DE4023412A1 - Inductive coupling for electrical energy of signals - uses bandpass filter with periodic short-circuiting of secondary oscillation circuit - Google Patents
Inductive coupling for electrical energy of signals - uses bandpass filter with periodic short-circuiting of secondary oscillation circuitInfo
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- H04B5/266—
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontaktlosen, induk tiven Übertragen sowohl elektrischer Versorgungsenergien von einer Primäreinheit zu einer Sekundäreinheit als auch von Sig nalen von der Sekundäreinheit zur Primäreinheit mittels eines einen primärseitigen und einen sekundärseitigen Schwingkreis aufweisenden Bandfilters. Die Erfindung betrifft weiterhin einen kontaktlosen, induktiven Übertrager zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for contactless, induc tive transfer of both electrical supply energies from a primary unit to a secondary unit as well as from Sig from the secondary unit to the primary unit using a a primary-side and a secondary-side resonant circuit having band filter. The invention further relates to a contactless, inductive transformer for performing the Procedure.
Aus der DE-C-30 29 543 ist ein kontaktloser, induktiver Über trager bekannt, der die gegensinnige Übertragung von Energien und Signalen ermöglicht. Über ein erstes 2-kreisiges Bandfil ter wird die elektrische Versorgungsenergie und über ein zwei tes 2-kreisiges Bandfilter werden Signale in Gegenrichtung übertragen. Das besondere Merkmal dieser Anordnung besteht da rin, daß die Bandfilter kritisch oder überkritisch gekoppelt sind. Dadurch ist es nicht mehr nötig, die Primär- oder Sekun däreinheit in ihren Lagen zueinander konstant zu halten, so daß die Herstellungstoleranzen bei gleichartigen Übertragern relativ groß sein können bzw. eine Lageänderung in Kauf genom men werden kann. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Spannung am Sekundärkreis auch dann im wesentlichen konstant bleibt, wenn die Abstände der Primär- und Sekundärspulen in einem bestimmten Maße variieren. Obgleich sich diese Schal tungsanordnung gut bewährt hat, weist sie dennoch den Nachteil auf, daß jeweils ein Bandfilter sowohl für die Energieüber tragung als auch für die Signalübertragung erforderlich ist, was zu einem erhöhten schaltungstechnischen Aufwand führt und insbesondere in bestimmten Anwendungsfällen hinsichtlich des Raumbedarfs anspruchsvoll ist.DE-C-30 29 543 is a contactless, inductive over known carrier, which is the opposite transfer of energy and signals. Via a first 2-circuit band file ter is the electrical supply energy and over a two tes 2-circuit band filter are signals in the opposite direction transfer. The special feature of this arrangement is there rin that the bandpass filter is coupled critically or supercritically are. As a result, it is no longer necessary to use the primary or second keep the unit constant in their positions relative to each other, so that the manufacturing tolerances with similar transformers can be relatively large or a change in position in buying genome men can be. Another advantage is that the The voltage on the secondary circuit is then also essentially constant remains when the distances of the primary and secondary coils in vary to a certain extent. Although this scarf has well proven arrangement, it still has the disadvantage that a band filter for both the energy transfer transmission as well as for signal transmission is required which leads to increased circuit complexity and especially in certain applications regarding the Space is demanding.
Aus der EP-A-3 16 872 ist eine Alarmgeberanordnung mit einem kontaktlosen, induktiven Übertrager bekannt, bei dem die Über tragung sowohl der elektrischen Versorgungsenergie in die eine Richtung als auch der Signale in die andere Richtung über ein einziges Bandfilter erfolgt. Dazu wird das Bandfilter in sei ner Funktion von der Versorgungsenergie-Übertragung auf die Signalübertragung und umgekehrt periodisch umgeschaltet. Neben einem immer noch relativ hohen schaltungstechnischen Aufwand durch die Notwendigkeit der Verwendung elektronischer Schalter weist diese Schaltungsanordnung den Nachteil auf, daß während der Zeit, in der auf die Signalübertragung umgeschaltet ist, die Energieübertragung von der Primär- auf die Sekundärseite des Filters unterbrochen wird, so daß keine stetige, kontinu ierliche Energieübertragung möglich ist.From EP-A-3 16 872 an alarm transmitter arrangement with a Contactless, inductive transformer known in which the over carrying both the electrical supply energy into one Direction as well as the signals in the other direction over one only band filter is done. For this, the band filter is in ner function from the supply energy transfer to the Signal transmission and vice versa periodically switched. Next a still relatively high circuit complexity due to the need to use electronic switches this circuit arrangement has the disadvantage that during the time in which the signal transmission is switched over, the energy transfer from the primary to the secondary side the filter is interrupted so that no continuous, continuous animal energy transfer is possible.
