專利名稱：用于給至少一個(gè)總線用戶供電的方法
用于給至少一個(gè)總線用戶供電的方法本發(fā)明涉及用于給至少一個(gè)總線用戶供電的一種方法以及用于給至少一個(gè)總線用戶供電的一種裝置。
現(xiàn)有技術(shù)在一種裝置中，其中該裝置具有諸如控制設(shè)備的主機(jī)和諸如耗電器的與主機(jī)相連的許多從機(jī)，在主機(jī)和從機(jī)之間交換信息。另外該主機(jī)還可以給從機(jī)提供能量。在此考慮在該在主機(jī)和從機(jī)之間提供能量和信息的傳輸可能性。已知了電氣接口用于把至少一個(gè)傳感器連接到控制設(shè)備，其中通過(guò)僅兩個(gè)導(dǎo)線來(lái)不僅進(jìn)行能量供給，而且還進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。能量在此通過(guò)相對(duì)恒定的靜態(tài)電流、比如通過(guò)外圍傳感器接口(peripheral sensor interface, PSI5)來(lái)傳輸。代替地可以比如在單 個(gè)比特傳輸之間或期間、比如在由領(lǐng)先汽車制造商和提供商所定義的一種線控安全運(yùn)行(Safe-by-ffire-Betrieb)中、或者按照ISO標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行周期性能量傳輸。也可以在一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)字之間、比如通過(guò)動(dòng)態(tài)接口(Distributed Sensor Interface, DSI,分布傳感器接口)、或尤其諸如由Freescale公司或TRW所提供的其他合適的接口來(lái)進(jìn)行能量傳輸。周期供電的特征是，在能量供給之間階段(Phasen)的能量被中間存儲(chǔ)在傳感器中。通常在具有較高電壓的階段中和/或在固定的時(shí)間幀來(lái)進(jìn)行能量傳輸。總之利用迄今的方法僅能夠傳輸在幾瓦范圍內(nèi)的微小功率以及最大幾百毫安電流。在文獻(xiàn)US 6 459 363中闡述，為了傳輸數(shù)據(jù)和能量而采用了兩個(gè)電線，通過(guò)它來(lái)相互連接控制裝置和模塊。在文獻(xiàn)US 6 097 761中描述了用于通過(guò)同一線路來(lái)傳輸能量和數(shù)據(jù)的方法和系統(tǒng)，其中在該線路上連接了許多站。在此推薦，在該線路中饋入雙極交流電壓，其中一個(gè)第一極僅用于能量供給，數(shù)據(jù)傳輸僅通過(guò)第二極的脈沖幅度調(diào)制來(lái)進(jìn)行。如果第一極的脈沖被非常低歐姆地饋入，那么大量的能量就可以被傳輸?shù)竭@些站。如果第二極的脈沖被高歐姆地輸入，那么對(duì)于數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼{(diào)制僅需要微小的功率。從而僅需要兩個(gè)導(dǎo)線，其中一個(gè)在最簡(jiǎn)單的情況下可以替換為系統(tǒng)的地。在采用三個(gè)導(dǎo)線時(shí)，可以以非常簡(jiǎn)單的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)防止導(dǎo)線失效的增強(qiáng)的故障可靠性。具有通過(guò)總線相互連接的主機(jī)和多個(gè)從機(jī)的通信系統(tǒng)是文獻(xiàn)US 2007/086 686的主題。在此按照一個(gè)固定預(yù)先給定的方案來(lái)交替充電時(shí)間和放電時(shí)間，其中在該充電時(shí)間中在總線上施加一個(gè)電壓，在放電時(shí)間中該電壓再次下降。如果該電壓在一個(gè)放電時(shí)間期間達(dá)到值零，那么就總是傳輸數(shù)據(jù)。在文獻(xiàn)US 2007/233920中公開了一種類似的通信系統(tǒng)。其中用于傳輸能量的和用于傳輸數(shù)據(jù)的時(shí)間間隔相交替。其規(guī)定，時(shí)間間隔的長(zhǎng)度是固定預(yù)先給定的，并且可以改變所傳輸數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)速率。本發(fā)明的公開
