DE20013501U1 - Circuit arrangement for connecting a sensor or actuator to a bus line - Google Patents
Circuit arrangement for connecting a sensor or actuator to a bus lineInfo
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Description
Richard Hirschmann GmbH & Co.
D-72654 NeckartenzlingenRichard Hirschmann GmbH & Co.
D-72654 Neckartenzlingen
Schaltungsanordnung zum Anschließen eines Sensors oder Aktuators an eine BusleitungCircuit arrangement for connecting a sensor or actuator to a bus line
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a circuit arrangement according to the preamble of claim 1.
Derartige Schaltungsanordnungen finden bei Bussystemen zur Steuerung von Sensoren und Aktuatoren Anwendung. Ein derartiges, nach dem Master-Slave-Prinzip arbeitendes Bussystem stellt das AS-i Bussystem (Aktuator-Sensor-Interface Bussystem) dar. Der Master ist beispielsweise von einer SPS Steuerung mit einer entsprechenden Master-Anschaltung gebildet. An diesen Master sind über Busleitungen Sensoren und/oder Aktuatoren angeschlossen. Die Sensoren sind von Lichtschranken, Näherungsschaltern und dergleichen gebildet und übermitteln über die Busleitungen Sensorsignale an den Master. Umgekehrt sendet der Master Signale über die Busleitung an die Sensoren, beispielsweise um deren Betriebsparameter zu ändern. Die Aktuatoren sind von Magnetventilen, Hubmagneten oder dergleichen gebildet, die durch vom Master ausgesendete Signale angesteuert werden.Such circuit arrangements are used in bus systems for controlling sensors and actuators. One such bus system that works according to the master-slave principle is the AS-i bus system (actuator sensor interface bus system). The master is formed, for example, by a PLC controller with a corresponding master connection. Sensors and/or actuators are connected to this master via bus lines. The sensors are formed by light barriers, proximity switches and the like and transmit sensor signals to the master via the bus lines. Conversely, the master sends signals to the sensors via the bus line, for example to change their operating parameters. The actuators are formed by solenoid valves, lifting magnets or the like, which are controlled by signals sent by the master.
Die Busleitungen des AS-i Bussystems sind von Zweidrahtleitungen gebildet. Die Sensoren und Aktuatoren sind über die Busleitungen beliebig verzweigt an den Master angeschlossen. Der gesamte Betrieb des Bussystems wird über den Master gesteuert. Hierzu fragt der Master die Slaves bildenden, angeschlossenen Sensoren und/oder Aktuatoren zyklisch ab, worauf die einzelnen Slaves Antwortsignale an den Master senden.The bus lines of the AS-i bus system are made up of two-wire cables. The sensors and actuators are connected to the master via the bus lines in any number of branches. The entire operation of the bus system is controlled by the master. To do this, the master cyclically queries the connected sensors and/or actuators that form the slaves, whereupon the individual slaves send response signals to the master.
Die Anschlüsse herkömmlicher Sensoren und Aktuatoren sind für einen direkten Anschluss an die Busleitungen nicht geeignet, so dass diese über Anwendermodule an die Busleitungen angeschlossen sind. Im einfachsten Fall ist jeweils ein Anwendermodul an einen Sensor oder Aktuator angeschlossen.
5 The connections of conventional sensors and actuators are not suitable for direct connection to the bus lines, so they are connected to the bus lines via user modules. In the simplest case, one user module is connected to each sensor or actuator.
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Über die Busleitungen wird neben den Daten zur Übertragung der einzelnen Signale auch die Versorgungsspannung übertragen, welche die Energieversorgung der angeschlossenen Sensoren und/oder Aktuatoren sicherstellt.In addition to the data for transmitting the individual signals, the bus lines also transmit the supply voltage, which ensures the power supply of the connected sensors and/or actuators.
