Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
CAPACITATIVE ENERGY TRANSMISSION BETWEEN CAPACITIVELY COUPLED COMPONENTS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2007/039230
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an energy supply system for a device, said energy supply system comprising a first circuit part (101), a second circuit part (102) and a capacitative coupling unit. The first circuit part is galvanically separated from the second circuit part by means of the capacitative coupling unit (109, 110). The capacitative coupling unit can be used to capacitively inject electrical energy from the first circuit part into the second circuit part.

Inventors:
GUENTER KLAUS (DE)
Application Number:
PCT/EP2006/009446
Publication Date:
April 12, 2007
Filing Date:
September 28, 2006
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
GRIESHABER VEGA KG (DE)
GUENTER KLAUS (DE)
International Classes:
H04B5/00
Domestic Patent References:
WO2001080443A12001-10-25
Foreign References:
DE4017934A11992-01-02
DE19719730C11998-10-22
DE4409461A11994-12-01
DE10258075A12004-06-24
DE202004000928U12004-07-29
Attorney, Agent or Firm:
KOPF, Korbinian (Elisenhof Elisenstrasse 3, München, DE)
Download PDF:
Claims:

P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Energieversorgungseinrichtung zum Versorgen einer Vorrichtung mit Energie, wobei die Energieversorgungseinrichtung aufweist: einen ersten Schaltungsteil; einen zweiten Schaltungsteil; eine kapazitive Kopplungseinheit; wobei der erste Schaltungsteil von dem zweiten Schaltungsteil mittels der kapazitiven Kopplungseinheit galvanisch getrennt ist; wobei über die kapazitive Kopplungseinheit elektrische Energie von dem ersten Schaltungsteil in den zweiten Schaltungsteil kapazitiv einkoppelbar ist.

2. Energieversorgungseinrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste Schaltungsteil eine elektrische Energiequelle aufweist, die zum Bereitstellen eines zeitlich veränderlichen elektrischen Potentials eingerichtet ist.

3. Energieversorgungseinrichtung nach Anspruch 2, wobei die elektrische Energiequelle eine elektrische Wechselspannungsquelle ist.

4. Energieversorgungseinrichtung nach Anspruch 2, wobei die elektrische Energiequelle eine elektrische Gleichspannungsquelle und eine Schalteinheit aufweist, wobei mittels der Schalteinheit ein von der elektrischen Gleichspannungsquelle bereitgestelltes zeitlich konstantes elektrisches Potential in das zeitlich veränderliche elektrische Potential umwandelbar ist.

5. Energieversorgungseinrichtung nach Anspruch 4,

wobei die Schalteinheit einen Transistor oder eine Transistorschaltung oder eine Treiberschaltung aufweist, der oder die mittels eines Taktgebers ansteuerbar ist.

6. Energieversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die kapazitive Kopplungseinheit zumindest ein Element aufweist aus der Gruppe bestehend aus einem Kondensator, einer Kondensatorbank, einer Serienschaltung von mindestens zwei Kondensatoren und einer Parallelschaltung von mindestens zwei Kondensatoren.

7. Energieversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei Komponenten der kapazitiven Kopplungseinheit in einem derart großen Abstand voneinander angeordnet sind, dass ein Funkenüberschlag eines elektrischen Signals über diese Komponenten hinweg vermieden ist.

8. Energieversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei Komponenten der kapazitiven Kopplungseinheit eine derart geringe Kapazität aufweisen, dass ein explosionsauslösender Funkenüberschlag eines elektrischen Signals über diese Komponenten hinweg vermieden ist.

9. Energieversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der zweite Schaltungsteil eine elektrische Gleichrichtereinheit aufweist, die eingerichtet ist, ein zeitlich veränderliches elektrisches Signal gleichzurichten, das über die kapazitive Kopplungseinheit in den zweiten Schaltungsteil kapazitiv eingekoppelt ist.

10. Energieversorgungseinrichtung nach Anspruch 9, wobei die elektrische Gleichrichtereinheit eine Diode oder eine Diodenschaltung aufweist.

11. Energieversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der erste Schaltungsteil einen ersten Zweig und einen zu dem ersten Zweig parallel geschalteten zweiten Zweig aufweist, wobei der zweite Schaltungsteil einen dritten Zweig und einen zu dem dritten Zweig parallel geschalteten vierten Zweig aufweist, wobei der erste Zweig mit dem dritten Zweig und der zweite Zweig mit dem vierten Zweig über die kapazitive Kopplungseinheit kapazitiv gekoppelt ist.

12. Energieversorgungseinrichtung nach Anspruch 11 , wobei der erste Zweig mit dem dritten Zweig über einen ersten Kondensator der kapazitiven Kopplungseinheit kapazitiv gekoppelt ist, und wobei der zweite Zweig mit dem vierten Zweig über einen zweiten Kondensator der kapazitiven Kopplungseinheit kapazitiv gekoppelt ist.

13. Energieversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Vorrichtung zumindest ein Element aufweist aus der Gruppe bestehend aus einem Schnittstellengerät zum Koppeln eines Steuergeräts mit einem Feldgerät, einem Steuergerät zum Steuern eines Feldgeräts über ein Schnittstellengerät, einem mittels eines Steuergeräts über ein Schnittstellengerät steuerbaren Feldgerät, und einem Programmiergerät für ein Feldgerät.

14. Energieversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei mittels der kapazitiven Kopplungseinheit die elektrische Energie von dem ersten Schaltungsteil in den zweiten Schaltungsteil rein kapazitiv einkoppelbar ist.

15. Energieversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, eingerichtet zum Versorgen der Vorrichtung zum Betrieb in einer explosionsgefährdeten Umgebung mit Energie.

16. Schnittstellengerät zum Koppeln eines Steuergeräts mit einem Feldgerät, wobei das Schnittstellengerät eine Energieversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15 aufweist, wobei die mit Energie zu versorgende Vorrichtung das Schnittstellengerät und/oder das Steuergerät und/oder das Feldgerät ist.

17. Schnittstellengerät nach Anspruch 16, aufweisend einen ersten Anschluss zum Anschließen des Steuergeräts.

18. Schnittstellengerät nach Anspruch 17, wobei der erste Anschluss ein USB-Anschluss ist.

19. Schnittstellengerät nach einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei das Steuergerät ein Computer ist.

20. Schnittstellengerät nach einem der Ansprüche 16 bis 19, aufweisend einen zweiten Anschluss zum Anschließen des Feldgeräts.

21. Schnittstellengerät nach Anspruch 20, wobei der zweite Anschluss ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einem HART-Anschluss, einem I2C-Anschluss, einem Profϊbus PA und einem FF Bus.