在此背景下介紹了具有獨(dú)立權(quán)利要求所述特征的方法和裝置。本發(fā)明的其他擴(kuò)展參見(jiàn)從屬權(quán)利要求和說(shuō)明。提供有總線或網(wǎng)絡(luò)，其可以包含有一對(duì)線路、典型為兩個(gè)導(dǎo)線，并通過(guò)導(dǎo)線來(lái)進(jìn)行能量傳輸和數(shù)據(jù)傳輸。在此可以是至少一個(gè)總線用戶和/或耗電器的、僅具有兩個(gè)電線路的總線、比如傳感器總線，其如此來(lái)構(gòu)造，使得為了給總線用戶提供電能也可以傳輸大的電流，并從而能夠連接具有較高電流需求和/或較高功率消耗的耗電器，比如執(zhí)行器和/或傳感器。從而可以省略否則所需的單獨(dú)的能量傳輸和數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾娎|，由此能夠節(jié)省重量和材料。另外還可以省略在控制設(shè)備上以及也在傳感器上的插頭引腳，由此能夠降低構(gòu)造大小并從而進(jìn)一步節(jié)省成本。在可可變調(diào)節(jié)的數(shù) 據(jù)傳輸階段期間的數(shù)據(jù)速率以及在可可變調(diào)節(jié)的能量傳輸階段期間的能量量可以靈活地與相應(yīng)所連接總線用戶的需求相匹配。在需要時(shí)這種匹配也可以在運(yùn)行時(shí)間期間通常動(dòng)態(tài)地進(jìn)行。比如在作為可能的總線用戶的傳感器和/或執(zhí)行器中，其中總線用戶可以作為電氣組件來(lái)構(gòu)造，可以放棄使用成本密集的能量存儲(chǔ)器、比如電容器?？刂圃O(shè)備可以具有一個(gè)動(dòng)態(tài)的接口，比如DSI (Distributed Sensor Interface,分布傳感器接口)，其中該總線的兩個(gè)線路通過(guò)該接口而連接到該總線用戶。利用該動(dòng)態(tài)接口可以在擴(kuò)展方案中在能量傳輸階段和數(shù)據(jù)傳輸階段之間來(lái)回地切換。通過(guò)該措施可以對(duì)相繼的能量傳輸和數(shù)據(jù)傳輸階段進(jìn)行靈活和/或智能的去耦。按照擴(kuò)展方案，所述的階段可以直接相繼。然而也可以在階段之間設(shè)置停頓、比如切換停頓。在擴(kuò)展方案中，由該控制設(shè)備在設(shè)置用于能量傳輸?shù)闹辽僖粋€(gè)階段以及設(shè)置用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹辽僖粋€(gè)階段期間給至少一個(gè)總線用戶提供能量和數(shù)據(jù)，其中所述控制設(shè)備和至少一個(gè)總線用戶相互連接，所述階段相互交替并分別相繼。在一個(gè)實(shí)施方式中，同樣可以在數(shù)據(jù)傳輸階段期間以典型比在能量傳輸階段期間更小的量和/或更小的功率來(lái)提供能量。另外還可以按照需求和/或根據(jù)至少一個(gè)總線用戶的運(yùn)行參數(shù)來(lái)匹配用于能量傳輸和/或數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕惶骐A段的長(zhǎng)度或時(shí)長(zhǎng)。為此可以在數(shù)據(jù)傳輸階段和/或用于相繼的實(shí)施階段期間改變數(shù)據(jù)傳輸速率。本發(fā)明的一種可能的應(yīng)用規(guī)定用于具有增大能量需求的傳感器和傳感器/執(zhí)行器組合，比如拉姆達(dá)探測(cè)器、空氣質(zhì)量測(cè)量計(jì)、CO2或NOx傳感器、節(jié)流閥的探測(cè)器和/或調(diào)節(jié)器，其作為典型地在汽車中的總線用戶以及從而耗電器。根據(jù)本發(fā)明的裝置構(gòu)造用于實(shí)施前述方法的所有步驟。在此該方法的單個(gè)步驟也可以由該裝置的單個(gè)部件來(lái)實(shí)施。另外該裝置的功能或該裝置的單個(gè)部件的功能可以轉(zhuǎn)換為該方法的步驟。另外該方法的步驟也可以作為該裝置的至少一個(gè)部件或整個(gè)裝置的功能來(lái)實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)和擴(kuò)展方案參見(jiàn)說(shuō)明和附圖
。應(yīng)理解，前述的以及在下文中還要解釋的特征可以不僅以相應(yīng)所述的組合、而且還以其他的組合或單獨(dú)地采用，而不脫離本發(fā)明的范疇。附圖的簡(jiǎn)述
圖I以示意圖示出了根據(jù)本發(fā)明的裝置的第一實(shí)施方式，
圖2以示意圖示出了根據(jù)本發(fā)明的裝置的第二實(shí)施方式，
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明方法的一個(gè)實(shí)施方式的過(guò)程圖。
本發(fā)明的實(shí)施方式
