专利名称：用于给至少一个总线用户供电的方法
用于给至少一个总线用户供电的方法本发明涉及用于给至少一个总线用户供电的一种方法以及用于给至少一个总线用户供电的一种装置。
现有技术在一种装置中，其中该装置具有诸如控制设备的主机和诸如耗电器的与主机相连的许多从机，在主机和从机之间交换信息。另外该主机还可以给从机提供能量。在此考虑在该在主机和从机之间提供能量和信息的传输可能性。已知了电气接口用于把至少一个传感器连接到控制设备，其中通过仅两个导线来不仅进行能量供给，而且还进行数据传输。能量在此通过相对恒定的静态电流、比如通过外围传感器接口(peripheral sensor interface, PSI5)来传输。代替地可以比如在单 个比特传输之间或期间、比如在由领先汽车制造商和提供商所定义的一种线控安全运行(Safe-by-ffire-Betrieb)中、或者按照ISO标准来进行周期性能量传输。也可以在一个或多个数据字之间、比如通过动态接口(Distributed Sensor Interface, DSI,分布传感器接口)、或尤其诸如由Freescale公司或TRW所提供的其他合适的接口来进行能量传输。周期供电的特征是，在能量供给之间阶段(Phasen)的能量被中间存储在传感器中。通常在具有较高电压的阶段中和/或在固定的时间帧来进行能量传输。总之利用迄今的方法仅能够传输在几瓦范围内的微小功率以及最大几百毫安电流。在文献US 6 459 363中阐述，为了传输数据和能量而采用了两个电线，通过它来相互连接控制装置和模块。在文献US 6 097 761中描述了用于通过同一线路来传输能量和数据的方法和系统，其中在该线路上连接了许多站。在此推荐，在该线路中馈入双极交流电压，其中一个第一极仅用于能量供给，数据传输仅通过第二极的脉冲幅度调制来进行。如果第一极的脉冲被非常低欧姆地馈入，那么大量的能量就可以被传输到这些站。如果第二极的脉冲被高欧姆地输入，那么对于数据传输的调制仅需要微小的功率。从而仅需要两个导线，其中一个在最简单的情况下可以替换为系统的地。在采用三个导线时，可以以非常简单的方式来实现防止导线失效的增强的故障可靠性。具有通过总线相互连接的主机和多个从机的通信系统是文献US 2007/086 686的主题。在此按照一个固定预先给定的方案来交替充电时间和放电时间，其中在该充电时间中在总线上施加一个电压，在放电时间中该电压再次下降。如果该电压在一个放电时间期间达到值零，那么就总是传输数据。在文献US 2007/233920中公开了一种类似的通信系统。其中用于传输能量的和用于传输数据的时间间隔相交替。其规定，时间间隔的长度是固定预先给定的，并且可以改变所传输数据的数据速率。本发明的公开
在此背景下介绍了具有独立权利要求所述特征的方法和装置。本发明的其他扩展参见从属权利要求和说明。提供有总线或网络，其可以包含有一对线路、典型为两个导线，并通过导线来进行能量传输和数据传输。在此可以是至少一个总线用户和/或耗电器的、仅具有两个电线路的总线、比如传感器总线，其如此来构造，使得为了给总线用户提供电能也可以传输大的电流，并从而能够连接具有较高电流需求和/或较高功率消耗的耗电器，比如执行器和/或传感器。从而可以省略否则所需的单独的能量传输和数据传输的电缆，由此能够节省重量和材料。另外还可以省略在控制设备上以及也在传感器上的插头引脚，由此能够降低构造大小并从而进一步节省成本。在可可变调节的数 据传输阶段期间的数据速率以及在可可变调节的能量传输阶段期间的能量量可以灵活地与相应所连接总线用户的需求相匹配。在需要时这种匹配也可以在运行时间期间通常动态地进行。比如在作为可能的总线用户的传感器和/或执行器中，其中总线用户可以作为电气组件来构造，可以放弃使用成本密集的能量存储器、比如电容器。控制设备可以具有一个动态的接口，比如DSI (Distributed Sensor Interface,分布传感器接口)，其中该总线的两个线路通过该接口而连接到该总线用户。利用该动态接口可以在扩展方案中在能量传输阶段和数据传输阶段之间来回地切换。通过该措施可以对相继的能量传输和数据传输阶段进行灵活和/或智能的去耦。按照扩展方案，所述的阶段可以直接相继。然而也可以在阶段之间设置停顿、比如切换停顿。在扩展方案中，由该控制设备在设置用于能量传输的至少一个阶段以及设置用于数据传输的至少一个阶段期间给至少一个总线用户提供能量和数据，其中所述控制设备和至少一个总线用户相互连接，所述阶段相互交替并分别相继。在一个实施方式中，同样可以在数据传输阶段期间以典型比在能量传输阶段期间更小的量和/或更小的功率来提供能量。另外还可以按照需求和/或根据至少一个总线用户的运行参数来匹配用于能量传输和/或数据传输的交替阶段的长度或时长。为此可以在数据传输阶段和/或用于相继的实施阶段期间改变数据传输速率。本发明的一种可能的应用规定用于具有增大能量需求的传感器和传感器/执行器组合，比如拉姆达探测器、空气质量测量计、CO2或NOx传感器、节流阀的探测器和/或调节器，其作为典型地在汽车中的总线用户以及从而耗电器。根据本发明的装置构造用于实施前述方法的所有步骤。在此该方法的单个步骤也可以由该装置的单个部件来实施。另外该装置的功能或该装置的单个部件的功能可以转换为该方法的步骤。另外该方法的步骤也可以作为该装置的至少一个部件或整个装置的功能来实现。本发明的其他优点和扩展方案参见说明和附图
