DE102010049265A1 - Method for power recovery, involves generating power by current flowing to earth through intermediate potential, where power is provided as power output for supporting device-internal voltage-/current supply - Google Patents
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Abstract
Description
Häufig werden Eingangssignale, welche über Signaleingänge eines elektrischen/elektronischen Gerätes von außen an diese zur dortigen Weiterverarbeitung angelegt werden, niederohmig abgeschlossen, das heißt niederohmig terminiert, um weitgehend robuste Eingangssignale gegenüber Störungen von außen zu liefern.Often input signals, which are applied via signal inputs of an electrical / electronic device from the outside to these for further processing there, low-impedance terminated, that is low-impedance terminated to deliver largely robust input signals against external interference.
Dies bedingt jedoch im Gerät selbst eine hohe Verlustleistung, die aufgrund der notwendigen Gesamtenergie nur begrenzt im Innern des Gerätegehäuses abgeführt werden kann. Ferner zieht eine hohe Verlustleistung häufig eine starke Wärmeentwicklung nach sich, welches wiederum in Folge in einer hohen Belastung einzelner Bauteile/Bauelemente resultiert. Neben einer hohen, wirtschaftlich nicht nutzbaren Verlustleistung kann somit eine Verschlechterung der Lebensdauer einzelner Bauteile/Bauelemente die Folge sein.However, this requires a high power loss in the device itself, which can be dissipated only limited inside the device housing due to the necessary total energy. Furthermore, a high power loss often leads to a strong heat development, which in turn results in a high load on individual components / components. In addition to a high, economically unusable power loss can thus be a deterioration of the life of individual components / components result.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen neuen Weg aufzuzeigen, der gegenüber dem vorstehend aufgezeigten Stand der Technik eine im Wesentlichen gleiche bis sogar gesteigerte Störfestigkeit von Einganssignalen bei gleichzeitiger Verringerung der Verlustleistungsaufnahme bietet.The object of the invention is to provide a new way, which compared to the above-mentioned prior art, a substantially equal to even increased noise immunity of Einganssignalen while reducing the power loss absorption offers.
Die Lösung der Aufgabe gemäß Erfindung ist auf überraschende Weise bereits durch ein Verfahren sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen gemäß den anhängenden unabhängigen Ansprüchen gegeben.The solution of the object according to the invention is given in a surprising way already by a method and by a device having the features according to the appended independent claims.
Bevorzugte und/oder vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.Preferred and / or advantageous developments and embodiments are the subject of the dependent claims.
Erfindungsgemäß ist somit ein Verfahren zur Leistungsrückgewinnung vorgesehen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass bei der Terminierung von einem, an ein elektrisches/elektronisches Gerät angelegtes Eingangssignal der Eingangsstrom des Eingangssignals in Bezug auf ein Geräte-internes Zwischenpotential hin begrenzt wird, dass mittels des hierbei durch das Zwischenpotential zur Masse fließenden Strom Geräte-intern eine Leistung erzeugt wird, und dass diese Geräte-intern erzeugte Leistung als Nutzleistung zur Unterstützung einer Geräte-internen Spannungs-/Stromversorgung bereitgestellt wird.According to the invention a method for power recovery is thus provided, which is characterized in that is limited in the termination of a, applied to an electrical / electronic device input signal, the input current of the input signal with respect to a device internal intermediate potential that by means of this by the intermediate potential to ground flowing current is internally generated a power, and that this internally generated power is provided as net power to support a device-internal voltage / power supply.