In der nicht vorveröffentlichten DE-A-40 11 941 derselben Anmelderin ist ein Verfahren zur kontaktlosen, induktiven Übertragung sowie ein kontaktloser, induktiver Übertrager zur Durchführung des Verfahrens vorgeschlagen worden, bei dem der sekundärseitige Schwingkreis periodisch kurzgeschlossen wird. Dadurch ist eine kontinuierliche, ununterbrochene Energieüber tragung auch während der Signalübertragung, und umgekehrt, mit geringem schaltungstechnischen Aufwand möglich. Bei diesem Verfahren bzw. Übertrager, das bzw. der vorzugsweise im Zusam menhang mit einer Alarmgeberanordnung verwendet wird, wird die von der Sekundäreinheit aufgenommene Energie auf den Alarmsen sor, beispielsweise einen Glasbruchmelder, und auf den Schal tungsteil der Sekundäreinheit aufgeteilt, der zur Rückübertra gung von Signalen von der Sekundäreinheit zur Primäreinheit vorgesehen ist. Die dem sekundären Schwingkreis nachge schaltete Diode ist die erste Gleichrichterstufe, aus welcher die Sekundäreinheit und der Sensor versorgt werden. Die an dieser Diode verbrauchte Leistung geht bei der Energieüber tragung verloren. Der Sensor benötigt dabei - wie auch herkömmliche, bekannte Anordnungen dieser Art - eine Mindest- Versorgungsspannung von ca. 4 Volt auf Grund seiner eigenen Gleichrichterstufe, einer gegebenenfalls vorgesehenen Leucht diode und einem Thyristor zum Ein- und Ausschalten der Leucht diode sowie eines Strombegrenzungswiderstands. Dies bedeutet, daß nur ein geringer Bruchteil der von der Primäreinheit aufgenommenen Leistung genutzt werden kann.In the unpublished DE-A-40 11 941 thereof The applicant is a method for contactless, inductive Transmission as well as a contactless, inductive transformer for Proposed implementation of the procedure in which the secondary circuit is periodically short-circuited. This ensures a continuous, uninterrupted energy transfer also during signal transmission, and vice versa, with low circuit complexity possible. With this Method or transmitter, which or preferably together is used with an alarm device arrangement, the Energy absorbed by the secondary unit on the alarms sensor, for example a glass break detector, and on the scarf divided part of the secondary unit, which for retransfer signals from the secondary unit to the primary unit is provided. The secondary resonant circuit switched diode is the first rectifier stage from which the secondary unit and the sensor are supplied. The on this diode consumed power passes in the energy wear lost. The sensor needs - as well conventional, known arrangements of this type - a minimum Supply voltage of approximately 4 volts due to its own Rectifier stage, a possibly provided light diode and a thyristor to turn the lights on and off diode and a current limiting resistor. This means, that only a small fraction of that from the primary unit consumed power can be used.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zum kontaktlosen, induktiven Übertragen von elektrischen Energien und/oder Signalen anzu geben bzw. zu schaffen, bei dem bzw. bei der die auf die Se kundäreinheit übertragene Leistung optimal genutzt werden kann.The invention is therefore based on the object of a method and a circuit arrangement for contactless, inductive To transmit electrical energy and / or signals give or create, in which or on which the Se customer unit transmitted power can be optimally used can.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der sekundärseitige Schwingkreis des Bandfilters über eine Diode, die periodisch in den leitenden bzw. nichtleitenden Zustand gebracht wird, periodisch kurzgeschlossen wird.This object is achieved in that the secondary-side resonant circuit of the bandpass filter via a diode, which periodically in the conductive or non-conductive state is brought, is short-circuited periodically.
Mit anderen Worten, dem sekundärseitigen Schwingkreis wird eine Diode periodisch parallel gelegt. Dadurch ist die be nötigte Spannung in der Sekundäreinheit und damit der Leistungsverlust wesentlich geringer, als dies bei her kömmlichen Verfahren und Schaltungsanordnungen der Fall ist. Die Diode wird in diesem Falle selbst als Gleichrichter genutzt.In other words, the secondary-side resonant circuit a diode periodically placed in parallel. This makes the be required voltage in the secondary unit and thus the Loss of power much less than this conventional methods and circuit arrangements is the case. In this case, the diode itself acts as a rectifier used.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das periodische Kurz schließen des sekundärseitigen Schwingkreises im Nieder frequenzbereich liegt.It is particularly advantageous if the periodic short close the secondary-side resonant circuit in the low frequency range.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfin dung wird der über das Bandfilter auf die Sekundäreinheit übertragene Hochfrequenzstrom des sekundärseitigen Schwing kreises während einer Niederfrequenz-Halbperiode, während der die Diode nicht leitet, zur Stromversorgung der sekundär seitigen Schaltungsanordnung verwendet. Während der Nieder frequenz-Halbperiode, während der die Diode nicht leitet, also über die Diode kein Strom fließt, steigt die Leerlaufspannung auf relative hohe Werte (5 bis 15 Volt) an. Dadurch wird auf einfache Weise eine ausreichend hohe Versorgungsspannung und eine ausreichende Versorgungsleistung für die Strom- bzw. Spannungsversorgung der Schaltungsanordnung des Sekundärteils erzielt.According to a particularly advantageous embodiment of the Erfin This is done via the band filter on the secondary unit transmitted high-frequency current of the secondary-side vibration circle during a low frequency half period, during the the diode does not conduct power to the secondary side circuitry used. During the low frequency half-period during which the diode does not conduct, so The no-load voltage increases via the diode to relatively high values (5 to 15 volts). This will turn on simple way a sufficiently high supply voltage and sufficient supply power for electricity or Power supply to the circuit arrangement of the secondary part achieved.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Hochfrequenzstrom des sekundärseitigen Schwingkreises während der Halbperiode, während der die Diode nicht leitet, gleichge richtet und gepuffert. Auf diese Weise ergibt sich eine im we sentlichen kontinuierliche Leistungsversorgung der Schaltungs anordnungen der Sekundäreinheit mit einem ausreichend hohen Spannungspegel von über 2 Volt, der auf Grund der Pufferung etwa in einem entsprechend dimensionierten Kondensator auch während der Halbperiode vorliegt, während der die Diode lei tet.According to a preferred embodiment of the invention, the High-frequency current of the secondary-side resonant circuit during the half period during which the diode does not conduct sets up and buffered. In this way, there is an im substantial continuous power supply to the circuit arrangements of the secondary unit with a sufficiently high Voltage level above 2 volts due to buffering for example in an appropriately dimensioned capacitor during the half-period during which the diode lei tet.