。应理解，前述的以及在下文中还要解释的特征可以不仅以相应所述的组合、而且还以其他的组合或单独地采用，而不脱离本发明的范畴。附图的简述
图I以示意图示出了根据本发明的装置的第一实施方式，
图2以示意图示出了根据本发明的装置的第二实施方式，
图3示出了根据本发明方法的一个实施方式的过程图。
本发明的实施方式
本发明借助附图中的实施方式来示意性示出，并在下面参照附图来详细解释。连贯并交错地阐述附图，相同的符号表示相同的部件。在图I中示意性所示的用于实施本发明方法的第一实施方式的本发明装置I的第一实施方式包含有控制设备3，该控制设备具有供电单元5并具有测量元件9，其中该供电单元设置在该控制设备3的一个模块7中。所述的模块7构造用于进行开关和/或用于数据处理。通过两个线路11、13，作为至少一个总线用户15的一个或多个传感器或作为耗电器的其他电气组件连接到该控制设备3。为了数据传输，可以通过在总线用户15中的控制单元17比如通过电流宿来调制电流。这种调制利用设置在该总线用户15中的开关19、21来实施。电流的变化利用测量·元件9在该控制设备3中被记录。通常或者通过传感器的静态电流消耗、或者周期地在不同的、通常较高的电压阶段期间通过诸如设置在该传感器中的电容器的能量存储器的充电来进行传感器的能量供给。在周期传输中特征在于，能量阶段与数据阶段相比比较短。利用在图I中所示的本发明装置I的实施方式实现了通过该控制设备3对至少一个总线用户15的供电。所述至少一个总线用户15和该控制设备3通过网络相互连接。数据在至少一个数据传输阶段期间被传输给所述至少一个总线用户15。在至少一个能量传输阶段期间向所述至少一个总线用户15传输能量。用于数据传输的阶段和用于能量传输的阶段由该控制设备5出发来交替地并相继地设置。在此，阶段的长度通常伴随运行地被可变地调节。在图2中示意性所示的具有控制设备25的本发明装置23的第二实施方式同样构造用于实施本发明方法的一个实施方式。在此规定，在至少一个总线用户27中除了用于电流调制和数据传输的开关19、21之外还设置有具有所属开关元件31的其他耗电器29。其在典型较高能量传输的阶段中直接从作为能量源的供电单元5被提供比如几百毫安至几安培的电流。在图3中所示的关于本发明方法实施方式的图包含有时间轴35。沿着时间轴35示出了一系列用于数据传输“K”的、也可以称作通信阶段的阶段37、39和用于能量传输“E”的阶段41、43。在本发明方法的实施方式中，用于传输通常较大量能量“E”的、比如用于给功率部件供电的阶段41、43和用于数据传输“K”的阶段37、39在时间上相分隔。此外用于数据传输的阶段37、39的长度和/或用于能量传输的阶段41、43的长度可以灵活地与要传输数据的量和/或至少一个所连接总线用户15、27的能量需求相匹配。补充地也可以在用于数据传输、比如用于控制传感器和/或控制电子装置的阶段41、43中来额外传输少量的能量。通常能量由该控制设备3、25 (图I和2)传输给所述至少一个总线用户15、27。在用于数据传输“K”的阶段37、39期间，可以在该控制设备3、25 (图I和2)与所述至少一个总线用户15、27 (图I和2)之间相互交换数据和/或信号。另外用于能量传输“E”的阶段41、43也可以明显长于用于数据传输“K”的阶段37、39。该控制设备3、25 (图I和2)构造用于能够由该供电单元5 (图I和2)给所述至少一个总线用户15、27 (图I和2)提供较大量的能量、比如电流。可选地也可以把要传输的能量通过作为该控制设备3、25的部件的另一电流供电单元33传输给所述至少一个总线用户15、27。在扩展方案中，附加的电流供电单元33可以把所需的电流直接地、也即在绕过该测量元件9情况下而提供给所连接的所述至少一个总线用户15、27或耗电器。在用于能量传输“E”的阶段41、43期间，通过具有控制电子装置的该控制单元17来进行所述至少一个总线用户27的接通。在此该控制单元17可以在用于能量传输“E”的阶段41、43期间比如通过较高的电压和/或诸如频率的载波信号和/或通过固定的或可变的时间信息来记录在线路11、13上所施加的信号。这种信号可以在用于数据传输“K”的阶段37、39期间由该控制设备3、25传输到所述至少一个总线用户15、27。