネルギー伝送
   装置において、前記監視ユニットを、少なくとも１個の
   導体セグメントに接続するとともに、接続された前記導
   体セグメントの少なくとも１個の電圧が第１始動しきい
   値より下に降下し又は第２始動しきい値を超えるとスイ
   ッチを始動させるように配置し、前記スイッチを電流制
   限素子によって橋絡したことを特徴とするデータ及び／
   又はエネルギー伝送装置。
2. 【請求項２】 前記監視ユニットによって制御されたス
   イッチが、電圧が前記第１始動しきい値より下に降下す
   るとセグメント化した導体を遮断し、かつ、電圧が前記
   第２しきい値を超えると前記セグメント化した導体に接
   続するようにしたことを特徴とする請求項１記載のデー
   タ及び／又はエネルギー伝送装置。
3. 【請求項３】 前記スイッチが、前記少なくとも１個の
   監視ユニットに結合した少なくとも１個の電界効果トラ
   ンジスタを有することを特徴とする請求項１又は２記載
   のデータ及び／又はエネルギー伝送装置。
4. 【請求項４】 前記スイッチを、電流が両方向に流れる
   ように配置したことを特徴とする請求項１又は２記載の
   データ及び／又はエネルギー伝送装置。
5. 【請求項５】 前記監視ユニットが、セグメント化され
   ていない導体と前記スイッチの制御入力部との間に接続
   するとともにゲートを導体セグメントに気結合した第３
   電界効果トランジスタを有し、複数の監視ユニットを用
   いる場合、関連の第３電界効果トランジスタを、前記セ
   グメント化されていない導体と前記スイッチの制御入力
   部との間に直列接続したことを特徴とする請求項４記載
   のデータ及び／又はエネルギー伝送装置。
6. 【請求項６】 前記監視ユニットに結合した導体が交流
   電圧を搬送するようにした請求項５記載のデータ及び／
   又はエネルギー伝送装置において、前記スイッチが、２
   個の導体セグメント間に直列接続した同一導電型の第１
   及び第２電界効果トランジスタを有し、それらのゲート
   を相互接続するとともに前記監視ユニットに結合したこ
   とを特徴とするデータ及び／又はエネルギー伝送装置。
7. 【請求項７】 前記監視監視ユニットに結合した導体が
   交流電圧を搬送するようにした請求項６記載のデータ及
   び／又はエネルギー伝送装置において、前記第１及び第
   ２電界効果トランジスタを、キャパシタンス及びそれに
   並列接続した放電経路を通じて、前記第１及び第２電界
   効果トランジスタの接合部に接続し、ダイオードを通じ
   て、前記第２電界効果トランジスタに接続したことを特
   徴とする請求項６記載のデータ及び／又はエネルギー伝
   送装置。
8. 【請求項８】 前記スイッチのキャパシタンスが、前記
   始動しきい値を逆にする交流電圧の半波中に前記第１及
   び第２電界効果トランジスタを閉じるのに要求される電
   荷を蓄えるようにしたことを特徴とする請求項７記載の
   データ及び／又はエネルギー伝送装置。
9. 【請求項９】 前記第１及び第２電界効果トランジスタ
   の導電型を、前記第３電界効果トランジスタの導電型と
   逆にし、前記電界効果トランジスタの導電型が、前記監
   視ユニットに対する始動しきい値を設定した交流電圧の
   半波を規定するようにしたことを特徴とする請求項７又
   は８記載のデータ及び／又はエネルギー伝送装置。
10. 【請求項１０】 前記監視ユニットに追加の回路素子を
    設け、その回路素子が、前記始動しきい値によって監視
    されない半波中に過負荷の場合には前記第３電界効果ト
    ランジスタをターンオフするようにしたことを特徴とす
    る請求項７から９のうちのいずれか１項に記載のデータ
    及び／又はエネルギー伝送装置。
11. 【請求項１１】 前記監視ユニットの前記始動しきい値
    がヒステリシスを示し、前記始動しきい値を、前記スイ
    ッチを閉じたときには高くするとともに前記スイッチを
    開いたときには低くすることを特徴とする請求項１記載
    のデータ及び／又はエネルギー伝送装置。
12. 【請求項１２】 前記電流制限素子が、高オーム状態と
    低オーム状態との間で切り替えることができるテスト抵
    抗を有することを特徴とする請求項１記載のデータ及び
    ／又はエネルギー伝送装置。
13. 【請求項１３】 導体のスイッチが開放状態の場合、前
    記テスト抵抗を、副抵抗の橋絡によって更に低オームに
    したことを特徴とする請求項１２記載のデータ及び／又
    はエネルギー伝送装置。
14. 【請求項１４】 請求項１から１３記載のデータ及び／
    又はエネルギー伝送装置用の切り離しユニット。