22. Schnittstellengerät nach einem der Ansprüche 16 bis 21 , wobei das Schnittstellengerät als Schnittstellenkonverter eingerichtet ist.

23. Feldgerät- Anordnung, aufweisend ein Feldgerät; ein Schnittstellengerät nach einem der Ansprüche 16 bis 22 zum Koppeln eines Steuergeräts mit dem Feldgerät.

24. Feldgerät- Anordnung nach Anspruch 23, wobei das Feldgerät ein Füllstandsmessgerät oder ein Druckmessgerät ist.

25. Verfahren zum Versorgen einer Vorrichtung mit Energie, wobei das Verfahren aufweist: galvanisches Trennen eines ersten Schaltungsteils von einem zweiten Schaltungsteil mittels einer kapazitiven Kopplungseinheit; kapazitives Einkoppeln von elektrischer Energie von dem ersten Schaltungsteil in den zweiten Schaltungsteil über die kapazitive Kopplungseinheit.

Description:

Kapazitive Energieübertragung zwischen kapazitiv gekoppelten Komponenten

Verwandte Anmeldungen

Die vorliegende Anmeldung beanspracht die Priorität der US Provisional Patentanmeldung Nr. 60/723 857, eingereicht am 5. Oktober 2005 und der deutschen Patentanmeldung Nr. 10 2005 047 611.2, eingereicht am 5. Oktober 2005, deren Inhalte hierin durch Referenz inkorporiert werden.

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine Energieversorgungseinrichtung, ein Schnittstellengerät, eine Feldgerät- Anordnung und ein Verfahren zum Versorgen einer Vorrichtung mit Energie, insbesondere mit galvanischer Trennung zwischen einem Feldgerät und einem Bediengerät.

Hintergrund der Erfindung

Zur Messung des Füllstands von Flüssigkeiten und Feststoffen in Behältern aus Ausnutzung der Messung von Laufzeit von elektromagnetischen Wellen werden Messvorrichtungen üblicherweise an oder in der Behälterwand montiert. Die Messvomchtung sendet anschließend Wellen, entweder geführt durch einen Wellenleiter oder abgestrahlt über eine Antenne, in Richtung des Füllguts. Die am Füllgut reflektierten Wellen werden anschließend von der Messvomchtung wieder empfangen. Aus der daraus ermittelbaren Laufzeit ergibt sich der Abstand zwischen Sensor und Füllgut, und aus der Kenntnis der Position vom Sensor zum Behälterboden die gesuchte Füllhöhe.

In der Messtechnik ist es üblich, dass Feldgeräte (zum Beispiel ein Füllstandsmessgerät) Prozessgrößen in elektrische Signale wandeln, und über Bussysteme mit anderen Geräten verbunden sind. Es lassen sich damit die von den Feldgeräten aufgenommenen Mess-Signale über eine größere Distanz zu

anderen Geräten übertragen. Eine übliche Technik, um Feldgeräte an andere Geräte anzubinden, bietet der so genannte HART-Busstandard, ein Profibus oder ein FF (" Foundation Fieldbus").

Ein derartiges Füllstandsmessgerät kann in einer explosionsgefährdeten Umgebung, zum Beispiel in einem öltank, angeordnet sein. Ein solcher Füllstandsmesser kann mit einer zentralen Steuereinheit, zum Beispiel einem PC, Daten austauschen. Dabei sind Funkenüberschläge aufgrund des Ausgleichens möglicher Potentialunterschiede durch Fließen von Potentialausgleichsströmen zu vermeiden, da dies in einer explosionsgefährdeten Umgebung gefährlich sein kann oder Geräte beschädigen oder zerstören kann.

Es ist möglich, eine Energieübertragung zwischen zwei Elementen in einer explosionsgefährdeten Umgebung oder auch außerhalb einer explosionsgefährdeten Umgebung unter Verwendung von Transformatoren zu erzielen. Ein Transformator, der miteinander in Wirkverbindung gebrachte Spulen aufweist, kann ein elektrisches Wechselsignal übertragen. In einem solchen elektrischen Wechselsignal kann Energie enthalten sein und somit übertragen werden.

Ein Vollbrückenwandler, der sich zur Energieübertragung zwischen zwei mittels eines Transformators getrennten Komponenten eignet, ist aus Udo Leonhard Thiel, "Schaltnetzteile", 2. Auflage, Franzis Verlag, Seiten 74 und 75, bekannt. Durch einen Schalter kann aus einer Gleichspannung eine Wechselspannung generiert werden, die durch einen Transformator von einer Primärseite auf eine Sekundärseite übertragen wird, danach gleichgerichtet wird und dann auf der Sekundärseite als Energiequelle zur Verfügung steht.

Da bei einer Transformatoranordnung der geometrische Abstand zwischen der Primär- und der Sekundärseite aufgrund der gekoppelten Spulen in vielen Fällen nicht ausreichend groß ist, kann das Einsetzen einer induktiven Kopplung in einer explosionsgefährdeten Umgebung oder außerhalb problematisch sein, da Potentialausgleichsströme auftreten können. Dennoch ist ein induktives

Kopplungselement als Energieübertragungseinheit aufgrund der Notwendigkeit des Vorsehens der Spulen und weiterer Komponenten von den Dimensionen her zu groß, als dass es für eine miniaturisierte Anordnung tauglich wäre.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine effiziente

Energieversorgungseinrichtung für eine Vorrichtung bereitzustellen.

Demgemäß wird eine Energieversorgungseinrichtung, ein Schnittstellengerät, eine Feldgerät-Anordnung, und ein Verfahren zum Versorgen einer Vorrichtung mit Energie mit den Merkmalen gemäß den unabhängigen Patentansprüchen geschaffen.

Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine Energieversorgungseinrichtung für eine Vorrichtung bereitgestellt, wobei die Energieversorgungsseinrichtung einen ersten Schaltungsteil, einen zweiten

Schaltungsteil und eine kapazitive Kopplungseinheit aufweist, wobei der erste Schaltungsteil von dem zweiten Schaltungsteil mittels der kapazitiven Kopplungseinheit galvanisch getrennt ist und wobei mittels der kapazitiven Kopplungseinheit elektrische Energie von dem ersten Schaltungsteil in den zweiten Schaltungsteil kapazitiv einkoppelbar ist.

Gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Schnittstellengerät zum Koppeln eines Steuergeräts mit einem Feldgerät geschaffen, wobei das Schnittstellengerät eine Energieversorgungseinrichtung mit

den oben beschriebenen Merkmalen zum Versorgen der Vorrichtung mit elektrischer Energie aufweist, wobei die Vorrichtung das Schnittstellengerät und/oder das Steuergerät und/oder das Feldgerät aufweist.

Gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine Feldgerät- Anordnung bereitgestellt, die ein Feldgerät und ein Schnittstellengerät mit den oben beschriebenen Merkmalen zum Koppeln eines Steuergeräts mit dem Feldgerät aufweist.

Gemäß noch einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Verfahren zum Versorgen einer Vorrichtung mit Energie geschaffen, wobei bei dem Verfahren ein erstes Schaltungsteil von einem zweiten Schaltungsteil mittels einer kapazitiven Kopplungseinheit galvanisch getrennt wird oder ist, und bei dem elektrische Energie von dem ersten Schaltungsteil in den zweiten Schaltungsteil mittels einer kapazitiven Kopplungseinheit kapazitiv eingekoppelt wird.

Gemäß einem exemplarischen Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung kann somit eine explosionsgefährdete Umgebung oder auch eine nicht explosionsgefährdete Umgebung durch Vorsehen einer galvanischen Trennung zwischen zwei zu koppelnden Komponenten sicher betrieben werden. Simultan kann eine Energieversorgung durch eine übertragung elektrischer Signale über ein kapazitives Kopplungselement hinweg erfolgen, wobei die in den übertragenen elektrischen Signalen enthaltene Energie als Energiequelle eingesetzt wird. Durch die kapazitive Trennung der beiden Schaltungsteile kann somit ein

Funkenübersprung bzw. das Fließen von Potentialausgleichsströmen zwischen den beiden Schaltungsteilen vermieden werden, und simultan kann kapazitiv ein elektrischer (Wechsel-)Strom (der auch als „Signal" bezeichnet werden kann und optional eine Information enthalten kann) übertragen werden, um die in diesem

Signal enthaltene Energie zur Energieversorgung eines der gekoppelten Schaltungsteile oder einer anderen, damit verbundenen Vorrichtung zu verwenden.

Erfindungsgemäß kann ein unerwünschtes oder unzulässiges Fließen von Potentialausgleichströmen aufgrund der galvanischen Trennung und des kapazitiven Kopplungselements vermieden werden, so dass beteiligte Geräte vor einer möglichen Beschädigung oder Zerstörung sicher geschützt werden können.

Bei einer Kapazität oder einem Kondensator als kapazitives Kopplungselement kann vorteilhaft sein, dass der Abstand der Kondensatorplatten bzw. der beiden elektrisch leitfähigen Kondensatorelemente ausreichend groß gewählt werden kann, dass eine sichere Entkopplung als Exschutz gewährleistet werden kann und gleichzeitig eine effiziente Energieübertragung ermöglicht werden kann. Dennoch kann die Dimension einer solchen Anordnung - aufgrund der Entbehrlichkeit eines Transformators - ausreichend klein gewählt werden, dass eine miniaturisierte Anordnung erhalten wird, die hinsichtlich der übertragbaren Energie Anforderungen zum Beispiel eines Schnittstellengerät zum Koppeln eines Steuergeräts mit einem Feldgerät gerecht werden. Damit ist eine Energieübertragungsmöglichkeit geschaffen, die zum Beispiel in einer Umgebung angewendet werden kann, in der Füllstandsmessgeräte, Druckmessgeräte oder andere Feldgeräte in explosiver Umgebung betrieben werden sollen.

Anschaulich ist erfindungsgemäß ein Energietransfer zwischen zwei Schaltungsteilen nicht mittels eines Transformators, sondern unter Verschaltung von Kapazitäten realisierbar, was einen besonders kleindimensionierten und dennoch leistungsfähigen Betrieb ermöglicht.

Auch kann ein Gleichstromsignal, zum Beispiel unter Verwendung von entsprechend getakteten Schaltern, anschaulich zerhackt werden, um eine Pulsfolge oder ein Wechselsignal zu generieren, welches dann kapazitiv übertragen werden kann. Nach einer Gleichrichtung des übertragenen Signals steht dann gegebenenfalls sogar ein Gleichstromsignal zur Versorgung einer Vorrichtung mit elektrischer Leistung bereit.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine übertragung von ausreichend hohen elektrischen Leistungen möglich, zum Beispiel im mW- Bereich. Bei Ausgestaltung des kapazitiven Kopplungselements als Kondensatorbank, zum Beispiel als Anordnung parallel geschalteter Kondensatoren, kann aufgrund der additiven Wirkung der entsprechend verschalteten Einzelkapazitäten eine kapazitive Kopplung verstärkt und damit die übertragbare Energie vergrößert werden.

Zum Beispiel kann dieses Prinzip der Energieversorgung unter Verwendung einer kapazitiven Energieübertragung in Kombination mit einer galvanischen Trennung für einen Schnittstellenkonverter zum Koppeln eines Steuercomputers mit einem Füllstandsensor eingesetzt werden. Zum Beispiel kann ein solcher Steuercomputer über eine USB-Schnittstelle mit einem solchen Schnittstellengerät oder

Schnittstellenkonverter gekoppelt sein, welcher Schnittstellenkonverter zum Beispiel gemäß dem HART-Protokoll oder dem I2C-Standard mit einem Füllstandsensor kommunizieren kann. Alternativ ist es auch möglich, dass ein solcher Schnittstellenkonverter drahtlos („wireless") mit dem Steuergerät und/oder mit dem Feldgerät kommuniziert, z.B. mittels wireless LAN oder Bluetooth.

In dem Schnittstellenkonverter kann sowohl die galvanische Trennung als Explosionsschutz als auch die Energieübertragung auf kapazitivem Wege

realisiert sein, so dass zum Beispiel der Schnittstellenkonverter und/oder der Füllstandsensor durch dieses Energieübertragungskonzept mit Energie versorgt werden kann oder können.

Anders ausgedrückt können in einem solchen Schnittstellenkonverter zwei galvanisch getrennte Schaltungsteile enthalten sein, welche Energie kapazitiv übertragen, die zum Beispiel von einem Akku oder einem Netzteil des angeschlossenen Computers geliefert wird.

über eine USB-Schnittstelle („Universal Serial Bus") zum Beispiel kann bei einer Spannung von 5 Volt ein Strom von bis zu 100 mA, von bis zu 500 mA und mehr übertragen werden.

In einer explosionsgefährdeten Umgebung kann es vorteilhaft sein, miteinander kommunizierende Einheiten galvanisch zu trennen. Unter dem Begriff galvanische Trennung wird im Rahmen dieser Anmeldung insbesondere verstanden, dass es zwischen den miteinander kommunizierenden Einheiten keinen zusammenhängenden, ohmsch leitfähigen Weg gibt, über den Ladungsträger aus einer der Einheiten in eine davon galvanisch getrennte andere der Einheiten fließen können. Durch das ohmsche Entkoppeln zweier galvanisch getrennter Schaltkreise können diese in einer explosionsgefährdeten Umgebung oder außerhalb davon eingesetzt werden.