Erfindungsgemäß ist zur Durchführung des Verfahrens ferner eine Vorrichtung vorgeschlagen, eine erste, Strombegrenzende Schaltung umfasst, die den Eingangsstrom eines an diese Schaltung angelegten Eingangssignals begrenzt, sowie eine Wandlereinheit, welche ein an die Wandlereinheit angelegtes erstes Potential auf ein gegenüber dem ersten Potential niedrigeres zweites Potential wandelt, und welche ferner eine zweite Schaltung umfasst, die zwischen der ersten Schaltung und dem zweiten Potential angeordnet ist und die erste Schaltung mit dem zweiten Potential verbindet, so dass die Funktionalität der ersten, Strombegrenzenden Schaltung auf das zweite Potential bezogen ist. Die Vorrichtung besitzt ferner einen am zweiten Potential angeordneten Abgreifzweig, zum Abgreifen einer an diesem Potential vorliegenden elektrischen Leistung.According to the invention, a device is also proposed for carrying out the method, comprising a first, current-limiting circuit which limits the input current of an input signal applied to this circuit, and a converter unit which has a first potential applied to the converter unit to a second potential which is lower than the first potential and further comprising a second circuit disposed between the first circuit and the second potential and connecting the first circuit to the second potential such that the functionality of the first current limiting circuit is related to the second potential. The apparatus further has a tapping branch arranged at the second potential for picking up an electrical power present at this potential.
Als erstes Potential wird zweckmäßig das an dem Gerät zur Spannungsversorgung angelegte Potential verwendet und als Zwischenpotential das gegenüber dem ersten Potential niedrigere Potential.The potential applied to the device for the voltage supply is expediently used as the first potential, and the intermediate potential is the potential which is lower than the first potential.
Wesentliche Vorteile sind somit, dass eine bei der Terminierung von Eingangssignalen anfallende Verlustleistung wieder zur Unterstützung der internen Spannungs-/Stromversorgung herangezogen werden kann und also teilweise wieder als Geräte-interne Nutzleistung zur Verfügung steht, ohne hierbei die Störfestigkeit von Einganssignalen zu beeinträchtigen.Significant advantages are thus that a power loss incurred in the termination of input signals can be used again to support the internal voltage / power supply and thus partially available again as a device-internal net power, without affecting the interference immunity of Einganssignalen.
Eine bei der Terminierung nach der Erfindung resultierende Verlustleistung fällt lediglich noch über die Differenz des Signaleingangspegels und des Zwischenpotentials ab und der Stromfluss durch das Zwischenpotential zur Masse kann in Folge geräteinternen Einheiten, insbesondere Niederspannungseinheiten, wie etwa digital arbeitenden Einheiten, zur Nutzleistungskonsumierung zugeführt werden kann.A resulting in the termination according to the invention power loss falls only on the difference of the signal input level and the intermediate potential and the current flow through the intermediate potential to ground can be supplied in a row device internal units, in particular low voltage units, such as digitally operating units for Nutzleistungsbesumierung.
Eine bevorzugte, besonders einfach aufzubauende Vorrichtung sieht vor, für die Strom-begrenzende Schaltung einen Widerstand und für die zweite Schaltung eine Diode einzusetzen.A preferred device, which is particularly easy to set up, provides a resistor for the current-limiting circuit and a diode for the second circuit.
Als eine niederspannige, geräteinterne Einheit, wird in zweckmäßiger Weiterbildung eine Auswerteeinrichtung, welche zur Auswertung des Eingangssignals vorgesehen ist, eingesetzt. Der Beitrag einer solchen Einheit zur geräteinternen Verlustleistung ist hierbei umso geringer je hochohmiger diese ausgelegt ist.As a low-voltage, device-internal unit, an evaluation device, which is provided for evaluating the input signal, is used in an expedient development. The contribution of such a unit to the device-internal power loss is in this case the lower the higher-impedance this is designed.
Da durch anwendungsspezifischen Aufbau der ersten, Strombegrenzenden Schaltung und der zweiten, die Funktionalität der ersten, Strom-begrenzenden Schaltung auf das zweite Potential beziehenden Schaltung die Verlustleistung zur Terminierung derart geregelt werden kann, dass letzendlich die Stromentnahme aus der eigentlichen Versorgung für die Spannungsversorgung des Gerätes entlastet wird, kann insgesamt die Energie von externen Spannungsversorgungen und bei voller Beschaltung des Gerätes wesentlich reduziert werden.Since application-specific structure of the first, current-limiting circuit and the second, the functionality of the first, current-limiting circuit related to the second potential circuit, the power loss for termination can be regulated so that ultimately the current drain from the actual supply for the power supply of the device is relieved, the total energy of external power supplies and with full wiring of the device can be significantly reduced.
