BRPI0621757B1

BRPI0621757B1 - Interface de alimentação de circuito de barramento, e, método de controlar a energia elétrica na mesma

Info

Publication number: BRPI0621757B1
Application number: BRPI0621757-5A
Authority: BR
Inventors: Stig Lindemann
Original assignee: Micro Motion, Inc.
Priority date: 2006-04-28
Filing date: 2006-04-28
Publication date: 2019-06-04
Also published as: AU2006343388A1; CA2650475C; CN101433037A; US8063694B2; MX2008013260A; AR060681A1; JP2009535892A; EP2027688B1; JP5155302B2; HK1132393A1; CA2650475A1; RU2404527C2; RU2008146963A; EP2027688A1; BRPI0621757A2; AU2006343388B2; KR20090009920A; KR101128960B1; WO2007130017A1; US20090278519A1

Abstract

interface de alimentação de circuito de barramento, e, método de controlar a energia elétrica na mesma. uma interface de alimentação de circuito de barramento (100) é provida de acordo com a invenção. a interface de alimentação de circuito de barramento (100) compreende um módulo de controle de tensão (100) recebendo uma tensão de circuito vcircuito e gerando uma tensão de alimentação predeterminada valimentação, um módulo de controle de impedância (120) acoplado ao módulo de controle de tensão (110), com o módulo de controle de impedância (120) recebendo uma corrente de circuito icircuito e gerando uma corrente de alimentação prederminada ialimentação, e uma realimentação (115) acoplada entre o módulo de controle de tensão (110) e o módulo de controle de impedância (120). a realimentação (115) provê um sinal de realimentação para o módulo de controle de tensão (110) que habita o módulo de controle de tensão (110) para manter substancialmente a tensão de alimentação predeterminada valimentação.

Description

INTERFACE DE ALIMENTAÇÃO DE CIRCUITO DE BARRAMENTO, E, MÉTODO DE CONTROLAR A ENERGIA ELÉTRICA NA MESMA Antecedentes da Invenção

1. Campo da invenção

A presente invenção refere-se a uma interface de alimentação de circuito de barramento e, mais particularmente, a uma interface de alimentação de circuito de barramento e método para um barramento de instrumentação.

2. Apresentação do problema

Os medidores de fluxo são usados para medir a taxa de fluxo de massa, densidade e outras características dos materiais fluentes. Os materiais fluentes podem compreender líquidos, gases, líquidos e gases combinados, sólidos em suspensão em líquidos, e líquidos incluindo gases e sólidos em suspensão. Por exemplo, os medidores de fluxo são amplamente usados em poços de produção e refino de petróleo e produtos de petróleo. Um medidor de fluxo pode ser usado para determinar a produção do poço por medida da taxa de fluxo (isto é, por medida do fluxo de massa através do medidor de fluxo), e pode mesmo ser usado para determinar as proporções relativas dos componentes de gás e líquido de um fluxo.

Em muitas configurações de automação industrial ou de controle de processo, um circuito de barramento (ou barramento de instrumentação) é usado para conectar aos vários dispositivos, como dispositivos sensores e outros dispositivos instrumentais. O circuito de barramento é comumente usado para distribuir energia elétrica aos vários dispositivos sensores ou instrumentos interligados. Além disso, o circuito de barramento é também comumente usado para comunicar dados tanto para como a partir do sensor ou dispositivo de instrumentação. Assim, o circuito de barramento é conectado a um dispositivo mestre que pode prover energia elétrica regulada sobre o barramento e que pode realizar as comunicações sobre o barramento. O dispositivo mestre pode enviar comandos e/ou programação, dados, calibragens e outras configurações, etc, ao sensor e dispositivos instrumentais. O dispositivo mestre também pode receber dados do sensor e dispositivos 5 instrumentais, incluindo dados de identificação, dados de calibragem, dados de medida, dados operacionais, etc.