Der erste Schaltungsteil und der zweite Schaltungsteil können entweder hartverdrahtet, das heißt unter Verwendung makroskopischer elektronischer Bauelemente oder auch als integrierter Schaltkreis realisiert sein. Insbesondere kann das Energieübertragungssystem sowohl mittels eines Computerprogramms, das heißt, einer Software als auch mittels einer oder mehrerer spezieller elektrischer Schaltungen, das heißt in Hardware, oder in beliebig hybrider Form,

das heißt mittels Softwarekomponenten und Hardwarekomponenten, realisiert werden.

Zum Beispiel kann erfindungsgemäß ein Energieübertragungsschaltkreis zum Energieübertragen zwischen einem ersten Anschluss und einem zweiten

Anschluss geschaffen sein, welche Anschlüsse galvanisch voneinander getrennt sind. Die Energie kann zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss zum Beispiel durch eine kapazitive Kopplung übertragbar sein. Die kapazitive Kopplung schließt dabei ohmsche und/oder induktive übertragungskomponenten nicht aus.

Die Kapazität der kapazitiven Kopplungseinheit kann zum Beispiel in der Größenordnung von 100 nF liegen. Eine Zerhackfrequenz, das heißt, eine Frequenz einer zeitlichen Abfolge von Pulsen oder Wellen, kann zum Beispiel in der Größenordnung von 600 kHz oder 630 kHz liegen. Es können auch wesentlich größere Kapazitäten verwendet werden, sofern dabei eine Explosionsbegrenzung beachtet wird.

Exemplarische Ausführungsbeispiele der Erfindungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.

Im Weiteren werden Ausgestaltungen der Energieversorgungseinrichtung beschrieben. Diese Ausgestaltungen gelten auch für das Schnittstellengerät, die Feldgerät- Anordnung und das Verfahren zum Versorgen einer Vorrichtung zum Betrieb in einer explosionsgefährdeten Umgebung mit Energie.

Bei der Energieversorgungseinrichtung kann der erste Schaltungsteil eine elektrische Energiequelle aufweisen, die zum Bereitstellen eines zeitlich veränderlichen elektrischen Potentials eingerichtet ist. Diese Energiequelle kann

zum Beispiel ein Akku oder ein Netzteil sein, der eine Gleichspannung und/oder eine Wechselspannung liefern kann. Als Energiequelle kann auch ein an die Energieversorgungseinrichtung angeschlossenes Element dienen, zum Beispiel ein an ein Stromversorgungsnetz angeschlossener Computer, der über ein Kabel mit einer Energieversorgungseinrichtung verbunden ist.

Die elektrische Energiequelle kann eine elektrische Wechselspannungsquelle sein. Dies ist vorteilhaft, da dann die elektrische Wechselspannungsenergie direkt, das heißt ohne Zwischenverarbeitung, durch die kapazitive Kopplungseinheit übertragen werden kann.

Ein kapazitives Schaltungselement hat dagegen für eine reine Gleichspannung einen unendlich hohen Widerstand. Dennoch kann die erfindungsgemäße Energieversorgungseinrichtung auch mit einer elektrischen Gleichspannungsquelle als elektrische Energiequelle betrieben werden. In diesem Fall kann in der Energieversorgungseinrichtung eine Schalteinheit vorgesehen sein, wobei mittels der Schalteinheit ein von der elektrischen Gleichspannungsquelle bereitgestelltes zeitlich konstantes elektrischen Potential in das zeitlich veränderliche Potential umgewandelt wird. Zum Beispiel können Transistoren zu einer Schalteinheit verschaltet werden, die zum Beispiel durch eine Taktsteuerung getaktet werden. Auf diese Art und Weise kann auch eine elektrische Gleichspannung in ein Wechselsignal umgewandelt werden, wobei die Frequenz der dadurch erzeugten Wechsel Spannung auf der Zerhackfrequenz der Gleichspannung basiert. Auf diese Weise kann die erfindungsgemäße kapazitive Energieübertragung auch unter Verwendung einer Gleichspannungsquelle, wie zum Beispiel einer Batterie, realisiert werden.

Die Schalteinheit kann einen Transistor oder kann eine Transistorschaltung aufweisen, angesteuert mittels eines Taktes. Der Transistor kann ein

Bipolartransistor oder ein Feldeffekttransistor sein, zum Beispiel ein n-MOSFET oder ein p-MOSFET.

Die kapazitive Kopplungseinheit kann zumindest ein Element aus der Gruppe aufweisen, die besteht aus einem Kondensator, einer Kondensatorbank, einer Serienschaltung von mindestens zwei Kondensatoren und/oder einer Parallelschaltung von mindestens zwei Kondensatoren. Mittels Verschaltens einer Mehrzahl von Kondensatoren kann die realisierbare Effektivkapazität erhöht werden. Bei der Verwendung ausreichend großer Kondensatoren kann ebenfalls eine große Kapazität erreicht werden. Andererseits kann es vorteilhaft sein, die Kondensatoren klein auszubilden und statt dessen lieber eine Mehrzahl von solchen Kondensatoren vorzusehen, um die Dimension des Gesamtsystems gering zu halten.

Die kapazitive Kopplungseinheit kann derart eingerichtet sein, dass ein Funkenüberschlag eines elektrischen Signals über die kapazitive Kopplungseinheit hinweg vermieden ist. Zum Beispiel kann die Energieversorgungseinrichtung dann in einer explosiven Umgebung eingesetzt werden, zum Beispiel wenn in einem öltank der Füllstand gemessen werden soll und die Sensordaten an eine Auswerteeinheit übertragen werden sollen.

Komponenten der kapazitiven Kopplungseinheit (zum Beispiel ein Kondensator) können eine derart geringe Kapazität aufweisen, dass ein explosionsauslösender Funkenüberschlag eines elektrischen Signals über diese Komponenten hinweg vermieden ist. Mit anderen Worten kann der Wert der Kapazität so klein gewählt werden, dass es zu keinem explosionsauslösenden Funken kommen kann. Insbeondere kann die Anordnung hierfür auch im Kleinlastbetrieb betrieben werden, zum Beispiel mit einer Leistung im Milliwatt-Bereich.