Problematisch hierbei ist, dass im allgemeinen der Wert der Versorgungsspannung nicht exakt mit den Spannungen übereinstimmt, für welche die Sensoren und/oder Aktuatoren ausgelegt sind. Typischerweise sind derartige vorzugsweise binäre Sensoren für Nennspannungen von 24 Volt Gleichspannung angelegt. Durch die Energieversorgung des AS-i Bussystems werden jedoch Nominalspannungen im Bereich von etwa 28-31 Volt zur Verfügung gestellt, die erheblich höher liegen.The problem here is that the value of the supply voltage does not generally match exactly the voltages for which the sensors and/or actuators are designed. Typically, such preferably binary sensors are designed for nominal voltages of 24 volts DC. However, the power supply of the AS-i bus system provides nominal voltages in the range of around 28-31 volts, which are considerably higher.
Da ein Anschluss von für 24 Volt ausgelegte Sensoren oder Aktuatoren an Versorgungsspannungen von bis zu 31 Volt nicht zulässig ist, wird die Versorgungsspannung im Anwendermodul durch geeignete Schaltungsanordnungen auf die zulässigen Werte reduziert.Since it is not permissible to connect sensors or actuators designed for 24 volts to supply voltages of up to 31 volts, the supply voltage in the user module is reduced to the permissible values by suitable circuit arrangements.
Im einfachsten Fall ist diese Schaltungsanordnung so ausgebildet, dass das Produkt der Differenzspannung, um welche die Versorgungsspannung zu reduzieren ist, und des Verbraucherstroms für den jeweiligen Sensor oder Aktuator in Wärme umgesetzt wird. Problematisch hierbei ist, dass die Verbraucherströme typischerweise relativ hohe Werte, die oberhalb von 200 mA liegen können, annehmen. Dann wird die erzeugte Wärme im Anwendermodul so groß, dass diese nicht mehr über die Oberfläche des Anwendermoduls abgeführt werden kann. Die Innentemperatur des Anwendermoduls steigt daher auf unzulässige Werte an.In the simplest case, this circuit arrangement is designed in such a way that the product of the differential voltage, by which the supply voltage is to be reduced, and the consumer current for the respective sensor or actuator is converted into heat. The problem here is that the consumer currents typically assume relatively high values, which can be above 200 mA. The heat generated in the user module then becomes so great that it can no longer be dissipated via the surface of the user module. The internal temperature of the user module therefore rises to unacceptable values.
Zur Vermeidung einer derartigen Wärmeentwicklung können zur Reduktion der Versorgungsspannung verlustleistungsarm arbeitende, als Schaltregler ausgebildete Spannungsregler verwendet werden. Damit Verfälschungen bei der Datenübertragung vermieden werden benötigen derartige Spannungsregler eine gesiebte Eingangsspannung. Dann jedoch müssen dem Spannungsregler Drosseln vorgeschaltet werden.To avoid such heat development, voltage regulators designed as switching regulators that operate with low power losses can be used to reduce the supply voltage. To avoid corruption during data transmission, such voltage regulators require a filtered input voltage. In this case, however, chokes must be connected upstream of the voltage regulator.
Die Drosseln weisen jedoch für die typischen Verbraucherströme eine unerwünscht große Baugröße auf. Da mit fortschreitender Miniaturisierung insbe-] 0 sondere auch für die Anwendermodule kleine Baugrößen gefordert werden, ist ein Einbau derartiger Drosseln problematisch.However, the chokes are undesirably large for the typical consumer currents. Since increasing miniaturization requires small sizes, especially for the user modules, the installation of such chokes is problematic.
Aus der EP 0 811 276 Bl ist eine Schaltungsanordnung für ein Anwendermodul bekannt, bei welcher die Induktivität eines daran angeschlossenen Aktuators als Entkoppelungsdrossel verwendet wird.From EP 0 811 276 Bl a circuit arrangement for a user module is known in which the inductance of an actuator connected thereto is used as a decoupling choke.
Mit einer derartigen Schaltungsanordnung kann prinzipiell ein Spannungsregler im Anwendermodul eingesetzt werden, ohne dass dort dem Spannungsregler weitere Drosseln vorgeordnet sind.With such a circuit arrangement, a voltage regulator can in principle be used in the user module without additional chokes being arranged upstream of the voltage regulator.