A figura 1 mostra um circuito de barramento de dois fios 1 de acordo com a técnica anterior. O circuito de barramento 1 pode incluir um dispositivo mestre 2 que opera o circuito de barramento 1, dispositivos 10 sensores ou instrumentais múltiplos 3-5, e terminadores 6. O dispositivo mestre 2 pode passar os sinais de comunicação digital para dispositivos externos, de modo a monitorar e controlar as estações, por exemplo. O dispositivo mestre 2 é conectado a uma fonte de energia elétrica e provê energia elétrica sobre o circuito de barramento de dois fios 1. O dispositivo 15 mestre 2 tipicamente fornece energia elétrica que é limitada em corrente, limitada em tensão e limitada em energia.

O circuito de barramento 1 pode compreender um circuito de barramento FIELDBUS, por exemplo. O termo FIELDBUS refere-se a um padrão de barramento de instrumentação de dois fios que é tipicamente usado 20 para conectar juntos instrumentos múltiplos e é ainda capaz de ser usado para estabelecer comunicações digitais entre os instrumentos. Altemativamente, o circuito de barramento 1 pode compreender outros barramentos, como PROFIBUS, HART, um circuito de barramento 4-20 mA, etc.

A figura 2 mostra um esquema de regulação de energia da 25 técnica anterior para um dispositivo de barramento 3 da técnica anterior, conectado ao circuito de barramento 1. O dispositivo de barramento 3 da técnica anterior inclui um regulador de tensão 8 e uma carga 9 em série com o regulador de tensão 8. O regulador de tensão 8 mantém um nível de tensão constante para a carga 9.

No entanto, esta regulação de energia da técnica anterior tem desvantagens. A energia elétrica máxima (P) provida nesta disposição da técnica anterior compreende a tensão de saída do regulador em série (V) 5 multiplicada pela corrente do circuito (I). Uma interface de circuito que usa este tipo de regulação linear apresenta uma transferência de energia fraca porque o parâmetro de tensão V na equação de energia disponível (P = V X I) é essencialmente fixa. Além disso, a tensão do barramento cai quando a corrente do circuito aumenta, devido à impedância do circuito relativamente 10 elevada.

Uma solução possível seria o uso de uma fonte de alimentação em modo de comutação (SMPS). Uma SMPS é também referida como uma fonte de alimentação de modo comutado ou uma fonte de alimentação comutando. Uma SMPS gera um sinal variando no tempo a partir da tensão 15 C.C. do barramento, realiza uma conversão escalonada da tensão, e converte o sinal variando no tempo resultante de volta a uma tensão de C.C. que pode ter um nível de tensão maior do que a tensão do barramento de C.C. original. Como um resultado, o termo V na equação de energia pode ser aumentado.

No entanto, o inconveniente de um dispositivo SMPS é que um 20 dispositivo SMPS tipicamente tem uma característica de impedância de entrada baixa. Isto não é compatível com um dispositivo energizado a partir do circuito de barramento 1, onde a impedância do circuito é mantida elevada a fim de habilitar os sinais de comunicação para passarem sobre o circuito de barramento 1.

Sumário da Solução

Uma interface de alimentação de circuito de barramento é provida de acordo com uma forma de realização da invenção. A interface de alimentação de circuito de barramento compreende um módulo de controle de tensão recebendo uma tensão de circuito Vcircuito e gerando uma tensão de alimentação predeterminada Valimentação , um módulo de controle de impedância acoplado com o módulo de controle de tensão, com o módulo de controle de impedância recebendo uma corrente de circuito Icircuito e 5 gerando uma corrente de alimentação predeterminada Ialimentação» e uma realimentação acoplada entre o módulo de controle de tensão e o módulo de controle de impedância. A realimentação provê um sinal de realimentação para o módulo de controle de tensão que habilita o módulo de controle de tensão a manter substancialmente a tensão de alimentação predeterminada 10 Valimentação·

Uma interface de alimentação de circuito de barramento é provida de acordo com uma forma de realização da invenção. A interface de alimentação de circuito de barramento compreende uma fonte de alimentação em modo de comutação (SMPS) U2 recebendo uma tensão de circuito 15 Vcircuito e gerando uma tensão de alimentação predeterminada Valimentação·