Der zweite Schaltungsteil der Energieversorgungseinrichtung kann eine elektrische Gleichrichtereinheit aufweisen, die eingerichtet ist, ein zeitlich veränderliches elektrisches Signal gleichzurichten, das mittels der kapazitiven Kopplungseinheit in den zweiten Schaltungsteil kapazitiv eingekoppelt ist. Wenn eine Wechselspannung oder eine mittels eines Schaltelements zu einem Wechselsignal umgewandelte Gleichspannung über die kapazitive Kopplungseinheit in den zweiten Schaltungsteil übertragen worden ist, kann es zum Erzeugen einer Gleichspannung als Energieversorgung vorteilhaft sein, mit einer Gleichrichterschaltung aus dem Wechselsignal ein Gleichsignal zu machen. Hiefür kann zum Beispiel eine Diode oder eine Diodenschaltung eingesetzt werden, wobei hierbei von dem Effekt Gebrauch gemacht werden kann, dass eine Diode in einer Sperrrichtung und in einer Durchlassrichtung betrieben werden kann, so dass nur selektiv bestimmte Komponenten einer Wechselspannung übertragen werden können, womit eine Gleichspannung abgreifbar ist.

Mittels eines Glättungskondensators kann das von einer Gleichrichterschaltung gleichgerichtete Signal geglättet werden.

Der erste Schaltungsteil kann einen ersten Zweig und einen zu dem ersten Zweig parallel geschalteten zweiten Zweig aufweisen, wobei der zweite Schaltungsteil einen dritten Zweig und einen zu dem dritten Zweig parallel geschalteten vierten Zweig aufweisen kann. Der erste Zweig kann mit dem dritten Zweig und der zweite Zweig kann mit dem vierten Zweig mittels der kapazitiven Kopplungseinheit kapazitiv gekoppelt werden. Mit anderen Worten kann es vorteilhaft sein, sowohl den ersten Schaltungsteil als auch den zweiten

Schaltungsteil durch Verwendung von zwei parallel geschalteten Pfaden oder Zweigen zu realisieren. Dann kann ein jeweiliger Zweig des ersten Schaltungsteils mit einem zugehörigen Zweig des zweiten Schaltungsteils gekoppelt werden.

Der erste Zweig kann mit dem dritten Zweig mittels eines ersten Kondensators der kapazitiven Kopplungseinheit kapazitiv gekoppelt sein, und der zweite Zweig kann mit dem vierten Zweig mittels eines zweiten Kondensators der kapazitiven Kopplungseinheit kapazitiv gekoppelt sein. Durch das Vorsehen von zwei Zweigen sowohl auf der Primärseite als auch auf der Sekundärseite des kombinierten galvanischen Trennungs- und kapazitiven Energiegewinnungssystems kann insbesondere eine gleichmäßigere Gleichspannung auf der Sekundärseite realisiert werden.

Die Vorrichtung kann zumindest ein Element aufweisen aus der Gruppe, bestehend aus einem Schnittstellengerät zum Koppeln eines Steuergeräts und einem Feldgerät, einem Steuergerät zum Steuern eines Feldgeräts über ein Schnittstellengerät, und einem mittels eines Steuergeräts über ein Schnittstellengerät steuerbaren Feldgeräts.

Ein Feldgerät kann zum Beispiel ein Füllstandsmesser oder ein Drucksensor sein. Ein Steuergerät kann zum Beispiel ein Computer (zum Beispiel PC, Servercomputer, Laptop, Handheld Device, Programmiergerät etc.) sein, der zum Ansteuern und Auslesen eines Feldgeräts vorgesehen sein kann.

Ein Schnittstellengerät kann zum Beispiel zwischen einem solchen Steuergerät und einem Feldgerät vermitteln, insbesondere eine galvanische Trennung bereitstellen und/oder eine Formatumwandlung oder Konvertierung übertragener Signale ermöglichen. Zum Beispiel kann ein Steuergerät über eine USB- Schnittstelle angesteuert werden, welche mit einem ersten Eingang eines solches Schnittstellengeräts gekoppelt werden kann, und ein zweiter Eingang eines solchen Schnittstellengeräts kann zum Beispiel Signale gemäß einem für das Feldgerät verständlichen Standard (zum Beispiel HART oder I2C) bereitstellen.

Die Umwandlung dieser Signalformate kann durch das Schnittstellengerät erfolgen.

Auch kann es erforderlich sein, zum Beispiel mit einen Programmiergerät auf ein Feldgerät zuzugreifen, um dieses zu eichen, dieses zu kontrollieren oder um Signale aus dem Feldgerät auszulesen.

Mittels der kapazitiven Kopplungseinrichtung kann die elektrische Energie von dem ersten Schaltungsteil in den zweiten Schaltungsteil rein kapazitiv einkoppelbar sein. Mit anderen Worten kann die physikalische Natur der Energieeinkopplung von einer ohmschen und/oder von einer induktiven Komponente vollständig frei sein, so dass eine vollständig kapazitive Kopplung erfolgen kann.

Die Energieversorgungseinrichtung kann zum Versorgen der Vorrichtung zum Betrieb in einer explosionsgefährdeten Umgebung mit Energie eingerichtet sein. Allerdings kann die Energieversorgungseinrichtung auch zum Versorgen der Vorrichtung zum Betrieb in einer nicht-explosionsgefährdeten Umgebung mit Energie eingerichtet sein.

Im Weiteren werden Ausgestaltungen des Schnittstellengeräts beschrieben. Diese Ausgestaltungen gelten auch für die Energieversorgungseinrichtung, für die Feldgerät- Anordnung und für das Verfahren zum Versorgen einer Vorrichtung zum Betrieb einer explosionsgefährdeten Umgebung mit Energie.

Das Schnittstellengerät kann einen ersten Anschluss zum Anschließen des Steuergeräts aufweisen, welcher ein USB-Anschluss sein kann. Das Steuergerät kann ein Computer sein. Auf diese Art und Weise kann das Schnittstellengerät zum Anschluss an einen handelsüblichen PC eingerichtet sein, welcher somit mit

einem angeschlossenen Feldgerät betrieben werden kann. über einen USB-Bus kann somit Energie bereitgestellt bzw. übertragen werden.

Ferner kann das Schnittstellengerät einen zweiten Anschluss aufweisen, welcher zum Anschließen an das Feldgerät eingerichtet sein kann. Zum Beispiel kann dieser zweite Anschluss ein HART- Anschluss oder ein I2C Anschluss oder ein Profibus oder ein FF Bus ("Foundation Fieldbus") sein, das heißt insbesondere ein Anschluss, welcher eine übertragung von Signalen gemäß dem HART- Busstandard bzw. dem I2C-Busstandard ermöglicht.

