JP4031133B2 - データ及び/又はエネルギー伝送装置 - Google Patents
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Description
【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 (13)
- 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。
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