A interface de alimentação de circuito de barramento ainda compreende um resistor de medida de corrente R] recebendo uma corrente de circuito Icircuito» ^um amplificador operacional Ui incluindo terminais de entrada através do resistor de medida de corrente Rj e um transistor Q] polarizado 20 pelo amplificador operacional Up O transistor Qi recebe a corrente do circuito Içircuito ^e gera uma corrente de alimentação predeterminada Ialimentação- A saída do amplificador operacional U] controla uma impedância característica do transistor Qi e controla a corrente de alimentação predeterminada Ialimentação· A interface de alimentação de circuito de 25 barramento ainda compreende um transistor Q₂ acoplado a SMPS U₂. O transistor Q₂ é polarizado pela tensão do circuito Vcircuito· A interface de alimentação de circuito de barramento ainda compreende um resistor de realimentação R₂ conectado entre o transistor Q₂ e aterramento. O resistor de realimentação R₂ recebe uma corrente de realimentação I_F do transistor Q₂. Uma tensão de realimentação V_Fb através do resistor de realimentação R₂ é recebida por uma entrada de realimentação FB da SMPS U₂. O transistor Q₂ e o resistor de realimentação R₂ permitem habilitar a SMPS U₂ para manter substancialmente a tensão de alimentação predeterminada V_al1MENTAçá₀.

Um método de controle de energia elétrica em uma interface de alimentação de circuito de barramento é provido de acordo com uma forma de realização da invenção. O método compreende receber energia elétrica de um barramento de instrumentação em uma tensão do circuito Vcircuito e em uma corrente do circuito Icircuito, gerando uma tensão de alimentação predeterminada Valimentação ^a partir da tensão do circuito Vcircuito? ^egerando uma corrente de alimentação predeterminada Ialimentação, com a corrente de alimentação predeterminada Ialimentação estando relacionada com uma impedância predeterminada característica da interface de alimentação de circuito de barramento.

ASPECTOS

Em um aspecto da interface de alimentação de circuito de barramento, a corrente de alimentação predeterminada Ialimentação é substancialmente fixada.

Em outro aspecto, a interface de alimentação de circuito de barramento, a corrente de alimentação predeterminada Ialimentação está variando.

Em ainda outro aspecto da interface de alimentação de circuito de barramento, o módulo de controle de impedância regula a impedância elétrica na interface de alimentação de circuito de barramento.

Em ainda outro aspecto da interface de alimentação de circuito de barramento, o módulo de controle de impedância ainda compreende uma linha de controle de impedância, com a linha de controle de impedância sendo

Ύ configurada para controlar a corrente de alimentação predeterminada Ialimentação e controlar a impedância elétrica do módulo de controle de impedância.

Em ainda outro aspecto da interface de alimentação de circuito de barramento, a interface de alimentação de circuito de barramento ainda compreende um par de terminais de entrada e um par de terminais de saída, em que o módulo de controle de impedância recebe a corrente de circuito Icircuito dos terminais de entrada e em que o módulo de controle de tensão é conectado ao par de terminais de saída.

Em ainda outro aspecto da interface de alimentação de circuito de barramento, o módulo de controle de tensão ainda compreende uma fonte de alimentação em modo de comutação (SMPS) U₂.

Em ainda outro aspecto da interface de alimentação de circuito de barramento, o módulo de controle de impedância ainda compreende um 15 resistor de medida de corrente Rj recebendo a corrente de circuito Icircuito, um amplificador operacional Ui incluindo terminais de entrada através do resistor de medida de corrente R_b e um transistor Qj polarizado pelo amplificador operacional Uj e recebendo a corrente de circuito Icircuito, ^coma saída do amplificador operacional Ui controlando a característica de 20 impedância do transistor Qi e controlando a corrente de alimentação predeterminada Ialimentação·

Em ainda outro aspecto da interface de alimentação de circuito de barramento, a realimentação compreende um transistor Q₂ que é polarizado pela tensão do circuito Vcircuito ^e um resistor de realimentação R₂ conectado 25 entre o transistor Q₂ e aterramento, com o resistor de realimentação R₂recebendo uma corrente de realimentação I_F do transistor Q₂, em que uma tensão de realimentação V_FB através do resistor de realimentação R₂ é recebida por uma entrada de realimentação FB da SMPS U₂.