I2C oder I 2 C (für Inter-Integrated Circuit) ist ein serieller Bus für Computersysteme. Er kann benutzt werden, um Geräte an ein Embedded System oder eine Hauptplatine anzuschließen. Erfindungsgemäß kann I2C zum Beispiel eingesetzt werden, um eine Kommunikation verschiedener Geräte über längere Leitungsverbindungen zu ermöglichen.

Das HART Protokoll („Highway Addressable Remote Transmitter") kann insbeondere als ein offenes Master-Slave-Protokoll für busadressierbare Feldgeräte bezeichnet werden. Es kann eine Methode implementieren, Daten mittels Frequency Shift Keying (FSK), aufgesetzt auf dem 4-20mA-Prozesssignal, zu übertragen, um Fernkonfiguration und Diagnoseüberprüfung zu ermöglichen.

Sowohl I2C als auch HART eignen sich als Protokoll zur Kommunikation mit einem Feldgerät, zum Beispiel mit einem Füllstandsmessgerät oder mit einem Druckmessgerät.

Insbesondere kann das Schnittstellengerät als Schnittstellenkonverter eingerichtet sein, das heißt als Vorrichtung, welche ein Format der Daten zwischen der Schnittstelle zum Anschließen des Steuergeräts und der Schnittstelle zum

Anschließen des Feldgeräts ermöglicht. Auf diese Art und Weise können auch zwei auf völlig unterschiedlichen Standards basierenden Geräte, nämlich Steuergerät und Feldgerät, miteinander kommunizieren, wenn ein erfindungsgemäßes Schnittstellengerät als „übersetzer" dazwischengeschaltet ist.

Im Weiteren werden Ausgestaltungen der Feldgerät- Anordnung beschrieben. Diese Ausgestaltungen gelten auch für die Energieversorgungseinrichtung, für das Schnittstellengerät und für das Verfahren zum Versorgen einer Vorrichtung zum Betrieb in einer explosionsgefährdeten Umgebung mit Energie.

Die Feldgerät- Anordnung kann ein Füllstandsmessgerät oder ein Druckmessgerät sein. Es gibt jedoch auch andere Möglichkeiten, ein solches Feldgerät auszugestalten, zum Beispiel als jede Art von Sensor oder Aktuator, insbesondere gesteuert durch ein zugehöriges Steuergerät.

Exemplarische Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Weiteren näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Energieversorgungseinrichtung gemäß einem exemplarischen

Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 2 eine Feldgerät-Anordnung gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 3 eine Feldgerät-Anordnung gemäß einem exemplarischen

Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 4 eine Feldgerät- Anordnung gemäß einem exemplarischen

Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung, das in Zusammenhang mit Fig. 3 steht.

Fig. 5 ein Teilbereich einer Feldgerät-Anordnung gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 6 eine Energieversorgungseinrichtung gemäß einem exemplarischen

Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 7 eine Energieversorgungseinrichtung gemäß einem exemplarischen

Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 8 einen Schaltplan eines Schnittstellengeräts gemäß einem exemplarischen Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung.

Gleiche oder ähnliche Komponenten in unterschiedlichen Figuren sind mit gleichen Bezugsziffern versehen.

Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich.

Im Weiteren wird bezugnehmend auf Fig. 1 eine Energieversorgungseinrichtung 100 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.

Fig. 1 zeigt einen Energieversorgungsschaltkreis 100 zum Versorgen einer Last 103 mit elektrischer Energie, wobei die Last 103 in einer explosionsgefährdeten Umgebung (zum Beispiel in einem Füllstandssensor eines öltanks) angeordnet sein kann.

Der Energieversorgungsschaltkreis 100 weist einen ersten Schaltungsteil 101 und einen zweiten Schaltungsteil 102 auf, sowie eine kapazitive Kopplungseinheit 104.

Der erste Schaltungsteil 101 ist von dem zweiten Schaltungsteil 102 mittels der kapazitiven Kopplungseinheit 104 galvanisch getrennt. Es können weitere galvanische Trennungselemente vorgesehen sein, das heißt, kapazitive Entkopplungen zwischen den beiden Schaltungsteilen 101, 102, die ein direktes Fließen von elektrischem Strom zwischen diesen beiden Schaltungsteilen 101, 102 vermeiden. Mittels der kapazitiven Kopplungseinheit 104 ist elektrische Energie von dem ersten Schaltungsteil 101 in den zweiten Schaltungsteil 102 kapazitiv einkoppelbar, wobei diese Energie dann zum Versorgen der Last 103 mit elektrischer Gleichspannungsenergie verwendet werden kann.

Der erste Schaltungsteil 101 weist eine elektrische Energiequelle auf, die zum Bereitstellen eines zeitlich veränderlichen elektrischen Potentials eingerichtet ist. Die elektrische Energiequelle in Fig. 1 ist eine elektrische Gleichspannungsquelle 105, die in Fig. 1 durch einen Pluspol („+") und durch einen Minuspol („-") symbolisiert ist.

Es kann für beiden Kondensatoren 109, 110 eine gemeinsame Gleichspannungsquelle vorgesehen sein. Dann können die beiden Pluspole aus Fig. 1 miteinander gekoppelt sein, und dann können die beiden Minuspole aus Fig. 1 miteinander gekoppelt sein.

Alternativ kann für den Kondensator 109 eine erste Gleichspannungsquelle vorgesehen sein, und separat davon kann für den Kondensator 110 eine zweite Gleichspannungsquelle vorgesehen sein.

Ferner ist eine Anordnung aus Transistorschaltern 106, 107 vorgesehen, wobei mittels der dadurch gebildeten Schalteinheit ein von der elektrischen Gleichspannungsquelle 105 bereitgestelltes zeitlich konstantes elektrisches Potential bzw. die zeitlich konstante elektrische Spannung, die der

Potentialdifferenz zwischen Pluspol und Minuspol entspricht, in ein zeitlich veränderliches elektrisches Potential umwandelbar ist.

Hierfür weist die Schalteinheit, gebildet aus dem ersten Transistor 106 und dem zweiten Transistor 107, eine Taktsteuerung auf, welche auf die Schalter 106, 107 wirken. Wie in Fig. 1 gezeigt, ist jeder der Transistorschalter 106, 107 zwischen die beiden Pole der Gleichspannungsquelle 105 verschaltet. Nunmehr kann mittels eines geeigneten Taktes ein periodisches öffnen und Schließen der Transistoren 106, 107 erfolgen, so dass ein entsprechendes Pulssignal an einem ersten Kondensator 109 bzw. an einem zweiten Kondensator 110 der kapazitiven Kopplungseinheit 104 anliegt.