Nachteilig hierbei ist jedoch, dass derartige Anwendermodule nicht universell für Sensoren und Aktuatoren eingesetzt werden können, sondern nur für Aktuatoren wie zum Beispiel Magnetventile, die hinreichend große Induktivitäten aufweisen. Zudem ist erforderlich, dass die Magnete derartiger Aktuatoren an die Versorgungsspannung angepasste Nennspannungen aufweisen, was bei herkömmlichen Aktuatoren nicht der Fall ist.The disadvantage here, however, is that such user modules cannot be used universally for sensors and actuators, but only for actuators such as solenoid valves that have sufficiently large inductances. In addition, the magnets of such actuators must have nominal voltages that are adapted to the supply voltage, which is not the case with conventional actuators.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung bereitzustellen, welche bei geringem Bauvolumen der benötigten Komponenten eine Anpassung der Versorgungsspannung des Bussystems an die Nennspannungen der angeschlossenen Sensoren und/oder Aktuatoren ermöglicht.The invention is based on the object of providing a circuit arrangement which enables the supply voltage of the bus system to be adapted to the nominal voltages of the connected sensors and/or actuators while keeping the required components in small size.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte Ausfuhrungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.To solve this problem, the features of claim 1 are provided. Advantageous embodiments and expedient developments of the invention are described in the subclaims.
Erfindungsgemäß ist zur Einstellung der über eine Busleitung zur Verfügung gestellten Versorgungsspannung des Bussystems im Anwendermodul ein dem angeschlossenen Sensor oder Aktuator vorgeordnetes kapazitives Element mit diesem zugeordneten Schaltmitteln vorgesehen. Mittels der Schaltmittel wird die Polarität des kapazitiven Elements periodisch verändert.According to the invention, a capacitive element arranged upstream of the connected sensor or actuator with associated switching means is provided in the user module for adjusting the supply voltage of the bus system provided via a bus line. The polarity of the capacitive element is periodically changed by means of the switching means.
Der Grundgedanke der Erfindung besteht somit darin, die als Gleichspannung vorliegende, über die Busleitung zur Verfügung gestellte Versorgungsspannung durch ein periodisches Umpolen des vorzugsweise von einem Kondensator gebildeten kapazitiven Elements einzustellen. Dabei wird das kapazitive EIement vorzugsweise mit einer vorgegebenen Schaltfrequenz fortlaufend oder während vorgegebener Zeitintervalle umgepolt. Durch ein derartiges Umpolen des kapazitiven Elements wird der mit diesem in Reihe geschaltete Sensor oder Aktuator von einem Gleichstrom durchflossen, dem ein Wechselstromanteil überlagert ist. Durch die Einstellung der Dauer der Zeitintervalle, innerhalb derer die Umpolung erfolgt, kann der Wechselstromanteil in Bezug auf den Gleichstromanteil eingestellt werden. Schließlich kann zur Einstellung der Versorgungsspannung des jeweiligen Sensors oder Aktuators die Schaltfrequenz der Umpolung verändert werden.The basic idea of the invention is therefore to adjust the supply voltage, which is available as a direct current and is made available via the bus line, by periodically reversing the polarity of the capacitive element, which is preferably formed by a capacitor. The polarity of the capacitive element is preferably reversed continuously or during predetermined time intervals at a predetermined switching frequency. By reversing the polarity of the capacitive element in this way, a direct current flows through the sensor or actuator connected in series with it, which has an alternating current component superimposed on it. By adjusting the length of the time intervals within which the polarity reversal takes place, the alternating current component can be adjusted in relation to the direct current component. Finally, the switching frequency of the polarity reversal can be changed to adjust the supply voltage of the respective sensor or actuator.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Einstellung der Versorgungsspannung im Anwendermodul auf eine vorgegebene Nennspannung eines anzuschließenden Sensors oder Aktuators ohne eine nennenswerte Wärmeentwicklung erfolgt. Zudem werden zur Einstellung der Versorgungsspannung keine Spannungsregler mit vorgeordneten Drosseln benötigt, so dass die benötigten Komponenten zur Einstellung der Versorgungsspannung einen geringen Platzbedarf beanspruchen. Die Baugröße des Anwendermoduls kann dementsprechend gering gehalten werden.A significant advantage of the invention is that the supply voltage in the user module can be set to a predetermined nominal voltage of a sensor or actuator to be connected without significant heat development. In addition, no voltage regulators with upstream chokes are required to set the supply voltage, so that the components required to set the supply voltage take up little space. The size of the user module can therefore be kept small.
