JP2013520111A - 誘導雷が原因の過電圧の抑制 - Google Patents
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Abstract
直流電圧フリーかつ差動の、ＥＩＡ−４８５／ＥＩＡ−４２２準拠の、ＴＴＰプロトコルに従った信号伝送を備えたフィールドバスのバスライン（１０２）へのバス接続ユニット（１０１）のための結合回路であって、バス接続ユニット（１０１）の送信／受信コンポーネント（１０４）の両方の入力部／出力部（１０８、１０９）が信号発信装置（１０３）の第一のコイルと、およびバスライン（１０２）の両方の極が信号発信装置第二のコイルと、接続されており、第一のコイルが中心タップ（１０７）を備え、この中心タップ（１０７）がバス接続ユニット（１０１）のローカル規準ポテンシャルとコンデンサー（１０５）とを接続しており、このコンデンサーの容量が少なくとも発信装置（１０３）の寄生容量（１１０）の１００倍である結合回路。
【選択図】図１
【選択図】図１
Description
本発明は、直流電圧フリーかつ差動の、ＥＩＡ−４８５／ＥＩＡ−４２２準拠の、ＴＴＰプロトコルに従った信号伝送を備えたフィールドバスのバスラインへのバス接続ユニットのための結合回路に関する。この結合回路では、バス接続ユニットの送信／受信コンポーネントの両方の入力部／出力部と信号発信装置の第一のコイルとが、およびバスラインの両方の極と信号発信装置第二のコイルとが、接続されている。
誘導型バスカプラーは、ガルバニック絶縁のために信号発信装置を使用し、この信号発信装置はデータバスとバス接続ユニットをガルバニックに分離するよう作用する。これによってバス接続ユニットとバス接続ユニットおよびバスラインとの間の電位差が許容される。実際の信号発信装置の特性を考えると、理論的に理想的な伝送とは異なり、伝送装置コイル間の静電結合が原因で、結合のために少なくとも一部分で動的障害が発生する。そのような過結合の障害は、伝送エラーをもたらすかまたは接続されたコンポーネントに恒久的な損傷を与える場合がある。それゆえに、必要に応じて適切な保護回路がこの障害を十分に抑制しなければならない。特に安全上重大な適用、例えば航空分野におけるフィールドバスへの信号伝送などでは、特に誘導雷に起因する、一時的なコモンモード干渉が伝送エラーを引き起こすかまたはコンポーネント損傷の原因となり、そのアウトプットポイントがしばしば全システムを破滅的に破損する可能性がある。誘導雷に起因するコモンモード干渉は、バス接続ユニットの規準ポテンシャルの間で生じ、しばしば「アース不整合」と呼ばれ、またはバスラインの結合で生じる。
誘導雷による障害の場合、経験によれば障害原因の内部抵抗が低いことを前提としなければならない。障害抑制のためのコンデンサーが変圧器の入力側にある場合、例えばいわゆる「ＢｏｂＳｍｉｔｈ Ｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ」が使用されている場合、値をｋＶエリアに示され得る干渉電圧は、コンデンサーへ誘導されることによってわずかにだけ低減される。重要な欠点は、追加的に非常に高い寄生電流が生じることもあり、これは構成部品が恒久的に損傷するかまたは構成部品が完全に破壊される原因となり得る。
本発明の課題は、信号品質が損なわれることなく、そのような障害をバス接続ユニット側で危険ではない程度に抑制することである。
この課題は、冒頭に挙げた種類の結合回路によって解決される。この結合回路では本発明により、第一のコイルが中心タップを備え、この中心タップがバス接続ユニットのローカル規準ポテンシャルとコンデンサーを介して接続され、このコンデンサーの容量が発信装置の寄生容量の少なくとも１００倍になる。