Vorzugsweise ist die Diode eine lichtemittierende Diode. Auf Grund der erfindungsgemäßen Maßnahme, die Diode dem sekundären Schwingkreis periodisch parallel zu legen, fließt ein maxima ler Strom, da die lichtemittierende Diode selbst als Gleich richter fungiert und keine weitere Spannungsabfälle verursa chende Bauelemente zwischen der lichtemittierenden Diode und der treibenden Spannungsquelle, also dem sekundären Schwing kreis liegen. Dies bedeutet, daß die lichtemittierende Diode gegenüber herkömmlichen Anordnungen erheblich heller leuchtet. Zwar bricht die Spannung in der Halbperiode, während der die lichtemittierende Diode leitet und leuchtet, auf 1,8 Volt zusammen, d. h. sie fällt unter die für das Betreiben der in der Sekundäreinheit vorgesehenen Schaltungsanordnungen erfor derliche Spannung von ca. 2 Volt ab. Da jedoch die Halb periode, während der die lichtemittierende Diode nicht leitet und nicht leuchtet, für die Erzeugung einer ausreichend hohen Versorgungsspannung ausgenützt wird, wie dies bereits erläutert wurde, hat das kurzzeitige Zusammenbrechen der Spannung auf Werte unter die erforderliche Versorgungsspannung für die Funktion der Schaltungsanordnung keine Nachteile.The diode is preferably a light-emitting diode. On Because of the measure according to the invention, the diode to the secondary Periodically placing the resonant circuit in parallel flows a maximum current because the light emitting diode itself as equal judge acts and causes no further voltage drops devices between the light emitting diode and the driving voltage source, i.e. the secondary vibration circle lying. This means that the light emitting diode glows considerably brighter than conventional arrangements. The tension breaks in the half-period during which the light-emitting diode conducts and lights up to 1.8 volts together, d. H. it falls under those for operating the the circuitry provided for the secondary unit voltage of approx. 2 volts. However, since the half period during which the light emitting diode does not conduct and does not light up for the generation of a sufficiently high one Supply voltage is exploited, as is already the case has been explained, the brief collapse of the Voltage to values below the required supply voltage no disadvantages for the function of the circuit arrangement.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Er findung erfolgt das periodische Kurzschließen des sekundär seitigen Schwingkreises in Abhängigkeit von unterschiedlichen in der Sekundäreinheit auftretenden Signalzuständen mit unter schiedlichen Frequenzen und/oder Tastverhältnissen. Dies be deutet, daß die auf die Primäreinheit zurückzuübertragenden Signale in Abhängigkeit ihrer unterschiedlichen Signalzustände durch unterschiedliche Frequenzen und/oder Tastverhältnisse, und damit die zu übertragende Nachricht codiert werden können bzw. kann.According to a particularly advantageous embodiment of the Er periodic short-circuiting of the secondary takes place -sided resonant circuit depending on different signal states occurring in the secondary unit with under different frequencies and / or duty cycles. This be indicates that those to be transferred back to the primary unit Signals depending on their different signal states due to different frequencies and / or duty cycles, and so that the message to be transmitted can be encoded or can.
Vorteilhaft ist es dabei, wenn die Auswertung der Signalzu stände der Sekundäreinheit - und damit die zu übertragende Nachricht - durch die Ermittlung der unterschiedlichen Fre quenzen und/oder Tastverhältnisse in der Primäreinheit er folgt. Die unterschiedlichen Frequenzen bzw. die unterschied lichen Tastverhältnisse sind nämlich durch einen unterschied lichen Stromverbrauch auf der Primärseite erkennbar. Um Wie derholungen zu vermeiden, wird auf die Ausführungen in der DE-A-40 11 941 hinsichtlich der Signalauswertung in der Primäreinheit Bezug genommen. It is advantageous if the signal is evaluated statuses of the secondary unit - and thus the one to be transferred Message - by determining the different fre sequences and / or duty cycles in the primary unit follows. The different frequencies or the difference Lactations are namely different by one electricity consumption can be seen on the primary side. To how Avoid repetitions is based on the explanations in the DE-A-40 11 941 with regard to the signal evaluation in the Primary referenced.
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß auch bei einem Übertrager zum kontaktlosen, induktiven Übertragen sowohl elektrischer Versorgungsenergien von einer Primäreinheit zu einer Sekundäreinheit als auch von Signalen von der Sekundär einheit zur Primäreinheit mittels eines einen primärseitigen und einen sekundärseitigen Schwingkreis aufweisenden Bandfil ters durch eine erste Diode und eine erste Oszillatorschaltung mit einer ersten Oszillatorfrequenz gelöst, wobei die erste Ozillatorschaltung die erste Diode dem sekundärseitigen Schwingkreis periodisch parallel legt. Die Diode wird dabei im Gegensatz zu herkömmlichen Schaltungsanordnungen nicht über einen separaten Transistor, sondern erfindungsgemäß von einem Oszillator angesteuert, wobei die Diode selbst als Gleich richter dient. Wie bereits beschrieben, wird mit diesem erfindungsgemäßen Merkmal eine wesentlich geringere Spannung benötigt.According to the invention, the object is also achieved with a Transmitter for contactless, inductive transmission both electrical supply energies from a primary unit to a secondary unit as well as signals from the secondary unit to the primary unit by means of a one on the primary side and a band-side film having a secondary-side resonant circuit ters by a first diode and a first oscillator circuit solved with a first oscillator frequency, the first Oscillator circuit the first diode to the secondary side Periodically sets the resonant circuit in parallel. The diode is in the Contrary to conventional circuit arrangements do not have a separate transistor, but according to the invention by one Oscillator driven, the diode itself being equal judge serves. As already described, with this feature a significantly lower voltage needed.