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Die Erfindung wird im nachstehenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:The invention is explained below with reference to the drawings. They show:
Figur 1: Schematische Darstellung eines Sensor-Aktuator-Bussystems mit Anwendermodulen zum Anschluss von Sensoren und/oder AktuaFigure 1: Schematic representation of a sensor-actuator bus system with user modules for connecting sensors and/or actuators
toren zum Anschluss an eine Busleitung.gates for connection to a bus line.
Figur 2: Erfindungsgemäße Schaltungsanordnung eines Anwendermoduls gemäß Figur 1.Figure 2: Inventive circuit arrangement of a user module according to Figure 1.
Figur 1 zeigt schematisch den Aufbau eines nach dem Master-Slave Prinzip arbeitenden Sensor-Aktuator-Bussystems. Dieses Bussystem ist im vorliegenden Ausfuhrungsbeispiel als AS-i Bussystem (Aktuator-Sensor-Interface Bussystem) ausgebildet. Der Master des Bussystems ist von einer SPS Steuerung 1 und einer darin integrierten Masteranschaltung gebildet. Die Slaves sind über Busleitungen 2 an den Master angeschlossen und werden von diesem zyklisch abgefragt. Die Busleitungen 2 sind von Zweidrahtleitungen gebildet, über welche Signale für den Datenaustausch zwischen dem Master und den Slaves übertragen werden. Die Signale werden als Datenworte vorgegebener Bitlänge übertragen.Figure 1 shows a schematic of the structure of a sensor-actuator bus system that operates according to the master-slave principle. In the present example, this bus system is designed as an AS-i bus system (actuator-sensor interface bus system). The master of the bus system is formed by a PLC controller 1 and a master connection integrated therein. The slaves are connected to the master via bus lines 2 and are cyclically polled by the master. The bus lines 2 are formed by two-wire lines, via which signals for data exchange between the master and the slaves are transmitted. The signals are transmitted as data words of a specified bit length.
Die Slaves sind von binären Sensoren 3 und Aktuatoren 3' gebildet, wobei die Sensoren 3 als Lichtschranken, Näherungsschalter oder dergleichen gebildet sind. Beispiele für Aktuatoren 3' sind Magnetventile, Hubmagnete oder dergleichen. The slaves are formed by binary sensors 3 and actuators 3', wherein the sensors 3 are formed as light barriers, proximity switches or the like. Examples of actuators 3' are solenoid valves, lifting magnets or the like.
Die Sensoren 3 und Aktuatoren 3' sind jeweils über ein Anwendermodul 4 an die Busleitungen 2 angeschlossen. Prinzipiell können auch mehrere Slaves über ein Anwendermodul 4 an die Busleitungen 2 angeschlossen sein. In den An-Wendermodulen 4 werden die über die Busleitungen 2 übertragenen Datenworte in binäre Signale für die Slaves und umgekehrt umgesetzt.The sensors 3 and actuators 3' are each connected to the bus lines 2 via a user module 4. In principle, several slaves can also be connected to the bus lines 2 via a user module 4. In the user modules 4, the data words transmitted via the bus lines 2 are converted into binary signals for the slaves and vice versa.
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Bei dem Bussystem werden über die Busleitungen 2 nicht nur die Signale zum Datenaustausch zwischen dem Master und den Slaves übertragen. Zudem wird über die Busleitungen 2 die Versorgungsspannung zur Energieversorgung der Slaves zur Verfügung gestellt.
5 In the bus system, not only the signals for data exchange between the master and the slaves are transmitted via the bus lines 2. In addition, the supply voltage for powering the slaves is made available via the bus lines 2.