Em ainda outro aspecto da interface de alimentação de circuito de barramento, a SMPS U₂ compreende um módulo de controle de tensão.

Em ainda outro aspecto da interface de alimentação de circuito de barramento, o resistor de medida de corrente R_b o amplificador 5 operacional U_b e o transistor Qi compreendem um módulo de controle de impedância.

Em ainda outro aspecto da interface de alimentação de circuito de barramento, o transistor Q? e o resistor de realimentação R₂ compreendem uma realimentação.

Em ainda outro aspecto da interface de alimentação de circuito de barramento, o resistor de medida de corrente R_b o amplificador operacional U_be o transistor Qi regulam a impedância elétrica na interface de alimentação de circuito de barramento.

Em ainda outro aspecto da interface de alimentação de circuito 15 de barramento, a interface de alimentação de circuito de barramento ainda compreende uma linha de controle de impedância configurada para controlar a corrente de alimentação predeterminada Ialimentação e controlar uma impedância elétrica do módulo de controle de impedância.

Em ainda outro aspecto da interface de alimentação de circuito 20 de barramento, a interface de alimentação de circuito de barramento ainda compreende uma linha de controle de impedância acoplada ao amplificador operacional U_b com a linha de controle de impedância sendo configurada para controlar uma tensão de polarização do transistor Q_b

Em um aspecto do método, o método maximiza a energia elétrica 25 disponível para a interface de alimentação de circuito de barramento.

Em outro aspecto do método, o método maximiza a energia elétrica disponível para a interface de alimentação de circuito de barramento enquanto mantendo uma impedância substancialmente elevada.

Em ainda outro aspecto do método, o método maximiza a energia elétrica disponível para a interface de alimentação de circuito de barramento por maximização da tensão de alimentação predeterminada Valimentação na corrente de alimentação predeterminada Ialimentação·

Em ainda outro aspecto do método, o método ainda compreende regular a corrente de alimentação predeterminada Ialimentação para gerar um sinal de comunicação.

Em ainda outro aspecto do método, o método ainda compreende receber uma entrada de controle de impedância e gerar a corrente de 10 alimentação predeterminada Ialimentação com base na entrada de controle de impedância.

Em ainda outro aspecto do método, a interface de alimentação de circuito de barramento compreende um módulo de controle de tensão recebendo uma tensão de circuito Vcircuito ^e gerando uma tensão de 15 alimentação predeterminada Valimentação, um módulo de controle de impedância acoplado ao módulo de controle de tensão, com o módulo de controle de impedância recebendo uma corrente de circuito Icircuito e gerando uma corrente de alimentação predeterminada Ialimentação, ^{e uma}realimentação acoplada entre o módulo de controle de tensão e o módulo de 20 controle de impedância, com a realimentação provendo um sinal de realimentação para o módulo de controle de tensão que habilita o módulo de controle de tensão a manter substancialmente a tensão de alimentação predeterminada Valimentação·

Em ainda outro aspecto do método, a corrente de alimentação 25 predeterminada Ialimentação é substancialmente fixada.

Em ainda outro aspecto do método, a corrente de alimentação predeterminada Ialimentação é variada.

Em ainda outro aspecto do método, o módulo de controle de

impedância ainda compreende uma linha de controle de impedância, com a linha de controle de impedância sendo configurada para controlar a corrente de alimentação predeterminada Ialimentação e controlar uma impedância elétrica do módulo de controle de impedância.

Em ainda outro aspecto do método, o módulo de controle de tensão ainda compreende uma fonte de alimentação de modo comutável (SMPS) U₂.