Die beiden Transistorschalter 106 können zueinander gegenphasig getaktet sein, so dass jeweils einer der beiden Transistorschalter 106 geöffnet und der jeweils andere simultan geschlossen ist. Die beiden Transistorschalter 107 können zueinander gegenphasig getaktet sein, so dass jeweils einer der beiden Transistorschalter 107 geöffnet und der jeweils andere simultan geschlossen ist. Die Taktung der beiden Transistorschalter 106 und der beiden Transistorschalter 107 kann derart sein, dass die dadurch generierten Pulsfolgen, die auf die beiden Kondensatoren 109, 110 wirken, zueinander gegenphasig sind.

Da die Kapazitäten 109, 1 10 für ein elektrisches Wechselsignal durchlässig sind, kann dadurch ein Wechselsignal von dem ersten Schaltungsteil 101 in den zweiten Schaltungsteil 102 übertragen werden.

Der Abstand der elektrischen Anschlüsse der beiden Kondensatoren 109, 1 10 ist derart groß gewählt (zum Beispiel 1 mm bis 10 mm) und deren Qualität bzw. Isolationsfestigkeit kann entsprechend selektiert werden, dass ein Funkenüberschlag eines elektrischen Signals über die kapazitive

Kopplungseinheit 104 hinweg vermieden ist. Dadurch eignet sich der Energieversorgungsschaltkreis 100 auch zur Energieübertragung einer Vorrichtung in einer explosionsgefährdeten Umgebung.

Mit einem ausreichend großen Abstand der elektrischen Anschlüsse der Kondensatoren voneinander und/oder mit einer ausreichenden Qualität der Isolationsfestigkeit kann auch bewirkt werden, dass eine ausreichend gute Durchschlagfestigkeit erreicht wird. Eine solche gute Durchschlagfestigkeit bei einem simultan ausreichend hohen Wert der Kapazität kann auch mittels Einbringens eines Dielektrikums (zum Beispiel mit einem ausreichend hohen Wert der relativen Dielektrizitätskonstante) erreicht werden.

In Serie geschaltete Kondensatoren können eine nicht störungsanfällige Baugruppe bilden, so dass eine Vorrichtung auch in Ex-Umgebung mit Energie versorgbar ist.

Der zweite Schaltungsteil 102 enthält eine elektrische Gleichrichtereinheit 111, welche das zeitlich veränderliche elektrische Signal, das an den gemäß Fig. 1 rechten Kondensatorplatten der Kondensatoren 109, 110 anliegt, gleichzurichten, wobei die Gleichrichtereinheit 111 eine Diodenschaltung (zum Beispiel eine Diodenbrückenschaltung) aufweist.

In Fig. 1 ist ferner ein optionaler Glättungskondensator 112 zur Glättung der Schaltkreischarakteristik gezeigt, wobei zwischen den zwei Anschlüssen des

Gleichrichterschaltkreises 111, die nicht mit den Kondensatoren 109, 110 gekoppelt sind, ein elektrisches Gleichspannungspotential bereitgestellt ist, mit welchem die Last oder Vorrichtung 103 mit elektrischer Energie versorgt werden kann.

Wie in Fig. 1 gezeigt, enthält der Energieversorgungsschaltkreis 100 einen ersten Zweig 113 in dem ersten Schaltungsteil 101, in welchem ersten Zweig 113 der erste Kondensator 109 angeordnet ist. Parallel zu dem ersten Zweig 113 ist ein zweiter Zweig 114 des ersten Schaltungsteils 101 vorgesehen, in welchen der zweite Kondensator 110 verschaltet ist. Ein dritter Zweig 115 des zweiten

Schaltungsteils 102 enthält wiederum den ersten Kondensator 109, und ein vierter Zweig 116 des zweiten Schaltungsteils 102 enthält den zweiten Kondensator 110. Wie in Fig. 1 gezeigt, sind der erste und der dritte Zweig 113, 1 15 einerseits sowie der zweite und der vierte Zweig 114, 116 zueinander parallel geschaltet.

Im Weiteren wird bezugnehmend auf Fig. 2 eine Feldgerät-Anordnung 200 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.

Die Feldgerät- Anordnung 200 enthält einen Steuer-PC 201, einen Schnittstellenkonverter 202 und ein Füllstandsmessgerät 203 zum Messen des Füllstands in einem angeschlossenen Tank 204 und mit einem angeschlossenen Speisegerät 207.

Der Schnittstellenkonverter 202 enthält einen ersten Anschluss 205, welcher ein USB-Anschluss ist, so dass der PC 201 und der Schnittstellenkonverter 202 über den USB-Bus 205 gekoppelt sind.

Ferner enthält der Schnittstellenkonverter 202 zweite Anschlüsse 206, mittels welchen der Schnittstellenkonverter 202 mit dem Füllstandsmessgerät 203

gekoppelt werden kann, und zwar selektiv gemäß dem I2C-Standard oder dem HART-Standard. In der in Fig. 2 gezeigten Konfiguration sind der Schnittstellenkonverter 202 und das Füllstandsmessgerät 203 gemäß dem HART- Standard gekoppelt. Bei dieser Kopplung gemäß dem HART-Standard ist der Anschluss 206 über eine Verbindungsleitung zwischen dem Füllstandsmessgerät 203 und dem das Füllstandsmessgerät 203 mit Energie versorgenden Speisegerät 207 mit dem Füllstandsmessgerät 203 verbunden.

Der Schnittstellenkonverter 202 ist zum Koppeln des Steuer-PCs 201 mit dem Füllstandsmessgerät 203 eingerichtet und weist eine

Energieversorgungseinrichtung (wie in Fig. 1 gezeigt) auf, mittels welcher der elektrische Energiebedarf des Schnittstellenkonverters 202 gedeckt werden kann.

Alternativ oder ergänzend ist es möglich, dass mit der so von einem Akku des

PCs 201 in den Schnittstellenkonverter 202 eingekoppelten Energie das Füllstandsmessgerät 203 betrieben werden kann, zum Beispiel in einem Szenario, in welchem eine separate Energieversorgung 207 des Füllstandsmessgeräts 203 schwierig oder unerwünscht ist.

Ferner realisiert der Schnittstellenkonverter 202 eine galvanische Trennung zwischen dem Steuer-PC 201 und dem Füllstandsmessgerät 203, welches in einer explosionsgefährdeten Umgebung angeordnet ist. Diese galvanische Trennung kann als Exschutz bezeichnet werden und geht mit der kapazitiven Energieübertragung in dem Schnittstellenkonverter 202 Hand in Hand. Die in einem hierfür vorsehbaren Kondensator gespeicherte Energie sollte ausreichend klein sein, um zum Bilden eines zündfähigen Funkens ungeeignet zu sein.