Zweckmäßige Ausführungsformen sehen daher vor, die Erfindung auch bei eine Vielzahl von Signaleingängen zum Anlegen einer Vielzahl von Eingangssignalen anzuwenden. Advantageous embodiments therefore provide for applying the invention to a plurality of signal inputs for applying a plurality of input signals.
Der Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung vereinfacht sich hierbei, wenn für die Vielzahl von Eingangssignalen eine entsprechende Anzahl von Strom-begrenzenden Schaltungen vorgesehen sind, deren Funktionalitäten alle auf das selbe zweite Potential bezogen sind. Die Anzahl von Strom-begrenzenden Schaltungen kann gleich oder unterschiedlich ausgebildet sein und die jeweils zwischen den ersten, d. h. Strom-begrenzenden, Schaltungen und dem zweiten Potential angeordneten zweiten Schaltungen können gleich oder unterschiedlich ausgebildet sein, welches eine äußerst flexible Anwendungsvielfalt für die Erfindung bietet.The structure of the device according to the invention is simplified in this case if a corresponding number of current-limiting circuits are provided for the plurality of input signals, whose functionalities are all related to the same second potential. The number of current-limiting circuits may be the same or different and each between the first, d. H. Current-limiting circuits and second-potential-arranged second circuits may be the same or different, offering a very flexible variety of applications for the invention.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der beigefügten Zeichnung. In der Zeichnung zeigt:Further advantages and features of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment with reference to the accompanying drawings. In the drawing shows:
Gemäß
Aus Gründen der Übersichtlichkeit wird die Erfindung nachfolgend zunächst lediglich in Bezug auf einen einzelnen Signaleingang, und zwar auf den Signaleingang En gemäß
Wie der
Die erste Potential Ub kann hierbei gleich einem externen Spannungsversorgungspotential sein oder ist ein bereits aus diesem gewonnenes weiteres Spannungsversorgungspotential des Gerätes. Die Wandlereinheit
Am zweiten Potential Ub ist ferner ein Abgreifzweig angeordneten, über den einer an diesem Potential vorliegende elektrischen Leistung als Nutzleistung Ub-nutz abgegriffen und zur Unterstützung einer Geräte-internen weiteren Spannungs-/Stromversorgung bereitgestellt werden kann.At the second potential Ub, a Abgreifzweig is also arranged, via which a present at this potential electrical power as useful power Ub-nutz can be tapped and provided to support a device-internal further voltage / power supply.
Erfindungsgemäß ist nunmehr ferner der Signaleingang En über eine Strom-begrenzende Schaltung
Das an dem Signaleingang En anliegende Eingangssignal Sn wird folglich anstelle auf Masse nunmehr auf das geräteinterne Zwischenpotential Uz terminiert. Hierdurch wird das an dem Signaleingang En anliegende Eingangssignal Sn zunächst auf einen Strompegel In begrenzt. Ferner fällt eine hierbei resultierende Verlustleistung lediglich noch über die Differenz des Signaleingangspegels und des geräteinternen Zwischenpotentials Uz ab.Consequently, the input signal Sn present at the signal input En is now terminated instead of at ground to the device-internal intermediate potential Uz. As a result, the input signal Sn present at the signal input En is initially limited to a current level In. Furthermore, a resulting power loss falls only on the difference of the signal input level and the internal device intermediate potential Uz.
Der Stromfluss durch das Zwischenpotential zur Masse kann somit als Nutzleistung Ub_nutz insbesondere in niederspannigen Geräteeinheiten, wie beispielsweise einer Auswerte- und Logikeinheit zur Konsumierung bereitgestellt werden. Die niederspannige geräteinterne Einheit, welche über diese Nutzleistung versorgt wird, kann hierbei Gleichstrom-basiert betrachtet sehr hochohmig ausgelegt sein, so dass diese zur gesamten geräteinternen Verlustleistung einen möglichst geringen Beitrag leistet.The current flow through the intermediate potential to ground can thus be provided as useful power Ub_nutz in particular in low-voltage device units, such as an evaluation and logic unit for consumption. The low-voltage device-internal unit, which is supplied via this useful power, this DC-based considered to be designed very high impedance, so that it makes the lowest possible internal contribution to power loss.