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Die als Gleichspannung zur Verfugung gestellte Versorgungsspannung, die an den Eingängen der Anwendermodule 4 anliegt, liegt typischerweise im Bereich zwischen 28 und 31 Volt. Die Nennspannungen, mit welchen die Sensoren 3 und Aktuatoren 3' betrieben werden müssen, liegen üblicherweise bei 24 Volt.
10 The supply voltage provided as direct current, which is present at the inputs of the user modules 4, is typically in the range between 28 and 31 volts. The nominal voltages with which the sensors 3 and actuators 3' must be operated are usually 24 volts.
10
Die in Figur 2 dargestellte Schaltungsanordnung in einem Anwendermodul 4 gewährleistet eine präzise Einstellmöglichkeit der Versorgungsspannung auf die geforderten Nennspannungen der Sensoren 3 oder Aktuatoren 3'.The circuit arrangement shown in Figure 2 in a user module 4 ensures a precise adjustment of the supply voltage to the required nominal voltages of the sensors 3 or actuators 3'.
Figur 2 zeigt schematisch die Einkopplung der in einem Netzteil 5 generierten Versorgungsspannung in das Anwendermodul 4. Das Netzteil 5 ist beispielsweise in dem Master integriert und weist eine Spannungsversorgung 6 auf, die über zwei Drosseln 7, T an die Zweidrahtleitungen der Busleitung 2 gekoppelt ist. Die Versorgungsspannung wird über die Busleitung 2 in das Anwendermodul 4 eingespeist.Figure 2 shows schematically the coupling of the supply voltage generated in a power supply unit 5 into the user module 4. The power supply unit 5 is integrated, for example, in the master and has a voltage supply 6 which is coupled to the two-wire lines of the bus line 2 via two chokes 7, T. The supply voltage is fed into the user module 4 via the bus line 2.
An das Anwendermodul 4 ist im vorliegenden Ausfuhrungsbeispiel ein Aktuator 3' wie zum Beispiel ein Magnetventil angeschlossen.In the present embodiment, an actuator 3' such as a solenoid valve is connected to the user module 4.
Das Magnetventil weist eine Induktivität 8 sowie einen Kupferwiderstand 9 auf.The solenoid valve has an inductance 8 and a copper resistor 9.
Zur Einstellung der über die Busleitung 2 in das Anwendermodul 4 eingespeisten Versorgungsspannung weist dieses ein kapazitives Element mit zugeordneten Schaltmitteln auf, welche dem Verbraucher in einer Reihenschaltung vorgeordnet sind.In order to adjust the supply voltage fed into the user module 4 via the bus line 2, the user module 4 has a capacitive element with associated switching means which are arranged upstream of the consumer in a series connection.
Im vorliegenden Ausfuhrungsbeispiel besteht das kapazitive Element aus einem einzelnen Kondensator 10. Die Schaltmittel sind von einem ersten und zweiten Schalter 11, 12 gebildet. Die Schalter 11, 12 sind beispielsweise jeweils von Transistoren gebildet. Der erste Schalter 11 ist dem Kondensator 10 vorgeordnet. Dabei ist auf den ersten Schalter 11 eine Leitung 13 geführt, an welcher die über die Busleitung 2 eingekoppelte Versorgungsspannung anliegt. Der zweite Schalter 12 ist dem Kondensator 10 nachgeordnet, wobei von diesem eine zweite Leitung 14 zum Aktuator 3' geführt ist.In the present exemplary embodiment, the capacitive element consists of a single capacitor 10. The switching means are formed by a first and second switch 11, 12. The switches 11, 12 are each formed by transistors, for example. The first switch 11 is arranged upstream of the capacitor 10. A line 13 is routed to the first switch 11, to which the supply voltage coupled in via the bus line 2 is applied. The second switch 12 is arranged downstream of the capacitor 10, with a second line 14 being routed from the latter to the actuator 3'.
Der Kondensator 10 weist zwei Kondensatorplatten auf, wobei auf eine Kondensatorplatte eine dritte Leitung 15 und auf die zweite Kondensatorplatte eine vierte Leitung 16 geführt ist.The capacitor 10 has two capacitor plates, with a third line 15 being led to one capacitor plate and a fourth line 16 being led to the second capacitor plate.