在此这种信号可以具有同步信号和/或以计数值形式的时间说明。在本发明的一个扩展方案中，对用于能量传输“E”的阶段41、43的长度和/或用于数据传输“K”的阶段37、39的长度、并从而对在所述至少一个所连接的总线用户15、37与该控制设备3、25之间典型的相互通信进行时间上可变的设计。用于数据传输的阶段37、39的和/或用于能量传输的阶段41、43的长度可以与要传输数据的量和/或所述至少一个总线用户15、37的能量需求进行灵活的和/或动态的匹配。 从而比如可以在具有多个总线用户15、27的传感器/执行器组合中灵活地设计用于能量传输的阶段41、43的长度，如此使得所述至少一个总线用户15、27能够执行并完成一个动作。也可能的是比如可以在设定的时间开动执行器到设定的位置以执行该动作，其中该执行器可以作为电动机来构造并与至少一个用户15、27相互作用。该动作可以是所述至少一个总线用户15、27的电气和/或机械运行步骤。接着可以在通信阶段期间并从而在用于数据传输“K”的阶段37、39中通过作为传感器来构造的总线用户15、27来进行响应。该控制设备3、25在其他扩展方案中可以具有一个动态接口、比如分布传感器接口(DSI)，该控制设备3、25可以通过该接口在用于能量传输“E”的阶段41、43与用于数据传输“K”的阶段37、39之间灵活地来回切换。
权利要求
1.用于通过控制设备(3，25)给至少一个总线用户(15，27)供电的方法，其中给所述至少一个总线用户(15，27)在用于数据传输的至少一个阶段(37，39)期间传输数据，并在用于能量传输的至少一个阶段(41，43)期间传输能量，其中用于数据传输的至少一个阶段(37，39)和用于能量传输的至少一个阶段(41，43)被交替地提供，并且其中用于数据传输的阶段(37，39)的长度和/或用于能量传输的阶段(41，43)的长度被可变地调节。
2.根据权利要求I所述的方法，其中用于数据传输的阶段(37，39)的长度和/或用于能量传输的阶段(41，43)的长度与要传输数据的量和/或所述至少一个总线用户(15，27)的能量需求灵活地和/或动态地相匹配。
3.根据权利要求I或2所述的方法，其中在用于能量传输的至少一个阶段(41，43)期间以高的第一功率来提供能量，并且在用于数据传输的至少一个阶段(37，39)期间除数据外还以较低的第二功率来提供能量。
4.根据前述权利要求之一所述的方法，其中所述至少一个总线用户(15，27)在存在至少一个信号时被接通至网络，其中所述至少一个信号在用于能量传输的至少一个阶段(41，43)期间被传输，其中所述至少一个信号作为同步信号来构造和/或具有时间说明。
5.根据前述权利要求之一所述的方法，其中用于数据传输的阶段(37，39)和用于能量传输的阶段(41，43)被去耦。
6.根据前述权利要求之一所述的方法，其中用于能量传输的至少一个阶段(41，43)的长度持续得如此长，直到由所述至少一个用户(15，27)完成一个动作。
7.根据前述权利要求之一所述的方法，其中给作为传感器而构造的总线用户(15，27)提供数据和能量。
8.装置，其具有用于给至少一个总线用户(15，27)供电的控制设备(3，25)，其中该控制设备(3，25)构造用于给所述至少一个用户(15，27)在用于数据传输的至少一个阶段(37，39)期间传输数据并在用于能量传输的至少一个阶段(41，43)期间传输能量，并且在此用于数据传输的所述至少一个阶段(37，39)和用于能量传输的所述至少一个阶段(41，43)交替地被提供，以及用于数据传输的阶段(37，39)的长度和/或用于能量传输的阶段(41，43)的长度被可变地调节。
9.根据权利要求8所述的装置，其具有至少一对线路(11，13)，所述至少一个总线用户(15，27)通过所述线路与该控制设备(3，25)相连接。
10.根据权利要求8或9所述的装置，其中该控制设备(3，25)具有动态接口，以在用于能量传输的所述至少一个阶段(41，43)和用于数据传输的所述至少一个阶段(37，39)之间进行切换。
全文摘要
用于通过控制设备给至少一个总线用户供电的方法，其中给所述至少一个总线用户在用于数据传输的至少一个阶段期间传输数据，并在用于能量传输的至少一个阶段(41，43)期间传输能量，其中用于数据传输的至少一个阶段(37，39)和用于能量传输的至少一个阶段(41，43)被交替地提供，并且其中用于数据传输的阶段(37，39)的长度和/或用于能量传输的阶段(41，43)的长度被可变地调节。
文档编号H04L12/40GK102783082SQ201180013000
公开日2012年11月14日 申请日期2011年3月1日 优先权日2010年3月9日
发明者C.奥尔 申请人:罗伯特·博世有限公司