Em ainda outro aspecto do método, o módulo de controle de impedância ainda compreende um resistor de medida de corrente Rj recebendo a corrente de circuito Icircuito, um amplificador operacional Uj incluindo terminais de entrada através do resistor de medida de corrente R_b e um transistor Qi polarizado pelo amplificador operacional Uje recebendo a corrente de circuito Icircuito, com saída do amplificador operacional Uj controlando uma impedância característica do transistor Qi e controlando a corrente de alimentação predeterminada Ialimentação·

Em ainda outro aspecto do método, a realimentação ainda compreende um transistor Q₂ que é polarizado pela tensão do circuito Vcircuito ^e um resistor de realimentação R₂ conectado entre o transistor Q₂ e aterramento, com o resistor de realimentação R₂ recebendo uma corrente de 20 realimentação I_F a partir do transistor Q₂, em que uma tensão de realimentação V_FB através do resistor de realimentação R₂ é recebida por uma entrada de realimentação FB da SMPS U₂.

Descrição dos Desenhos

Figura 1 mostra um circuito de barramento de dois fios de acordo com a técnica anterior.

Figura 2 mostra um esquema de regulação de alimentação da técnica anterior para um dispositivo de barramento da técnica anterior conectado ao circuito de barramento.

κ

Figura 3 mostra uma interface de alimentação de circuito de barramento de acordo com uma forma de realização da invenção.

Figura 4 mostra a interface de alimentação de circuito de barramento de acordo com uma forma de realização da invenção.

Descrição Detalhada da Invenção

As figuras 3-4 e a seguinte descrição mostram exemplos específicos para ensinar aos versados na técnica como fazer e usar o melhor modo da invenção. Para o fim de ensinar os princípios inventivos, alguns aspectos convencionais foram simplificados ou omitidos. Os versados na arte 10 irão notar variações destes exemplos que estão dentro do escopo da invenção.

Os versados na técnica irão notar que os aspectos descritos abaixo podem ser combinados em vários modos para formar variações múltiplas da invenção. Como resultado, a invenção não é limitada aos exemplos específicos descritos abaixo, mas somente pelas reivindicações e seus equivalentes.

A figura 3 mostra uma interface de alimentação de circuito de barramento 100 de acordo com uma forma de realização da invenção. A interface de alimentação de circuito de barramento 100 provê energia elétrica a um dispositivo de barramento fixado a um circuito de barramento do instrumento 1 (não mostrado). A interface de alimentação de circuito de 20 barramento 100 pode ser o único dispositivo fixado ao circuito de barramento 1 ou pode ser um instrumento de barramento de muitos.

O dispositivo de barramento em uma forma de realização compreende um medidor de fluxo, como um medidor de fluxo Coriolis ou um densitômetro vibrante, por exemplo. No entanto, outros dispositivos de 25 barramento são contemplados e estão dentro do escopo da descrição e reivindicações.

A interface de alimentação de circuito de barramento 100 inclui um módulo de controle de tensão 110, um módulo de controle de impedância

120, e uma realimentação 115 acoplada entre o módulo de controle de tensão 110 e o módulo de controle de impedância 120. A interface de alimentação de circuito de barramento 100 inclui um par de terminais de entrada 101 configurados para serem acoplados a um circuito de barramento 1 e um par de terminais de saída 102, configurados para serem acoplados a um sensor ou dispositivo de instrumentação (também não mostrado). O módulo de controle de impedância 120 recebe a circuito de barramento Icircuito dos terminais de entrada 101 e o módulo de controle de tensão 110 é conectado ao par de terminais de saída 102. A interface de alimentação de circuito de barramento 100 recebe uma tensão de circuito V_Circuito a partir do barramento e provê uma tensão de alimentação predeterminada Valimentação nos terminais de saída 102. Além disso, a interface de alimentação de circuito de barramento 100 recebe uma corrente de circuito Icircuito do barramento e provê uma corrente de alimentação predeterminada Ialimentação nos terminais de saída 102.