Gemäß einer vorzugsweisen Ausführungsform der Erfindung ist zusätzlich wenigstens eine weitere Diode und wenigstens ein weiterer Oszillator mit einer unterschiedlichen Oszillator frequenz, etwa eine zweite Diode und ein zweiter Oszillator mit einer zweiten Oszillatorfrequenz vorgesehen, der die wei tere bzw. zweite Diode dem sekundärseitigen Schwingkreis pe riodisch parallel legt. Auf diese Weise ergeben sich je nachdem, welcher der vorgesehenen Oszillatoren in den Arbeits- Zustand gebracht wird, unterschiedliche Frequenzen bzw. Tast verhältnisse, mit denen der sekundärseitige Schwingkreis kurz geschlossen wird, so daß auch unterschiedliche Nachrichten übertragen und in der Primäreinheit ausgewertet werden können. Bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung im Zusammenhang mit einer Alarmanordnung kann dadurch sowohl der Alarm- als auch der Nichtalarm-Zustand übertragen und er kannt werden. Im Zusammenhang mit einer Glasbruchmelderanord nung an Fenstern oder Türen ist es dadurch möglich, mit einer einfachen Schaltungsanordnung den Nichtalarm-Zustand, den Alarm-Zustand und im Falle, daß keine Modulation auftritt, auch zu erkennen, ob das Fenster oder die Tür offen ist oder eine Sabotage vorliegt bzw. die Alarmanordnung defekt ist. Al ternativ ist es auch möglich, nur eine Diode vorzusehen und die Diode mittels eines Oszillators dem sekundärseitigen Schwingkreis periodisch parallel zu legen, wobei die Oszilla torfrequenz entsprechend dem vorliegenden und zu übertragenden Signalzustand unterschiedlich gewählt ist.According to a preferred embodiment of the invention additionally at least one further diode and at least one another oscillator with a different oscillator frequency, such as a second diode and a second oscillator provided with a second oscillator frequency, the white tere or second diode the secondary-side resonant circuit pe periodically parallel. In this way, each result after which of the provided oscillators in the working Condition brought, different frequencies or tact conditions with which the secondary-side resonant circuit is short is closed, so that different messages can be transferred and evaluated in the primary unit. When using the circuit arrangement according to the invention in connection with an alarm arrangement can both the alarm as well as the non-alarm state are transmitted and he be known. In connection with a glass break detector arrangement on windows or doors, it is possible with one simple circuit arrangement the non-alarm state Alarm state and in the event that no modulation occurs, also to recognize whether the window or the door is open or there is sabotage or the alarm arrangement is defective. Al Alternatively, it is also possible to provide only one diode and the diode by means of an oscillator on the secondary side Periodically lay the resonant circuit in parallel, the oszilla gate frequency according to the present and to be transmitted Signal state is selected differently.
Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die Diode über eine Gegentakt-Ausgangsstufe des Oszillators dem sekundärseitigen Schwingkreis periodisch parallel gelegt wird. Die Gegentakt- Ausgangsstufe der Oszillatorschaltung schaltet dann entspre chend seiner Ansteuerung unmittelbar durch, was bedeutet, daß nur ein sehr geringer Spannungsabfall von 10 bis 20 mV auf tritt, und die minimale Betriebsspannung niedrig gehalten werden kann.It is particularly advantageous if the diode has a Push-pull output stage of the oscillator on the secondary side The oscillating circuit is periodically placed in parallel. The push-pull The output stage of the oscillator circuit then switches accordingly immediately after its activation, which means that only a very small voltage drop of 10 to 20 mV occurs, and the minimum operating voltage is kept low can be.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die erste Oszillatorfrequenz dem Alarmzustand und die zweite Oszillatorfrequenz dem Nichtalarm-Zustand einer Alarmgeberan ordnung zugeordnet. Auf diese Weise ist ein klarer Unterschied zwischen den Signal- bzw. Alarmzuständen gegeben und in der Primäreinheit auf Grund der unterschiedlichen Frequenz der Leistungsaufnahmeänderung erkennbar.According to an advantageous embodiment of the invention the first oscillator frequency the alarm condition and the second Oscillator frequency to the non-alarm state of an alarm transmitter order assigned. This way there is a clear difference between the signal or alarm states and in the Primary unit due to the different frequency of the Change in power consumption recognizable.
Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform der Erfindung, bei der wenigstens eine Diode eine lichtemittierende Diode ist. Auf diese Weise ist am sekundärseitigen Teil einer Alarm anordnung auf einfache Weise eine visuelle Anzeige über dem Alarm- oder Nichtalarm-Zustand, oder auch darüber möglich, ob eine Alarmanlage zuverlässig arbeitet.An embodiment of the invention is particularly advantageous, in the case of the at least one diode, a light-emitting diode is. In this way there is an alarm on the secondary part easily arrange a visual display above the Alarm or non-alarm state, or also possible whether an alarm system works reliably.
Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn wenigstens eine der Oszillatorfrequenzen im Frequenzauflösungsbereich des mensch lichen Auges, also unterhalb von ca. 20 Hertz liegt. Da das menschliche Auge ein diskontinuierliches Leuchten einer Licht quelle auch bei relativ geringer Lichtemission besser erkennt, ist es möglich, die lichtemittierende Diode mit einer kleinen Leistungsaufnahme zu betreiben.It is particularly advantageous if at least one of the Oscillator frequencies in the frequency resolution range of humans lichen eye, i.e. below about 20 Hertz. Since that human eye a discontinuous glow of a light better recognizes source even with relatively low light emission, it is possible to use a small light emitting diode To operate power consumption.
Die Erfindung wird nachstehend unter Bezug auf die einzige Schaltung am Beispiel einer Glasbruchmelderanordnung erläu tert.The invention will hereinafter be described with reference to the only one Circuit explained using the example of a glass break detector arrangement tert.