Zwischen der Strom-begrenzenden Schaltung
Zur Auswertung des Eingangssignals Sn wird dem Messwiderstand
In äußerst praktischer Ausführung ist der am zweiten Potential Ub angeordnete Abgreifzweig nunmehr mit einer die Messeinheit
Da durch anwendungsspezifischen Aufbau der ersten, Strombegrenzenden Schaltung und der zweiten, die Funktionalität der ersten, Strom-begrenzenden Schaltung auf das zweite Potential beziehenden Schaltung die Verlustleistung zur Terminierung derart geregelt werden kann, dass letztendlich die Stromentnahme aus der eigentlichen Versorgung für die Spannungsversorgung des Gerätes entlastet wird, kann somit insgesamt die Energie von externen Spannungsversorgungen auch bei voller Beschaltung des Gerätes wesentlich reduziert werden.Since application-specific structure of the first, current-limiting circuit and the second, the functionality of the first, current-limiting circuit relating to the second potential circuit, the power loss for termination can be regulated so that ultimately the current drain from the actual supply for the power supply of the device is relieved, thus the total energy of external power supplies can be significantly reduced even with full wiring of the device.
Im vorliegenden Beispiel wird somit die Stromentnahme für die Auswerteeinrichtung
Im einfachsten Fall umfasst eine solche, auf ein geräteinternes Zwischenpotential bezogene, Strombegrenzende Schaltung als Strom-begrenzende Schaltung einen Widerstand
Folglich ist die Messeinheit
Wie bereits beschrieben, besitzt das in
Es wird darauf hingewiesen, dass die vorstehend in Bezug auf den einzelnen Signaleingang En beschriebene Erfindung grundsätzlich auch für die weiteren Signaleingänge gilt.It should be noted that the invention described above with respect to the individual signal input En basically also applies to the other signal inputs.
Aus Gründen der Einfachheit ist in bevorzugter Ausführung ferner vorgesehen, dass für die Vielzahl von Eingangssignalen E0 bis En, und also auch für die weiteren Signaleingänge, eine entsprechende Vielzahl von Strombegrenzenden Schaltungen
Wie bereits erwähnt, kann der Aufbau einer jeweiligen ersten, Strom-begrenzenden Schaltung
So können die ersten Schaltungen
Zusammenfassend ermöglicht die Erfindung somit die Verlustleistung zur Terminierung von Eingangssignalen derart zu regeln, dass letztendlich die Stromentnahme aus der eigentlichen Versorgung für die interne Spannungsversorgung entlastet wird. Im Ergebnis ist somit die Gesamtverlustleistung des Geräts bis auf den Wirkungsgrad der Leistungsrückgewinnungsschaltung weitgehend unabhängig von der Zahl der aktiven Signaleingänge. Durch die dynamische Lastverteilung wird sogar die Gesamtverlustleistung im Gerät um den Beitrag der Rückgewinnung gemäß der Erfindung gegenüber konventioneller Terminierung in der Leistungsbilanz minimiert, so dass insgesamt eine Vergrößerung der Störfestigkeit von Eingängen, eine Reduktion der Gesamtenergie bei voller Beschaltung sowie eine Reduktion der Gesamtenergie von externen Spannungsversorgungen erzielt ist.In summary, the invention thus makes it possible to regulate the power loss for the termination of input signals in such a way that ultimately the current drain from the actual supply for the internal voltage supply is relieved. As a result, the total power loss of the device is largely independent of the number of active signal inputs except for the efficiency of the power recovery circuit. The dynamic load sharing even minimizes the total power dissipation in the device by the contribution of recovery according to the invention over conventional power balance termination, so that overall an increase in noise immunity of inputs, a reduction in total energy at full circuitry, and a reduction in total energy from external Voltage supplies is achieved.
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