JP4031133B2

JP4031133B2 - データ及び／又はエネルギー伝送装置

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Publication number: JP4031133B2
Application number: JP37365698A
Authority: JP
Inventors: ビューリングペーター; ヨンクエゴン
Original assignee: Koninklijke Philips NV; Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1998-01-02
Filing date: 1998-12-28
Publication date: 2008-01-09
Anticipated expiration: 2018-12-28
Also published as: KR100580800B1; DE19800049A1; US6141195A; DE59907402D1; JP2000032657A; KR19990066929A; EP0927981B1; EP0927981A3; EP0927981A2

Description

【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、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１９７０４８８４．６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１２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１１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２１のテスト導体２２は、スイッチ２０の出力部で導体１１ａ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１１ａ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４０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２２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３４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３１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３０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３１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３１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３５を有する。監視ユニット２１を、スイッチ４０１，４０３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４０７、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３４、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３２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４０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１１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３１，３２，４０４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４０４，４０３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１１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４１４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４１７を十分に充電できるような期間に制御トランジスタ４０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２０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４１３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４３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５０４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５０３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５０３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

Claims

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、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データ及び／又はエネルギー伝送装置。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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１１記載のデータ及び／又はエネルギー伝送装置。
請求項１から１２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。