本發(fā)明借助附圖中的實(shí)施方式來(lái)示意性示出，并在下面參照附圖來(lái)詳細(xì)解釋。連貫并交錯(cuò)地闡述附圖，相同的符號(hào)表示相同的部件。在圖I中示意性所示的用于實(shí)施本發(fā)明方法的第一實(shí)施方式的本發(fā)明裝置I的第一實(shí)施方式包含有控制設(shè)備3，該控制設(shè)備具有供電單元5并具有測(cè)量元件9，其中該供電單元設(shè)置在該控制設(shè)備3的一個(gè)模塊7中。所述的模塊7構(gòu)造用于進(jìn)行開關(guān)和/或用于數(shù)據(jù)處理。通過(guò)兩個(gè)線路11、13，作為至少一個(gè)總線用戶15的一個(gè)或多個(gè)傳感器或作為耗電器的其他電氣組件連接到該控制設(shè)備3。為了數(shù)據(jù)傳輸，可以通過(guò)在總線用戶15中的控制單元17比如通過(guò)電流宿來(lái)調(diào)制電流。這種調(diào)制利用設(shè)置在該總線用戶15中的開關(guān)19、21來(lái)實(shí)施。電流的變化利用測(cè)量·元件9在該控制設(shè)備3中被記錄。通?；蛘咄ㄟ^(guò)傳感器的靜態(tài)電流消耗、或者周期地在不同的、通常較高的電壓階段期間通過(guò)諸如設(shè)置在該傳感器中的電容器的能量存儲(chǔ)器的充電來(lái)進(jìn)行傳感器的能量供給。在周期傳輸中特征在于，能量階段與數(shù)據(jù)階段相比比較短。利用在圖I中所示的本發(fā)明裝置I的實(shí)施方式實(shí)現(xiàn)了通過(guò)該控制設(shè)備3對(duì)至少一個(gè)總線用戶15的供電。所述至少一個(gè)總線用戶15和該控制設(shè)備3通過(guò)網(wǎng)絡(luò)相互連接。數(shù)據(jù)在至少一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸階段期間被傳輸給所述至少一個(gè)總線用戶15。在至少一個(gè)能量傳輸階段期間向所述至少一個(gè)總線用戶15傳輸能量。用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾A段和用于能量傳輸?shù)碾A段由該控制設(shè)備5出發(fā)來(lái)交替地并相繼地設(shè)置。在此，階段的長(zhǎng)度通常伴隨運(yùn)行地被可變地調(diào)節(jié)。在圖2中示意性所示的具有控制設(shè)備25的本發(fā)明裝置23的第二實(shí)施方式同樣構(gòu)造用于實(shí)施本發(fā)明方法的一個(gè)實(shí)施方式。在此規(guī)定，在至少一個(gè)總線用戶27中除了用于電流調(diào)制和數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈_關(guān)19、21之外還設(shè)置有具有所屬開關(guān)元件31的其他耗電器29。其在典型較高能量傳輸?shù)碾A段中直接從作為能量源的供電單元5被提供比如幾百毫安至幾安培的電流。在圖3中所示的關(guān)于本發(fā)明方法實(shí)施方式的圖包含有時(shí)間軸35。沿著時(shí)間軸35示出了一系列用于數(shù)據(jù)傳輸“K”的、也可以稱作通信階段的階段37、39和用于能量傳輸“E”的階段41、43。在本發(fā)明方法的實(shí)施方式中，用于傳輸通常較大量能量“E”的、比如用于給功率部件供電的階段41、43和用于數(shù)據(jù)傳輸“K”的階段37、39在時(shí)間上相分隔。此外用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾A段37、39的長(zhǎng)度和/或用于能量傳輸?shù)碾A段41、43的長(zhǎng)度可以靈活地與要傳輸數(shù)據(jù)的量和/或至少一個(gè)所連接總線用戶15、27的能量需求相匹配。補(bǔ)充地也可以在用于數(shù)據(jù)傳輸、比如用于控制傳感器和/或控制電子裝置的階段41、43中來(lái)額外傳輸少量的能量。通常能量由該控制設(shè)備3、25 (圖I和2)傳輸給所述至少一個(gè)總線用戶15、27。在用于數(shù)據(jù)傳輸“K”的階段37、39期間，可以在該控制設(shè)備3、25 (圖I和2)與所述至少一個(gè)總線用戶15、27 (圖I和2)之間相互交換數(shù)據(jù)和/或信號(hào)。另外用于能量傳輸“E”的階段41、43也可以明顯長(zhǎng)于用于數(shù)據(jù)傳輸“K”的階段37、39。該控制設(shè)備3、25 (圖I和2)構(gòu)造用于能夠由該供電單元5 (圖I和2)給所述至少一個(gè)總線用戶15、27 (圖I和2)提供較大量的能量、比如電流?？蛇x地也可以把要傳輸?shù)哪芰客ㄟ^(guò)作為該控制設(shè)備3、25的部件的另一電流供電單元33傳輸給所述至少一個(gè)總線用戶15、27。