Eine Sendeoszillator- und Auswerteschaltung 1 ist mit einem primärseitigen Schwingkreis 2 eines Bandfilters 3 verbunden. Der primärseitige Schwingkreis 2 besteht aus einer primärsei tigen Spule 4 des Bandfilters 3 und einem ihr parallel ge schalteten primärseitigen Schwingkreiskondensator 5. Ein se kundärseitiger Schwingkreis 6 besteht aus einer sekundärsei tigen Spule 7 des Bandfilters 3 und einem sekundärseitigen Schwingkreiskondensator 8, wobei die sekundärseitige Spule 7 des Bandfilters 3 mit der primärseitigen Spule 4 induktiv ge koppelt ist.A transmission oscillator and evaluation circuit 1 is connected to a primary-side resonant circuit 2 of a bandpass filter 3 . The primary-side resonant circuit 2 consists of a primary-side coil 4 of the bandpass filter 3 and a parallel-connected primary-side resonant circuit capacitor 5 . A se secondary-side resonant circuit 6 consists of a secondary-side coil 7 of the bandpass filter 3 and a secondary-side resonant circuit capacitor 8 , the secondary-side coil 7 of the bandpass filter 3 being inductively coupled to the primary-side coil 4 .
Die Sendeoszillator- und Auswerteschaltung 1 sowie die Schwingkreise 2 und 6 und deren induktive Kopplung über das Bandfilter 3 sind in ihren Funktionen und Ausführungsformen in der DE-A-40 11 941 ausführlich beschrieben, so daß - um Wiederholungen zu vermeiden - auf sie Bezug genommen wird.The transmit oscillator and evaluation circuit 1 and the resonant circuits 2 and 6 and their inductive coupling via the bandpass filter 3 are described in detail in their functions and embodiments in DE-A-40 11 941, so that - to avoid repetition - reference is made to them becomes.
Die Anode einer Gleichrichterdiode 9 ist mit einem Ver bindungspunkt der sekundärseitigen Spule 7 und dem sekundären Schwingkreiskondensator 8 verbunden, während ihre Kathode mit einem Anschluß eines Sieb- und Pufferkondensators 10, einem Resetgenerator 11, einer Alarmspeicherschaltung 12, der Gegen takt-Ausgangsstufe eines ersten Oszillators 13 und der Gegen takt-Ausgangsstufe eines zweiten Oszillators 14 verbunden ist. Der Sieb- und Pufferkondensator 10, der Resetgenerator 11, der Alarmspeicher 12, der andere Anschluß der Gegentakt-Ausgangs stufe des ersten Oszillators 13 sowie der andere Anschluß der Gegentakt-Ausgangsstufe des zweiten Oszillators 14 sind mit dem anderen, als Masse definierten Anschluß des sekundär seitigen Schwingkreises 6 verbunden.The anode of a rectifier diode 9 is connected to a connection point Ver of the secondary coil 7 and the secondary resonant circuit capacitor 8 , while its cathode with a connection of a filter and buffer capacitor 10 , a reset generator 11 , an alarm storage circuit 12 , the counter clock output stage of a first oscillator 13 and the counter clock output stage of a second oscillator 14 is connected. The filter and buffer capacitor 10 , the reset generator 11 , the alarm memory 12 , the other connection of the push-pull output stage of the first oscillator 13 and the other connection of the push-pull output stage of the second oscillator 14 are with the other, defined as ground connection of the secondary side resonant circuit 6 connected.
Der invertierende Ausgang des Resetgenerators 11 steht mit dem Alarmspeicher 12 in Verbindung. Ein Ausgang des Alarmspeichers 12 ist mit dem Steuereingang des ersten Oszillators 13 verbunden. Ein weiterer Ausgang des Alarmspeichers 12 steht mit dem Steuereingang des zweiten Oszillators 14 in Verbindung.The inverting output of the reset generator 11 is connected to the alarm memory 12 . An output of the alarm memory 12 is connected to the control input of the first oscillator 13 . Another output of the alarm memory 12 is connected to the control input of the second oscillator 14 .
Der eine Anschluß des sekundärseitigen Schwingkreises 6, mit dem die Anode des Gleichrichters 9 verbunden ist, ist mit den jeweiligen Anoden von Dioden 17 und 18 verbunden, wobei die Kathode der Diode 17 am Ausgang der Gegentakt-Ausgangsstufe des ersten Oszillators 13 und die Kathode der Diode 18 mit dem Ausgang der Gegentakt-Ausgangsstufe des zweiten Oszillators 14 verbunden ist.One connection of the secondary-side resonant circuit 6 , to which the anode of the rectifier 9 is connected, is connected to the respective anodes of diodes 17 and 18 , the cathode of the diode 17 at the output of the push-pull output stage of the first oscillator 13 and the cathode of the Diode 18 is connected to the output of the push-pull output stage of the second oscillator 14 .
Der Steuereingang des Alarmspeichers 12 liegt über einen Tran sistor 20 an Masse. Dieser wird von einer Sensorschaltung 21, die beispielsweise einen Glasbruchmelder enthalten kann, ange steuert.The control input of the alarm memory 12 is connected to ground via a transistor 20 . This is controlled by a sensor circuit 21 , which may contain a glass break detector, for example.
Die schematisch dargestellte Ausführungsform der erfindungsge mäßen Schaltungsanordnung, wie sie im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel einer Alarmanordnung beschrieben wird, arbeitet folgendermaßen:The schematically illustrated embodiment of the fiction moderate circuit arrangement, as in connection with the An embodiment of an alarm arrangement is described works as follows:
Beim Einschalten der Alarmgeberanordnung stellt der Resetge nerator 11, der in an sich bekannter Weise aufgebaut ist und in Form eines integrierten Schaltkreises vorliegt, ein inver tiertes Reset-Ausgangssignal bereit, welches der Alarmspei cherschaltung 12 zugeleitet wird und diese in definierter Wei se in einen dem Nichtalarm entsprechenden Speicherzustand bringt.When the alarm generator arrangement is switched on, the reset generator 11 , which is constructed in a manner known per se and is in the form of an integrated circuit, provides an inverted reset output signal which is fed to the circuit 12 and stores it in a defined manner in one of the two Non-alarm brings corresponding memory status.
