DE4315674A1

DE4315674A1 - Energieversorgungsprinzip für Teilnehmer an seriellen Zweidrahtleitungen

Info

Publication number: DE4315674A1
Application number: DE19934315674
Authority: DE
Inventors: Eckehard Gras; Hans Gustat
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-05-06
Filing date: 1993-05-06
Publication date: 1993-10-07

Description

Die Erfindung dient dazu, sowohl die Übertragung eines digitalen seriellen Datenstromes von einem oder zu einem abgesetzten Busteil nehmer T an einer Zweidrahtleitung zu ermöglichen, als auch dessen Energieversorgung ausschließlich über diese Zweidrahtleitung zu gewähr leisten. Die Anschaltung mehrerer derartiger Busteilnehmer ist möglich. Als Bus eignet sich insbesondere eine symmetrische Zweidrahtleitung entsprechend dem RS-422- oder RS-485-Standard. Durch die Verwendung einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung können die Eigenschaften des Busses im Rahmen der Festlegungen des Standards RS-485 bzw. RS-422 erhalten bleiben, d. h., diesen Spezifikationen entsprechende Teilnehmer können ohne zusätzlichen Aufwand weiterhin am Bus betrieben werden. Das der Erfindung zugrunde liegende Schaltungsprinzip ermöglicht es, kosten günstig abgesetzte Sensor/Aktor-Systeme an einer symmetrischen Zweidrahtleitung zu betreiben.

Bekannte Lösungen realisieren die Übertragung von Energie und Daten über eine Zweidrahtleitung meist dadurch, daß eine Gleichspannung oder ein Gleichstrom mit den zu übertragenden Daten moduliert wird. Dies hat den Nachteil, daß spezielle, nicht standardisierte, Busdefinitionen verwendet werden müssen.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß an den Bus eine von allen Busteilnehmern unabhängige Energieversorgungsschaltung EV angeschaltet wird, welche auf einer begrenzten Mitkopplung der Buspegel beruht. Ein Beispiel hierfür wird in Fig. 1 dargestellt. Mit Hilfe eines Komparators K werden die Pegel beider Busleitungen miteinander verglichen und im Sinne einer Mitkopplung, über von K gesteuerte Schalter, auf die jeweilige Leitung zurückgeführt.

Qp und Qn in Fig. 1 stellen im Ruhezustand positive bzw. negative Spannungsquellen dar, welche die Ruhepegel Vp und Vn in beiden binären Zuständen der Busleitung bestimmen. Damit jeder Busteilnehmer in der Lage ist, den Zustand der Busleitung zu ändern, müssen die Speiseströme Ip aus Qp und In aus Qn begrenzt werden, so daß der Treiberstrom jedes Teil nehmers ausreicht, die Buspolarität umzukehren. Anstelle der einfachen Strombegrenzung mit der in Fig. 2 als Beispiel dargestellten Ausgangs kennlinie von Qp und Qn sind auch andere Verfahren möglich. Beispiels weise kann eine Fold-back Kennlinie, wie in Fig. 2 gepunktet dargestellt, die Umschaltung beschleunigen.

Die genannten Strombegrenzungsverfahren erfordern im allgemeinen Fall eine Begrenzung des Speisestromes auf einen Wert unterhalb des kleinsten maximalen Treiberstromes aller Busteilnehmer. Ein darüber hinausgehender Speisestrom ist mit dem erfindungsgemäßen Prinzip der Energieversorgung möglich, indem die Ströme Ip und In dynamisch bei schnellen Anstiegen des Laststromes begrenzt bzw. vermindert werden. Eine lokale Pufferung der Betriebsspannung jedes Teilnehmers ermöglicht die Trennung von Signal wechseln und Änderungen in der Leistungsaufnahme.

Die Energieversorgung eines Busteilnehmers T aus der Differenzspannung V_AB kann dadurch erfolgen, daß mit Hilfe einer Graetz-Brücke die Pegel der Busleitungen entsprechend Fig. 1 gleichgerichtet und z. B. über einen Kondensator gepuffert dem Busteilnehmer zur Verfügung gestellt werden. Der zur Pufferung notwendige Kondensator muß dabei nur den jeweils zur Pegelumkehr notwendigen Zeitraum überbrücken.

Bei dieser Schaltung liegen die Ruhepegel auf der Busleitung um eine Diodenflußspannung der Graetz-Brücke außerhalb der Betriebsspannungs grenzen des jeweiligen Teilnehmers T. Um einen Stromfluß durch Schutz- und parasitäre Dioden von T zu vermeiden, sollten als Dioden für die Graetz-Brücke zweckmäßig solche mit einer möglichst geringen Flußspannung, z. B. Schottky-Dioden, gewählt werden.

Claims

1. Speiseprinzip zur Energieversorgung von mit Zweidrahtleitungen verbundenen Teilnehmern mit seriellem digitalen Datenverkehr, wobei beide binäre Zustände eine hinreichende Pegeldifferenz aufweisen,
gekennzeichnet dadurch,
daß der auf der Zweidrahtleitung in jedem der beiden binären Zustände vorhandene Pegel von einer parallel angeschlossenen Energieversorgungs schaltung durch eine Mitkopplung mit einer Speisespannung gestützt wird, und
daß durch eine geeignete Begrenzung oder Regelung des Speisestromes jedem angeschlossenen Teilnehmer die Möglichkeit zur Änderung des binären Zustandes der Zweidrahtleitung gegeben ist, sowie
daß die Betriebsspannungen der zu versorgenden Teilnehmer während der Pegelwechsel lokal gepuffert werden und während der Dauer konstanten Pegels auf der Zweidrahtleitung von diesem Pegel gespeist werden, was bei üblichen symmetrischen Busdefinitionen Gleichrichtungsschaltungen erfordert.

2. Speiseprinzip nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Gleichrichtung für die Versorgung der Teilnehmer durch eine Graetz- Brücke aus Dioden mit niedrigerer Flußspannung als die der Schutz- und parasitären Dioden der Teilnehmerschaltungen, beispielsweise mit Schottkydioden, erfolgt.

3. Speiseprinzip nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Wert des maximalen Speisestromes bei einem schnellen Anstieg des Laststromes vorübergehend verringert wird.