在擴(kuò)展方案中，附加的電流供電單元33可以把所需的電流直接地、也即在繞過(guò)該測(cè)量元件9情況下而提供給所連接的所述至少一個(gè)總線用戶15、27或耗電器。在用于能量傳輸“E”的階段41、43期間，通過(guò)具有控制電子裝置的該控制單元17來(lái)進(jìn)行所述至少一個(gè)總線用戶27的接通。在此該控制單元17可以在用于能量傳輸“E”的階段41、43期間比如通過(guò)較高的電壓和/或諸如頻率的載波信號(hào)和/或通過(guò)固定的或可變的時(shí)間信息來(lái)記錄在線路11、13上所施加的信號(hào)。這種信號(hào)可以在用于數(shù)據(jù)傳輸“K”的階段37、39期間由該控制設(shè)備3、25傳輸?shù)剿鲋辽僖粋€(gè)總線用戶15、27。在此這種信號(hào)可以具有同步信號(hào)和/或以計(jì)數(shù)值形式的時(shí)間說(shuō)明。在本發(fā)明的一個(gè)擴(kuò)展方案中，對(duì)用于能量傳輸“E”的階段41、43的長(zhǎng)度和/或用于數(shù)據(jù)傳輸“K”的階段37、39的長(zhǎng)度、并從而對(duì)在所述至少一個(gè)所連接的總線用戶15、37與該控制設(shè)備3、25之間典型的相互通信進(jìn)行時(shí)間上可變的設(shè)計(jì)。用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾A段37、39的和/或用于能量傳輸?shù)碾A段41、43的長(zhǎng)度可以與要傳輸數(shù)據(jù)的量和/或所述至少一個(gè)總線用戶15、37的能量需求進(jìn)行靈活的和/或動(dòng)態(tài)的匹配。 從而比如可以在具有多個(gè)總線用戶15、27的傳感器/執(zhí)行器組合中靈活地設(shè)計(jì)用于能量傳輸?shù)碾A段41、43的長(zhǎng)度，如此使得所述至少一個(gè)總線用戶15、27能夠執(zhí)行并完成一個(gè)動(dòng)作。也可能的是比如可以在設(shè)定的時(shí)間開動(dòng)執(zhí)行器到設(shè)定的位置以執(zhí)行該動(dòng)作，其中該執(zhí)行器可以作為電動(dòng)機(jī)來(lái)構(gòu)造并與至少一個(gè)用戶15、27相互作用。該動(dòng)作可以是所述至少一個(gè)總線用戶15、27的電氣和/或機(jī)械運(yùn)行步驟。接著可以在通信階段期間并從而在用于數(shù)據(jù)傳輸“K”的階段37、39中通過(guò)作為傳感器來(lái)構(gòu)造的總線用戶15、27來(lái)進(jìn)行響應(yīng)。該控制設(shè)備3、25在其他擴(kuò)展方案中可以具有一個(gè)動(dòng)態(tài)接口、比如分布傳感器接口(DSI)，該控制設(shè)備3、25可以通過(guò)該接口在用于能量傳輸“E”的階段41、43與用于數(shù)據(jù)傳輸“K”的階段37、39之間靈活地來(lái)回切換。
權(quán)利要求
1.用于通過(guò)控制設(shè)備(3，25)給至少一個(gè)總線用戶(15，27)供電的方法，其中給所述至少一個(gè)總線用戶(15，27)在用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹辽僖粋€(gè)階段(37，39)期間傳輸數(shù)據(jù)，并在用于能量傳輸?shù)闹辽僖粋€(gè)階段(41，43)期間傳輸能量，其中用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹辽僖粋€(gè)階段(37，39)和用于能量傳輸?shù)闹辽僖粋€(gè)階段(41，43)被交替地提供，并且其中用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾A段(37，39)的長(zhǎng)度和/或用于能量傳輸?shù)碾A段(41，43)的長(zhǎng)度被可變地調(diào)節(jié)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾A段(37，39)的長(zhǎng)度和/或用于能量傳輸?shù)碾A段(41，43)的長(zhǎng)度與要傳輸數(shù)據(jù)的量和/或所述至少一個(gè)總線用戶(15，27)的能量需求靈活地和/或動(dòng)態(tài)地相匹配。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，其中在用于能量傳輸?shù)闹辽僖粋€(gè)階段(41，43)期間以高的第一功率來(lái)提供能量，并且在用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹辽僖粋€(gè)階段(37，39)期間除數(shù)據(jù)外還以較低的第二功率來(lái)提供能量。