本発明により、クロストーク障害がバス接続ユニット側で抑制される。この抑制は、コモンモード干渉は抑制されるが、プッシュプル希望信号はしかし減衰されない種類の方法で行われる。接続されたコンポーネントで差動の希望信号に直流電圧が干渉する場合、ローカル規準ポテンシャルに中心タップを静電結合することは目的にかなっている。
障害抑制のためのコンデンサーは絶縁された側にあるため、障害原因の低い内部抵抗に加えてさらに変圧器の寄生結合容量も作用する。それによって初めて、一方で干渉電圧を大幅に低減することが可能であり、他方でわずかな電流フローだけがもたらされる。なぜなら、寄生結合容量はｐＦエリアにあり、それによって構成要素をもはや破壊することのない値に電流が制限されるからである。
実際には、コンデンサーの容量が５〜５００ｎＦであると有利である。
規準ポテンシャルへの接続で抵抗値を可能な限り小さくするため、信号発信装置がバス接続ユニットの送信／受信コンポーネント付近に配置されていると目的にかなっている。
ローカル規準ポテンシャルが共通のアースに相当する場合にさらに有利であるが、ローカル規準ポテンシャルが供給電圧の極に相当することが企図されてもよい。なぜなら供給電圧の極もアースへの固定した静電結合を備えているからである。
本発明はさらなる利点と共に以下において図を使用して詳しく説明される。そこで使用される図は１つのみであり、バスラインへのバス接続ユニットのための結合回路を示している。
ここで図を使用してＥＩＡ−４８５またはＥＩＡ−４２２準拠の信号伝送を備えたデータバスをベースにした結合回路の実現について説明される。
バス接続ユニット１０１は、信号発信装置１０３とバスライン１０２を使って連結されている。バス接続ユニット１０１は送信／受信コンポーネント１０４（簡素化のために受信コンポーネントだけが図示されている）とローカル規準ポテンシャル１０６（この例ではアース）を備えている。
結線１０８、１０９、つまりバス接続ユニット１０１の送信／受信コンポーネント１０４の入力結線は信号発信装置１０３の第一のコイルと、バスライン１０２の２つの極はこの信号発信装置の第二のコイルと、接続している。発信装置１０３の第一のコイルは中心タップ１０７を備え、この中心タップはコンデンサー１０５を介して規準ポテンシャル１０６と接続されている。
中心タップ１０７のローカル規準ポテンシャル１０６への直接結合は、典型的なＥＩＡ−４８５またはＥＩＡ−４２２準拠の送信／受信コンポーネント１０４では不可能である。なぜなら結線１０８および１０９では直流電圧が干渉するからである。
実際に仕上げられた信号発信装置１０３はバス接続ユニット１０１を備え、共通の筐体内にまたは共通のプリント基板上に構成される。なぜなら、可能な限り抵抗値が小さくなるよう規準ポテンシャル１０６に接続するために、発信装置を可能な限り送信／受信コンポーネント１０４の近くに配置することが得策だからである。
バイパスコンデンサー１０５により、本発明による結合回路は動的コモンモード干渉に対してバス接続ユニット１０１とバスライン１０２との間の電位差の形で影響を与え、送信／受信コンポーネント１０４は結線１０８および１０９での過電圧に対して、ローカル規準ポテンシャル１０６に対して保護される。
以下では、本発明による回路のより正確な動作方式が説明される。特に誘導雷によって引き起こされた障害は、バス接続ユニット１０１とバスライン１０２の間の動的電位差の形で、信号発信装置１０３の寄生結合容量１１０を上回る電流フローを引き起こす。もしコンデンサー１０５がなかったとしたら、送信／受信コンポーネント１０４の高抵抗の結線１０８および１０９におけるこの電流フローは、ローカル規準ポテンシャル１０６に対して高い干渉電圧を生じさせるであろう。