Durch Umschalten des ersten Schalters 11 kann die erste Leitung 13 wahlweise mit der dritten oder vierten Leitung 15, 16 verbunden werden.By switching the first switch 11, the first line 13 can be optionally connected to the third or fourth line 15, 16.
Durch Umschalten des zweiten Schalters 12 kann die zweite Leitung 14 mit der dritten oder vierten Leitung 15, 16 verbunden werden.By switching the second switch 12, the second line 14 can be connected to the third or fourth line 15, 16.
Die Schalter 11,12 werden von einer ersten Steuerschaltung 17 gesteuert. Zudem ist eine zweite Steuerschaltung 18 vorgesehen, welche die Umsetzung der über die Busleitung 2 übertragenen Signale in binäre Signale für den Aktuator 3' bewirkt. Vorzugsweise sind die Steuerschaltungen 17, 18 jeweils von einem integrierten Schaltkreis gebildet.The switches 11, 12 are controlled by a first control circuit 17. In addition, a second control circuit 18 is provided, which converts the signals transmitted via the bus line 2 into binary signals for the actuator 3'. The control circuits 17, 18 are preferably each formed by an integrated circuit.
Die zweite Steuerschaltung 18 steuert zudem einen weiteren Schalter 19 zum Ein- und Ausschalten des Laststromes für den Aktuator. Dem Schalter 19 ist eine Zenerdiode 20 parallel geschaltet, welche für das Öffnen des Schalters 19 benötigt wird.The second control circuit 18 also controls another switch 19 for switching the load current for the actuator on and off. A Zener diode 20 is connected in parallel to the switch 19 and is required to open the switch 19.
Erfindungsgemäß wird durch Betätigen der dem Kondensator 10 zugeordneten Schaltmittel der Laststrom durch den Aktuator 3' und damit die an diesem an-According to the invention, by actuating the switching means associated with the capacitor 10, the load current through the actuator 3' and thus the
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liegende Versorgungsspannung eingestellt. Vorzugsweise wird die Versorgungsspannung über einen Regelungsprozess auf einen vorgegebenen Wert geregelt,Preferably, the supply voltage is regulated to a predetermined value via a control process,
Zur Einstellung der Versorgungsspannung für den Aktuator 3' wird der Kondensator 10 mit einer vorzugsweise einstellbaren Schaltfrequenz periodisch umgepolt.To adjust the supply voltage for the actuator 3', the capacitor 10 is periodically reversed with a preferably adjustable switching frequency.
Die Umpolung des Kondensators 10 erfolgt durch ein gegenphasiges Schalten der die Schaltmittel bildenden Schalter 11, 12. Dies bedeutet, dass über den ersten Schalter 11 die erste Leitung 13 mit der dritten oder vierten Leitung 15, 16 verbunden ist, wenn die zweite Leitung 14 über den zweiten Schalter 12 mit der jeweils anderen, also der vierten oder dritten Leitung 16, 15 verbunden ist.The polarity reversal of the capacitor 10 is carried out by switching the switches 11, 12 forming the switching means in antiphase. This means that the first line 13 is connected to the third or fourth line 15, 16 via the first switch 11 when the second line 14 is connected to the other line, i.e. the fourth or third line 16, 15, via the second switch 12.
Wesentlich hierbei ist, dass der Takt der Schalter 11, 12 so gewählt ist, dass die Polung des Kondensators 10 in den verschiedenen Richtungen symmetrisch erfolgt. Die Umpolung erfolgt daher in einem Tastverhältnis 1:1.It is important that the clock of the switches 11, 12 is selected so that the polarity of the capacitor 10 is symmetrical in the different directions. The polarity reversal therefore takes place in a duty cycle of 1:1.
Prinzipiell können die Schalter 11,12 auch gleichphasig geschaltet werden, so dass der Kondensator 10 überbrückt wird und der Aktuator 3' entsprechend mit Gleichstrom gespeist wird.In principle, the switches 11, 12 can also be switched in phase, so that the capacitor 10 is bridged and the actuator 3' is accordingly supplied with direct current.