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其中所述至少一個(gè)總線用戶(15，27)在存在至少一個(gè)信號(hào)時(shí)被接通至網(wǎng)絡(luò)，其中所述至少一個(gè)信號(hào)在用于能量傳輸?shù)闹辽僖粋€(gè)階段(41，43)期間被傳輸，其中所述至少一個(gè)信號(hào)作為同步信號(hào)來(lái)構(gòu)造和/或具有時(shí)間說(shuō)明。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其中用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾A段(37，39)和用于能量傳輸?shù)碾A段(41，43)被去耦。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其中用于能量傳輸?shù)闹辽僖粋€(gè)階段(41，43)的長(zhǎng)度持續(xù)得如此長(zhǎng)，直到由所述至少一個(gè)用戶(15，27)完成一個(gè)動(dòng)作。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其中給作為傳感器而構(gòu)造的總線用戶(15，27)提供數(shù)據(jù)和能量。
8.裝置，其具有用于給至少一個(gè)總線用戶(15，27)供電的控制設(shè)備(3，25)，其中該控制設(shè)備(3，25)構(gòu)造用于給所述至少一個(gè)用戶(15，27)在用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹辽僖粋€(gè)階段(37，39)期間傳輸數(shù)據(jù)并在用于能量傳輸?shù)闹辽僖粋€(gè)階段(41，43)期間傳輸能量，并且在此用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃鲋辽僖粋€(gè)階段(37，39)和用于能量傳輸?shù)乃鲋辽僖粋€(gè)階段(41，43)交替地被提供，以及用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾A段(37，39)的長(zhǎng)度和/或用于能量傳輸?shù)碾A段(41，43)的長(zhǎng)度被可變地調(diào)節(jié)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其具有至少一對(duì)線路(11，13)，所述至少一個(gè)總線用戶(15，27)通過(guò)所述線路與該控制設(shè)備(3，25)相連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的裝置，其中該控制設(shè)備(3，25)具有動(dòng)態(tài)接口，以在用于能量傳輸?shù)乃鲋辽僖粋€(gè)階段(41，43)和用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃鲋辽僖粋€(gè)階段(37，39)之間進(jìn)行切換。
全文摘要
用于通過(guò)控制設(shè)備給至少一個(gè)總線用戶供電的方法，其中給所述至少一個(gè)總線用戶在用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹辽僖粋€(gè)階段期間傳輸數(shù)據(jù)，并在用于能量傳輸?shù)闹辽僖粋€(gè)階段(41，43)期間傳輸能量，其中用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹辽僖粋€(gè)階段(37，39)和用于能量傳輸?shù)闹辽僖粋€(gè)階段(41，43)被交替地提供，并且其中用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾A段(37，39)的長(zhǎng)度和/或用于能量傳輸?shù)碾A段(41，43)的長(zhǎng)度被可變地調(diào)節(jié)。
文檔編號(hào)H04L12/40GK102783082SQ201180013000
公開日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2011年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月9日
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