Beschreibung

Verfahren und Vorrichtung zur übertragung von Energie und Daten

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur übertragung von Energie und Daten, wobei eine Primärseite mit einem Verstärker und eine Sekundärseite mit einer Datenquelle vorgesehen werden, wobei der Verstärker und die Datenquelle mittels eines galvanisch vollständig getrennten Steckkontaktes induktiv gekoppelt werden, wobei vom Verstärker Energie induktiv zur Datenquelle auf der Sekundärseite übertragen wird, und in der Gegenrichtung von der Datenquelle Daten induktiv unidirektional zum Verstärker und ggf. auch bidirektional Daten vom Verstärker zur Datenquelle übertragen werden.

[0002] Die Erfindung betrifft weiter eine Vorrichtung zur übertragung von Energie und Daten, wobei eine Primärseite mit einem Verstärker und eine Sekundärseite mit einer Datenquelle vorgesehen sind, wobei der Verstärker und die Datenquelle mittels eines galvanisch vollständig getrennten Steckkontaktes induktiv gekoppelt sind, wobei vom Verstärker Energie induktiv zur Datenquelle auf der Sekundärseite übertragbar ist und in der Gegenrichtung von der Datenquelle Daten induktiv unidirektional zum Verstärker und ggf. auch bidirektional Daten vom Verstärker zur Datenquelle übertragbar sind.

[0003] Derartige Verfahren und Vorrichtungen zur übertragung von sowohl Energie als auch Daten werden z. B. in Meßanlagen zur Messung physikalischer Größen, wie z. B. der pH-Wert ausgestattet. Als Datenquelle dient ein Meßsensor. In derartigen Meßanlagen sind eine Primärseite mit einem Verstärker und eine Sekundärseite mit einem Messsensor vorgesehen, die mittels eines galvanisch vollständig getrennten Steckkontaktes induktiv miteinander gekoppelt sind. In explosionsgefährdeten Bereichen ist eine galvanische Trennung erforderlich.

[0004] Aus EP 0 980 603 B1 ist eine Steckverbindung zur übertragung von Energie und Daten bekannt, die für eine Meßanlage in explosionsgefährdeten Bereichen geeignet ist. Zur Verbesserung der übertragungseigenschaften ist die Primärseite und optional auch die

Sekundärseite mit einem Transceiver ausgestattet, der neben der Sende- und Empfangsfunktion auch als Verstärker dienen kann.

[0005] Ein Schwachpunkt derartiger Vorrichtungen ist die Steckverbindung, weil unterschiedliche Kabel und Messsensoren, sowie ggf. mechanische Toleranzen und Umwelteinflüsse eine veränderliche Leistungsübertragung verursachen können.

[0006] Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur übertragung von Energie und Daten so zu gestalten, welche die Effekte der veränderlichen Leistungsübertragung minimiert.

[0007] Verfahrensmäßig wird diese Aufgabe mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen dadurch gelöst, daß die von der Steckverbindung und der Datenquelle aufgenommene Leistung geregelt wird.

[0008] Vorrichtungsmäßig wird diese Aufgabe mit den im Anspruch 12 angegebenen Merkmalen dadurch gelöst, daß die von der Steckverbindung und der Datenquelle aufgenommene Leistung regelbar ist.

[0009] Durch die erfindungsgemäße Maßnahme, die von der Steckverbindung und der Datenquelle, z. B. ein Meßsensor, aufgenommene Leistung auf einen Sollwert zu regeln, werden nicht nur die Leistungsverluste minimiert und die Erzeugung von Blindleistung verhindert , sondern es werden auch die Einflüsse aller Störparameter kompensiert. Der Verstärker, insbesondere ein Klasse E-Verstärker, liegt deshalb stets im oder nahe des Resonanzpunktes, so dass Blindleistungsanteile minimiert werden. Unbeschadet dessen kann die Frequenz des Verstärkers zum Zwecke einer Amplituden- oder Frequenzmodulation bzw. -umtastung variiert werden.

[0010] Ausführungsbeispiele und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den

Unteransprüchen angegeben. Die Leistungsregelung kann beispielsweise durch Regelung der Ansteuerfrequenz, der Betriebsspannung, - vorzugsweise beider Größen - auf der Primärseite auf einfache, aber dennoch sehr effektive Weise erfolgen.

[0011] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung sieht vor, die Ansteuerfrequenz und die Betriebsspannung des Verstärkers, vorzugsweise eines

Klasse-E-Verstärkers, in Abhängigkeit von der Primärspannung an der Primärspule mittels eines Mikrokontrollers zu regeln. Der Arbeitspunkt des Verstärkers bleibt bei der Erfindung nicht fest, sondern wird stets in die optimale Lage, genauer in den oder nahe des Resonanzpunkts gebracht, um Blindleistungsanteile weitgehend zu vermeiden bzw. zu minimieren.

[0012] Wenn die Datenquelle, z. B. ein Meßsensor, zu wenig Energie erhält, zeigt er dies durch Senden eines sogenannten Unterspannungsbits dem Mikrokontroller an, der sofort die Spannung nachregelt.

[0013] Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung steuert der

Mikrokontroller zur Erzeugung der Betriebsspannung für den Verstärker einen DC-DC-Wandler an.

[0014] Für den Meßsensor ist gemäß eines weiteren Ausführungsbeispieles der Erfindung ein digitaler Sensor vorgesehen.

[0015] Die Erfindung läßt sich z. B. in vorteilhafter weise in einer Meßanlage zur Messung des pH-Wertes in explosionsgefährdeten Bereichen einsetzen, ist aber keineswegs auf diesen einen Anwendungsfall beschränkt. Die Erfindung läßt sich überall dort vorteilhaft einsetzen, wo neben der Energieübertragung auch noch ein Datenaustausch erfolgt, sei dieser uni- oder bidirektional.

[0016] Die Erfindung wird nun an Hand der Figur näher beschrieben und erläutert.

[0017] In der Figur ist ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispieles gezeigt.

[0018] An den Ausgang eines Klasse-E-Verstärkers V ist eine Primärspule SP angeschlossen. Die zugehörende Sekundärspule SS liegt an einem kombinierten Ein- und Ausgang eines Meßsensors MS. Die Primärspule PS und die Sekundärspule SS sind in einem Steckkontakt SK angeordnet. Ein Mikrokontroller MK greift die Primärspannung UP an der Primärspule PS ab und erzeugt und regelt in Abhängigkeit von dieser Primärspannung UP die Ansteuerfrequenz f _vaπ und die Betriebsspannung U _vaπ für den Verstärker V. Des weiteren steuert der Mikrokontroller MK einen DC-DC-Wandler DC, der die geregelte Betriebsspannung U _van für den Verstärker V liefert. Am Eingang des DC-DC-Wandlers DC liegt eine von

einem Meßwertumformer gelieferte Spannung. Der Mikrokontroller MK wertet vom Meßsensor MS empfangenen Fehlermeldungen aus, indem er die Ansteuerfrequenz f _van und die Betriebsspannung U _vaπ für den Klasse-E-Verstärker V nachregelt, bis die Fehlermeldungen des Meßsensors MS verschwinden. Die Erfindung ist besonders für mittels Amplitudenumsetzung codierte Signale geeignet.

Bezugszeichenliste DC DC-DC-Wandler f _vaπ geregelte Ansteuerungsfrequenz MK Mikrokontroller MS Meßsensor PS Primärspule SK Steckkontakt SS Sekundärspule UP Primärspannung U _van geregelte Betriebsspannung V Klasse-E-Verstärker