Die von der Primäreinheit über das Bandfilter 3 auf den sekun därseitigen Schwingkreis 6 übertragene Spannung wird mittels der Gleichrichterdiode 9 gleichgerichtet und im Sieb- und Pufferkondensator 10 gesiebt und gepuffert, so daß für den Resetgenerator 11, die Alarmspeicherschaltung 12 sowie die Oszillatorschaltungen 13 und 14 eine im wesentlichen gleich bleibende Versorgungsspannung bereitgestellt wird.The voltage transmitted from the primary unit via the bandpass filter 3 to the secondary-side oscillating circuit 6 is rectified by means of the rectifier diode 9 and sieved and buffered in the filter and buffer capacitor 10 , so that one for the reset generator 11 , the alarm storage circuit 12 and the oscillator circuits 13 and 14 essentially constant supply voltage is provided.
Zunächst soll die Funktionsweise der Schaltungsanordnung für den Fall beschrieben werden, bei dem kein Alarm auftritt, d. h., wenn die Sensorschaltung kein Alarmsignal abgibt. In diesem Falle bleibt der Transistor 20, der in seiner Funktion auch als Tastschalter anzusehen ist, im nichtleitenden Zu stand. Daher gibt die Alarmspeicherschaltung 12 ein niederpegliges Ausgangssignal an die erste Oszillatorschaltung 13 ab, so daß diese blockiert. Am Ausgang der ersten Oszillatorschaltung 13 liegt daher ein hochpegliges Signal an, so daß die Diode 17, die eine lichtemittierende Diode sein kann, nicht leitend ist und daher nicht leuchtet.The operation of the circuit arrangement for the case in which no alarm occurs, ie when the sensor circuit does not emit an alarm signal, will first be described. In this case, the transistor 20 , which can also be seen in its function as a key switch, remains in the non-conductive state. Therefore, the alarm storage circuit 12 outputs a low-level output signal to the first oscillator circuit 13 so that it blocks. A high-level signal is therefore present at the output of the first oscillator circuit 13 , so that the diode 17 , which can be a light-emitting diode, is not conductive and therefore does not light up.
Wenn kein Alarm vorliegt, gelangt ein hochpegeliges Ausgang signal der Alarmspeicherschaltung 12 an den Steuereingang der zweiten Oszillatorschaltung 14. Dadurch tritt am Ausgang der zweiten Oszillatorschaltung 14 ein niederfrequentes Rechteck signal auf bzw. die Gegentakt-Ausgangsstufe der zweiten Oszillatorschaltung 14 ist sehr niederohmig, so daß die Kathode der Diode 18 periodisch praktisch auf 0 Volt bzw. Masse gelegt wird und Strom durch sie fließen kann. In der Gegentakt-Ausgangsstufe der zweiten Oszillatorschaltung 14 ist der Spannungsabfall dabei sehr gering und in einer Größenordnung von höchstens 20 mV. Während durch die Diode 18 Strom fließt, wird also der Schwingkreis im wesentlichen kurzgeschlossen.If there is no alarm, a high-level output signal from the alarm storage circuit 12 reaches the control input of the second oscillator circuit 14 . As a result, a low-frequency square-wave signal occurs at the output of the second oscillator circuit 14 or the push-pull output stage of the second oscillator circuit 14 is very low-impedance, so that the cathode of the diode 18 is periodically put at practically 0 volts or ground and current can flow through it . In the push-pull output stage of the second oscillator circuit 14 , the voltage drop is very small and in the order of magnitude of at most 20 mV. Thus, while current flows through the diode 18 , the resonant circuit is essentially short-circuited.
Die Oszillatorfrequenzen der Oszillatorschaltungen 13 und 14 sind unterschiedlich gewählt, und stehen beispielsweise in einem Verhältnis von 1 : 10. Die Oszillatorschaltung 13 schwingt beispielsweise mit einer Frequenz von 1 Hz und die zweite Oszillatorschaltung 14 wird mit einer Frequenz von 10 Hz betrieben.The oscillator frequencies of the oscillator circuits 13 and 14 are selected differently and are, for example, in a ratio of 1:10. The oscillator circuit 13 oscillates, for example, at a frequency of 1 Hz and the second oscillator circuit 14 is operated at a frequency of 10 Hz.
Auf Grund der Belastung des sekundärseitigen Schwingkreises 6 durch die im Nichtalarmfall periodisch leitende und dadurch einen Kurzschluß darstellende Diode 18 ergibt sich eine entsprechende, von der Frequenz der zweiten Oszillatorschal tung 14 abhängige Belastungsänderung in der Primäreinheit, die von deren Auswerteschaltung detektiert werden kann, wodurch der ordnungsgemäße Funktionszustand der Anlage festgestellt werden kann.Due to the load on the secondary-side resonant circuit 6 by the periodically conductive in the case of non-alarm and thus constituting a short circuit 18 , a corresponding change in the frequency of the second oscillator circuit 14 results in a load change in the primary unit, which can be detected by the evaluation circuit thereof, whereby the proper functioning of the system can be determined.
Da die Diode 18 im Falle des Nichtalarm- oder O.K.-Zustands als Gleichrichter dient und jeweils nur eine Halbperiode der Niederfrequenzperiode des sekundärseitigen Schwingkreises 6 leitet, steigt am Ausgang des sekundärseitigen Schwingkreises 6 während der Niederfrequenz-Halbperiode, während der die Diode 18 nicht leitet, die Leerlaufspannung auf relativ hohe Werte von 5 bis 15 Volt an, die in der Gleichrichterdiode 9 gleichgerichtet, im Sieb- und Pufferkondensator 10 gepuffert und den einzelnen Schaltungsstufen der Sekundäreinheit als Versorgungsspannung bereitgestellt wird. Dies bedeutet, daß dadurch auch für die Niederfrequenz-Halbperiode, während der die Diode 18 leitet und einen Kurzschluß darstellt, eine kontinuierliche Versorgungsspannung ausreichender Höhe bereitsteht.Since the diode 18 serves as a rectifier in the case of the non-alarm or OK state and conducts only one half period of the low-frequency period of the secondary-side resonant circuit 6 , the output of the secondary-side resonant circuit 6 rises during the low-frequency half-period, during which the diode 18 does not conduct, the open circuit voltage to relatively high values of 5 to 15 volts, which are rectified in the rectifier diode 9 , buffered in the filter and buffer capacitor 10 and provided to the individual circuit stages of the secondary unit as a supply voltage. This means that a continuous supply voltage of sufficient level is also available for the low-frequency half-period during which the diode 18 conducts and represents a short circuit.