コンデンサー１０５の使用により、過結合の寄生電流は、送信／受信コンポーネント１０４の結線１０８および１０９へ／からではなく、ほとんど信号発信装置１０３のバス接続ユニット側のコイルのみで、およびその結果としてコンデンサー１０５を介して、ローカル規準ポテンシャル１０６に反対に流れる。寄生電流は信号発信装置コイルを反対に流れるため、磁場が生じない。これによって伝送装置コイル内では、主としてオーム抵抗が漏れインダクタンスまたはコイルまたは電流フロー内の非対称によって影響を与えるが、誘導性抵抗部分の影響はわずかである。達成可能な障害抑制は、発信装置１０３およびコンデンサー１０５の寄生容量１１０の換算係数により、以下のように近似的に計算される。
ＵＳｔｏｅｒ／ＵＲ＝１＋ＣＡ／ＣＫ
記号の意味：
ＵＳｔｏｅｒ=バス接続ユニット１０１とバスライン１０２間の干渉電圧
ＵＲ＝入力部１０８および１０９の規準ポテンシャル１０６に対する残留電圧
ＣＡ＝コンデンサー１０５の容量
ＣＫ＝寄生容量１１０
ＵＳｔｏｅｒ／ＵＲ＝１＋ＣＡ／ＣＫ
記号の意味：
ＵＳｔｏｅｒ=バス接続ユニット１０１とバスライン１０２間の干渉電圧
ＵＲ＝入力部１０８および１０９の規準ポテンシャル１０６に対する残留電圧
ＣＡ＝コンデンサー１０５の容量
ＣＫ＝寄生容量１１０
信号発信装置の寄生容量は、典型的には１０ｐＦ〜５０ｐＦの範囲にある。例えばコンデンサー容量が４７ｎＦである場合、上記の式によると障害抑制は約１０００〜５０００である。実際の作業では容量は有意義には少なくとも発信装置１０３の寄生容量１１０の１００倍あることが求められることを示している。コンデンサー１０５の容量は普通５〜５００ｎＦの間にある。
直流電圧フリーで、差動に伝達される希望信号は、バイパスコンデンサー１０５による追加的な減衰の影響を受けない。なぜなら差動信号のために電流はコンデンサー１０５を通って流れないからである。
１０１ バス接続ユニット
１０２ バスライン
１０３ 信号発信装置
１０４ 受診コンポーネント
１０５ コンデンサー
１０６ 規準ポテンシャル
１０７ 中心タップ
１０８ 入力部
１０９ 出力部
１１０ 容量
１０２ バスライン
１０３ 信号発信装置
１０４ 受診コンポーネント
１０５ コンデンサー
１０６ 規準ポテンシャル
１０７ 中心タップ
１０８ 入力部
１０９ 出力部
１１０ 容量
Claims (5)
- 直流電圧フリーかつ差動の、ＥＩＡ−４８５／ＥＩＡ−４２２準拠の、ＴＴＰプロトコルに従った信号伝送を備えたフィールドバスのバスライン（１０２）へのバス接続ユニット（１０１）のための結合回路であって、前記バス接続ユニット（１０１）の送信／受信コンポーネント（１０４）の両方の入力部／出力部（１０８、１０９）が信号発信装置（１０３）の第一のコイルと、および前記バスライン（１０２）の両方の極が信号発信装置第二のコイルと、接続されている結合回路において、前記第一のコイルが中心タップ（１０７）を備え、該中心タップが前記バス接続ユニット（１０１）のローカル規準ポテンシャルとコンデンサー（１０５）とを接続しており、該コンデンサーの容量が少なくとも前記発信装置（１０３）の寄生容量（１１０）の１００倍であることを特徴とする結合回路。
- 前記コンデンサー（１０５）の容量が５〜５００ｈＦであることを特徴とする、請求項１に記載の結合回路。
- 前記ローカル規準ポテンシャルが共通のアースに相当することを特徴とする、請求項１または２に記載の結合回路。
- 前記ローカル規準ポテンシャルが供給電圧の極に相当することを特徴とする、請求項１または２に記載の結合回路。
- 前記信号発信装置（１０３）が前記バス接続ユニット（１０１）の前記送信／受信コンポーネント（１０４）の近くに配置されていることを特徴とする、請求項１〜４のうちのいずれか一項に記載の結合回路。
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