Ein derartiges gleichphasiges Schalten der Schalter 11, 12 eignet sich insbesondere zum schnellen Einschalten des Laststroms des Aktuators 3'. In einer vorteilhaften Ausfuhrungsform kann dabei auf den den Schaltmitteln vorgeordneten Schalter 19 vollständig verzichtet werden, so dass das Ein- und Ausschalten des Laststromes allein durch die die Schaltmittel bildenden Schalter 11,12 bewerkstelligt wird.Such in-phase switching of the switches 11, 12 is particularly suitable for quickly switching on the load current of the actuator 3'. In an advantageous embodiment, the switch 19 arranged upstream of the switching means can be completely dispensed with, so that the switching on and off of the load current is accomplished solely by the switches 11, 12 forming the switching means.
Nach dem Einschalten des Laststromes wird zur Einstellung der Versorgungsspannung durch gegenphasiges Schalten der Schalter 11, 12 der Kondensator 10 periodisch umgepolt.After the load current is switched on, the capacitor 10 is periodically reversed in order to adjust the supply voltage by switching the switches 11, 12 in antiphase.
Prinzipiell kann die Umpolung fortlaufend erfolgen. Besonders vorteilhaft erfolgt die Umpolung nur innerhalb vorgegebener, vorzugsweise einstellbarer Zeitintervalle. Zwischen den einzelnen Zeitintervallen können die Schalter 11, 12 kurzzeitig gleichphasig geschaltet sein. Dadurch ergibt sich als Laststrom im Aktuator 3' ein Gleichstrom, welchem ein Wechselstromanteil überlagert ist. Wesentlich hierbei ist, dass der zeitliche Verlauf des Wechselstromanteils so ausgebildet ist, dass die über die Busleitung 2 übertragenen Daten nicht verfälscht werden. Durch Variation der Zeitintervalle, innerhalb derer die Umpolung des Kondensators 10 erfolgt, ist das Verhältnis des Gleichstromanteils an dem Wechselstromanteil einstellbar.In principle, the polarity reversal can occur continuously. It is particularly advantageous if the polarity reversal only occurs within predetermined, preferably adjustable time intervals. Between the individual time intervals, the switches 11, 12 can be switched in phase for a short time. This results in a direct current, which is superimposed with an alternating current component, as the load current in the actuator 3'. It is important here that the time profile of the alternating current component is designed in such a way that the data transmitted via the bus line 2 is not falsified. By varying the time intervals within which the polarity reversal of the capacitor 10 occurs, the ratio of the direct current component to the alternating current component can be adjusted.
Des Weiteren wird über die Steuerschaltung 17 die Schaltfrequenz der Schalter 11, 12 zur Einstellung der Versorgungsspannung variiert, wobei die Schaltfrequenz typischerweise bei etwa 100 kHz liegt. Durch die relativ groß gewählte Schaltfrequenz kann die Kapazität des Kondensators 10 entsprechend gering dimensioniert werden, wodurch das Bauvolumen des Kondensators 10 entsprechend gering ist.Furthermore, the switching frequency of the switches 11, 12 is varied via the control circuit 17 to adjust the supply voltage, with the switching frequency typically being around 100 kHz. Due to the relatively high switching frequency selected, the capacitance of the capacitor 10 can be dimensioned accordingly small, whereby the construction volume of the capacitor 10 is correspondingly small.
Die kapazitive Anordnung mit den Schaltmitteln benötigt insgesamt ein geringes Bauvolumen, so dass das Anwendermodul 4 eine entsprechend geringe Baugröße aufweist.The capacitive arrangement with the switching means requires a small overall construction volume, so that the user module 4 has a correspondingly small construction size.
Prinzipiell ist es sogar denkbar, die kapazitive Anordnung mit den Schaltmitteln nicht im Anwendermodul 4 anzuordnen sondern im Stecker des angeschlossenen Sensors 3 oder Aktuators 3' unterzubringen.In principle, it is even conceivable to arrange the capacitive arrangement with the switching means not in the user module 4 but to accommodate it in the plug of the connected sensor 3 or actuator 3'.
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