In Fig. 3 ist nochmals eine Feldgerät-Anordnung gezeigt, die mit einem Programmiergerät 300 zur Einstellung der Datenaufzeichnung gekoppelt werden

kann. Ferner ist auch in Fig. 2 der hier auf das Füllstandsmessgerät 203 aufgesetzte Schnittstellenkonverter 202 gezeigt.

In Fig. 4 ist eine weitere Feldgerät-Anordnung gezeigt, in welcher ein Steuer-PC 201 mit dem Schnittstellenkonverter 202 über einen USB-Bus 205 gekoppelt ist. Auf diese Art und Weise kann ein Auslesen von Daten erfolgen.

In Fig. 5 ist ein Teil einer weiteren Feldgerät- Anordnung gezeigt, in welcher nunmehr ein Programmiergerät 500 über einen HART-Anschluss 206 mit dem Schnittstellenkonverter 202 gekoppelt ist.

Fig. 6 zeigt eine Energieversorgungseinrichtung gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.

In der Schaltkreisanordnung 600 als Energieversorgung ist ein integrierter Schaltkreis 601 vorgesehen, welcher zum Bereitstellen eines zeitlich veränderlichen Signals (zum Beispiel eines Rechteckpulses) auf Basis eines bereitgestellten Gleichsignals dient. Ein solches Pulssignal, das an einem Ausgang des integrierten Schaltkreises 601 bereitgestellt werden kann, geht in zwei parallele Zweige, wobei in einem dieser beiden Zweige ein Inverter 602 verschaltet ist, der in dem anderen Zweig fehlt.

Nach Durchlaufen des Inverters 602 in dem einen Zweig bzw. ohne Durchlaufen eines solchen Inverters gelangen die in den beiden parallelen Pfaden propagierenden Signale durch Treiberstufen 603 bzw. 604. Die in diesen beiden Zweigen befindlichen Wechselsignale sind in der Lage, erste Kondensatoren 605 in dem oberen Zweig bzw. zweite Kondensatoren 606 in dem unteren Zweig zu durchlaufen, welche nicht nur eine galvanische Trennung des links davon angeordneten Schaltungsteils von dem rechts davon angeordneten Schaltungsteil

ermöglichen, sondern simultan eine kapazitive Energieübertragung in den gemäß Fig. 6 rechten Schaltungsteil ermöglichen.

Das auf diese Weise übertragene Wechselsignal in den beiden Zweigen wird durch eine Brückenschaltung aus Dioden 607 gleichgerichtet, so dass zwischen zwei Anschlüssen 608 und 609 eine Gleichspannung zum Energieversorgen einer Last bereitgestellt ist.

Die Schaltkreisanordnung 700, die im Weiteren bezugnehmend auf Fig. 7 beschrieben wird, stellt einen DC-DC- Wandler gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung dar.

Diese ermöglicht einen Energietransfer zwischen einem PC, der auf der rechten Seite von Fig. 7 lokalisiert ist, und einem Schnittstellenkonverter, der auf der linken Seite dargestellt ist.

Ein Netzteil 701 dient als Gleichspannungsquelle. Ein Taktgenerator 702 generiert einen Takt, mit welchem die von dem Netzteil 701 erzeugte Gleichspannung entsprechend der Taktfrequenz in eine Pulsfolge umgewandelt wird. Nachdem die Taktung Treiber bzw. Inverter 703 durchlaufen hat, wirkt das Taktsignal auf erste bis vierte Feldeffekttransistoren 704 bis 707. Mit anderen Worten wird dieses Taktsignal, gegebenenfalls nach durchlaufenem Invertieren, auf Gate- Anschlüsse der Feldeffekttransistoren 704 bis 707 gelegt. Je nachdem welchen Pegel diese Taktsignale gegenwärtig haben, sind die Feldeffekttransistoren 704 bis 707 leitend oder sperrend, so dass ein getaktetes Signal zwischen den Source-/Drain-

Anschlüssen der Feldeffekttransistoren 704 bis 707 generiert wird. Wie aus der Schaltung in Fig. 7 hervorgeht, wird die Energie dieser durch die Source-/Drain- Anschlüsse und somit über den Kanalbereich der Feldeffekttransistoren 704 bis 707 transmittierte Energie dem Netzteil 701 entnommen.

Diese getakteten Signale werden durch zwei parallel verschaltete Kondensatorketten 708 bzw. 709 geführt, was aufgrund der Frequenz der gepulsten Energiesignale möglich ist. Auf diese Art und Weise wird Energie von der PC-Seite (rechts in Fig. 7) auf die in Fig. 7 links angeordnete

Schnittstellenkonverterseite geführt und durch eine Gleichrichterschaltung 710, welche aus vier entsprechend verschalteten Dioden aufgebaut ist, geführt.

Diese gleichrichtete Energie kann zur elektrischen Energieversorgung einer Widerstandskaskade 711 verwendet werden, zum Beispiel zum Versorgen des Schnittstellenkonverters mit elektrischer Energie.

Im Weiteren wird bezugnehmend auf Fig. 8 eine Schaltkreisanordnung 800 beschrieben, welche ebenfalls zum übertragen von Energie von einem USB-Bus 205 (siehe Fig. 2) zu einem HART-Bus 206 (siehe Fig. 2) dient.

Fig. 8 zeigt eine Vielzahl von Komponenten, wobei im Folgenden vorwiegend auf die Energieversorgungseinheit 801 Bezug genommen werden soll. Eine Wechselspannungsquelle 802 dient als Taktgenerator. Nachdem davon generierte Signale durch entsprechende Logikelemente 803 (oder auch Treiber, die als Energiequelle dienen) durchgeführt worden sind, wird eine kapazitive Kopplungsschaltung 804 durchlaufen, so dass nach Durchlaufen dieser Kondensatoren 804 an den entsprechenden Anschlüssen eine Wechselspannung bereitgestellt ist, die über die galvanische Trennung hinweg gemäß Fig. 8 nach rechts hin bereitgestellt ist. Nach Gleichrichtung dieser Wechselspannung durch eine Gleichrichterbrücke 805 kann eine Gleichstromversorgung 806 zur Versorgung des HART-Bus 206 bzw. der daran angeschlossenen Elemente eingesetzt werden.

AIs Alternative zu dem HART-Standard können auch gemäß dem I2C-Standard die Daten auf der rechten Seite gemäß Fig. 8 verarbeitet werden.

Ergänzend sei daraufhingewiesen, dass "aufweisen" keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und "eine" oder "ein" keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei daraufhingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden. Bezugszeichen sind nicht als Einschränkungen anzusehen.