Nachfolgend soll die Funktionsweise der Schaltungsanordnung für den Fall beschrieben werden, bei dem Alarm auftritt, d. h., wenn die Sensorschaltung ein Alarmsignal abgibt. In diesem Falle wird der Transistor 20 wenigstens kurzzeitig in den leitenden Zustand versetzt und die Alarmspeicherschaltung 12, die beispielsweise ein Flip-Flop sein kann, speichert die sen Alarmzustand und gibt an ihrem Ausgang ein hochpegliges Signal ab, welches an den Steuereingang der zweiten Oszillatorschaltung 14 gelangt und diese sperrt, so daß an deren Ausgang ein hochpegliges Signal anliegt. Dies bedeutet, daß durch die Diode 18 in diesem Falle kein Strom fließen kann.The functioning of the circuit arrangement for the case in which an alarm occurs, that is to say when the sensor circuit emits an alarm signal, is described below. In this case, the transistor 20 is at least briefly switched to the conductive state and the alarm storage circuit 12 , which can be a flip-flop, for example, stores this alarm state and emits a high-level signal at its output, which is sent to the control input of the second oscillator circuit 14 arrives and blocks, so that a high-level signal is present at the output. This means that no current can flow through the diode 18 in this case.
Dagegen stellt die Alarmspeicherschaltung 12 dem Steuereingang der ersten Oszillatorschaltung 13 ein hochpegeliges Ausgangssignal bereit, so daß diese zu schwingen beginnt und an ihrem Ausgang ein niederpegliges Signal bereitstellt. Die Diode 17, die ebenfalls eine lichtemittierende Diode wie die Diode 18 sein kann, ist daher in diesem Falle periodisch leitend und stellt für den sekundärseitigen Schwingkreis 6 einen periodischen Kurzschluß dar. Dadurch tritt entsprechend der Frequenz der ersten Oszillatorschaltung 13 bzw. einem vor gegebenen Tastverhältnis eine Belastungsänderung in der Primäreinheit auf, die wiederum in der Auswerteschaltung er mittelt werden kann, wie dies in der DE-A1-40 11 941 im ein zelnen beschrieben ist. Da die Frequenz der ersten Oszillator schaltung 13 sich von der Frequenz der zweiten Oszillator schaltung 14 unterscheidet, ist die Auswerteschaltung der Pri märeinheit auch imstande, zwischen den beiden Signalzuständen der Sekundäreinheit, also zwischen dem Nichtalarm-Zustand und dem Alarm-Zustand zu unterscheiden.In contrast, the alarm storage circuit 12 provides the control input of the first oscillator circuit 13 with a high-level output signal, so that it begins to oscillate and provides a low-level signal at its output. The diode 17 , which can also be a light-emitting diode such as the diode 18 , is therefore periodically conductive in this case and represents a periodic short-circuit for the secondary-side resonant circuit 6. As a result, the frequency of the first oscillator circuit 13 or a given duty cycle occurs a change in load in the primary unit, which in turn can be determined in the evaluation circuit, as described in DE-A1-40 11 941 in an individual. Since the frequency of the first oscillator circuit 13 differs from the frequency of the second oscillator circuit 14 , the evaluation circuit of the primary unit is also able to distinguish between the two signal states of the secondary unit, that is to say between the non-alarm state and the alarm state.
Bezüglich der kontinuierlichen Bereitstellung einer ausrei chend hohen Versorgungsspannung für die Schaltungsstufen der Sekundäreinheit gilt das im Zusammenhang mit dem Fall des Nichtalarms Gesagte entsprechend und soll nicht nochmals wie derholt werden. Das bedeutet, daß unabhängig davon, welcher Alarmzustand vorliegt und welche der Dioden 17 oder 18 gerade periodisch leitend sind, immer eine kontinuierliche, stabile Spannungsversorgung mit ausreichend hoher Spannung für die Schaltungsanordnungen der Sekundäreinheit sichergestellt ist.With regard to the continuous provision of a sufficiently high supply voltage for the switching stages of the secondary unit, what has been said in connection with the case of the non-alarm applies accordingly and should not be repeated again. This means that regardless of which alarm state is present and which of the diodes 17 or 18 are periodically conductive, a continuous, stable voltage supply with a sufficiently high voltage is always ensured for the circuit arrangements of the secondary unit.
Während der Niederfrequenz-Halbperiode, während der der Sekundärschwingkreis kurzgeschlossen wird, ist die Diode in einer Hochfrequenz-Halbperiode abwechselnd nicht leitend. In dieser Zeit kann sich der Schwingkreis erholen. Unter dem Begriff Niederfrequenz soll in diesem Zusammenhang eine Frequenz verstanden werden, die kleiner als die Hochfrequenz ist, mit der die Schwingkreise schwingen. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel liegen Niederfrequenzen zum Beispiel im Bereich von 1 bis 50 Hz. Sie können jedoch auch wesentlich höher gewählt werden.During the low frequency half period, during which Secondary resonant circuit is short-circuited, the diode is in a high-frequency half-cycle alternately not conductive. In the oscillating circuit can recover during this time. Under the In this context, the term low frequency is said to be a Frequency are understood to be less than the radio frequency with which the resonant circuits vibrate. In the illustrated Low frequencies are, for example, in the exemplary embodiment Range from 1 to 50 Hz. However, they can also be essential be chosen higher.
Mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist es möglich, den Wirkungsgrad der Sekundäreinheit wesentlich zu erhöhen, d. h., mit wesentlich weniger Leistung für den Betrieb der Se kundäreinheit auszukommen. Dies ist insbesondere deshalb von Bedeutung, weil die Sekundäreinheit etwa im Falle einer Haus alarmanordnung mit Glasbruchmeldern bei Stromausfall mit einer Batterie mindestens 72 Stunden lang versorgt werden muß. Her kömmliche Schaltungsanordnungen dieser Art haben eine Strom aufnahme von 10 bis 20 mA. Mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen und Merkmalen konnte die Stromaufnahme auf nur ca. 1 mA, also auf 1/10 gesenkt werden. Darüberhinaus ist mit der Erfindung eine wesentliche Reduzierung der Hochfrequenzabstrahlung und damit eine leichtere Einhaltung der Postvorschriften möglich.With the circuit arrangement according to the invention it is possible to significantly increase the efficiency of the secondary unit, d. that is, with significantly less power for the operation of the Se get along with the customer unit. This is particularly why Meaning because the secondary unit is about in the case of a house alarm arrangement with glass break detectors in the event of a power failure with a Battery must be supplied for at least 72 hours. Here Conventional circuit arrangements of this type have a current absorption from 10 to 20 mA. With the measures according to the invention and features, the current consumption could only be approx. 1 mA can be reduced to 1/10. Furthermore, with the invention a significant reduction in radio frequency radiation and this makes it easier to comply with postal regulations.
Wird als Diode 17 und/oder 18 eine lichtemittierende Diode verwendet, ist die Leistungsaufnahme für die optische Anzeige des Alarm-Zustands und/oder des Nichtalarm-Zustands wesentlich geringer als bei herkömmlichen Anordnungen, ohne daß dadurch die Anzeigeintensität leidet. Die Dioden werden nämlich nur während einer Halbperiode betrieben und die Blinkfrequenz kann im sichtbaren Bereich gewählt werden, in dem das Auge eine blinkende Lichtquelle auch bei geringerer Lichtemission besser wahrnehmen kann. Dies trägt weiterhin dazu bei, mit einer geringen Leistungsaufnahme der Sekundäreinheit auszukommen und dies hat zusätzlich den Vorteil, daß die Übertragungsqualität des Bandfilters 3 geringer als bei herkömmlichen Anordnungen dieser Art sein kann, so daß hinsichtlich des variablen Abstands zwischen den Spulen des Bandfilters 3 größere Toleranzen zulässig sind.If a light-emitting diode is used as the diode 17 and / or 18 , the power consumption for the optical display of the alarm state and / or the non-alarm state is substantially lower than in conventional arrangements, without the display intensity suffering as a result. This is because the diodes are only operated for half a period and the flashing frequency can be selected in the visible range in which the eye can better perceive a flashing light source even with less light emission. This further helps to manage with a low power consumption of the secondary unit and this has the additional advantage that the transmission quality of the bandpass filter 3 can be lower than in conventional arrangements of this type, so that greater tolerances with regard to the variable distance between the coils of the bandpass filter 3 are allowed.
Die Oszillatorschaltungen können beispielsweise CMOS-Schal tungsanordnungen, etwa Schmitt-Trigger sein. Die Sensorschal tung ist ebenfalls herkömmlicher Bauart und nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung.The oscillator circuits can, for example, CMOS scarf arrangement, such as Schmitt trigger. The sensor scarf tion is also of conventional design and not an object of the present invention.
Da die Sekundäreinheit auf Grund der erfindungsgemäßen Maßnah men und Merkmale wesentlich einfacher und kompakter aufgebaut sein kann, ist es möglich, die gesamte Schaltung, nämlich Sen sor, beispielsweise Glasbruchmelder, Hochfrequenz-Schaltungs teile, Gleichrichter und die Schaltungsstufen, die beispiels weise in Form von Logikschaltungsteilen vorliegen können, im Gehäuse des Sensors, etwa des Glasbruchmelders selbst, unter zubringen, was bisher nicht möglich war. Es braucht nunmehr lediglich noch ein Kabel für die Verbindung der Sekundärein heit mit der sekundärseitigen Spule 7 des Bandfilters 3 ver wendet werden.Since the secondary unit men and features can be constructed much simpler and more compact due to the measures and features of the invention, it is possible to parts, namely Sen sensor, for example glass breakage detectors, high-frequency circuit parts, rectifiers and the circuit stages, for example in the form of Logic circuit parts can be present in the housing of the sensor, such as the glass break detector itself, which was previously not possible. It now only needs a cable for the connection of the secondary unit with the secondary coil 7 of the bandpass filter 3 be used ver.
Die Erfindung wurde anhand eines bevorzugten Ausführungsbei spiels in Verbindung mit einer Alarmgeberanordnung beschrie ben. Dem Fachmann sind jedoch Ausgestaltungen und Abwandlungen möglich, ohne daß dadurch der Erfindungsgedanke verlassen wird. Beispielsweise können statt nur zwei Dioden für den Kurzschluß und entsprechend nur zwei Oszillatorschaltungen mit unterschiedlichen Frequenzen auch weitere Dioden und Oszilla torschaltungen verwendet werden, um mehr als zwei Signalzu stände feststellen und in der Primäreinheit auswerten zu kön nen.The invention has been described in a preferred embodiment described in connection with an alarm device arrangement ben. However, refinements and modifications are known to the person skilled in the art possible without leaving the inventive idea becomes. For example, instead of just two diodes for the Short circuit and accordingly only two oscillator circuits with different frequencies also other diodes and Oszilla Gate circuits can be used to receive more than two signals determine the status and be able to evaluate it in the primary unit nen.
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