O módulo de controle de tensão 110 provê a tensão de alimentado predeterminada Valimentação da tensão do circuito Vcircuito· O módulo de controle de tensão 110 inclui uma fonte de alimentação em modo de comutação (SMPS) em algumas formas de realização. A tensão de alimentação Valimentação do módulo de controle de tensão 110 (e da interface de alimentação de circuito de barramento 100) pode compreender uma tensão de corrente contínua (CC) em algumas formas de realização. Altemativamente, a tensão de alimentação Valimentação pode compreender uma tensão de C.C. incluindo um sinal de comunicação digital superposto.

A tensão de alimentação Valimentação pode ser menor do que a tensão do circuito Vcircuito· A tensão de alimentação Valimentação pode ser maior do que ou igual à tensão de circuito Vcircuito · A tensão de alimentação Valimentação pode estar em um nível fixado ou variando.

O módulo de controle de impedância 120 regula a impedância elétrica na interface de alimentação de circuito de barramento 100. O módulo de controle de impedância 120 provê a corrente de alimentação predeterminada Ialimentação da corrente de circuito Icircuito· A corrente de alimentação Ialimentação θ gerada por variação da impedância provida pelo módulo de controle de impedância 120. Como resultado, a impedância da interface de alimentação de circuito de barramento 100 pode ser mantida em um nível de impedância relativamente elevado.

Em algumas formas de realização, a corrente de alimentação predeterminada Ialimentação produzida pelo módulo de controle de impedância 120 é substancialmente fixada. Altemativamente, em outras formas de realização, a corrente de alimentação predeterminada Ialimentação está variando, como em formas de realização onde uma corrente variando é usada para gerar um sinal de comunicação.

Em algumas formas de realização, o módulo de controle de impedância 120 inclui uma linha de controle de impedância 106. A linha de controle de impedância 106 é configurada para controlar a corrente de alimentação predeterminada Ialimentação ^e controlar a impedância elétrica do módulo de controle de impedância 120.

A linha de controle de impedância 106 pode ser usada em algumas formas de realização para variar a corrente de alimentação Ialimentação? como em formas de realização que empregam corrente elétrica para gerar um sinal de comunicação. Altemativamente, em outras formas de realização, a linha de controle de impedância 106 pode compreender um valor fixado que gera um valor de impedância substancialmente fixado (e assim uma corrente de alimentação substancialmente fixada Ialimentação)·

A realimentação 115 gera realimentação do módulo de controle de impedância 120 para o módulo de controle de tensão 110. A realimentação

115 provê um sinal de realimentação para o módulo de controle de tensão 110 que habilita o módulo de controle de tensão 110 a manter substancialmente a tensão de alimentação predeterminada Valimentação· A realimentação 115 pode incluir uma realimentação em nível de tensão, por exemplo, em que o 5 módulo de controle de tensão 110 usa a realimentação em nível de tensão a fim de manter a tensão de alimentação Valimentação- Além disso ou altemativamente, a realimentação 115 pode transferir uma corrente de erro para o módulo de controle de tensão 110, em que a corrente de erro gera uma tensão de realimentação que é usada pelo módulo de controle de tensão 110 10 para manter a tensão de alimentação Valimentação (ver figura 4 e o texto anexo).

A realimentação 115 é usada para gerar e manter a tensão de alimentação regulada Valimentação- Além disso, a realimentação 115 é também usada para maximizar a saída de energia elétrica pela interface de 15 alimentação de circuito de barramento 100 e, assim, obter uma transferência de energia máxima. A realimentação 115 pode assegurar que a interface de alimentação de circuito de barramento 100 trilha um ponto de operação de energia elétrica específico. Mesmo quando a tensão de alimentação Valimentação muda, a interface de alimentação de circuito de barramento 100 20 maximiza a energia disponível. Um dispositivo de barramento acoplado ao par de terminais de entrada 101 pode precisar operar em uma corrente de alimentação específica Ialimentação, que é determinada por um valor de processo. Em tal caso, a interface de alimentação de circuito de barramento 100 pode ainda maximizar a energia disponível.

A interface de alimentação de circuito de barramento 100 pode ser usada com qualquer barramento de instrumentação, como um barramento FIELBUS, um PROFIBUS, ou um HART, por exemplo. Nestas aplicações, um sinal de comunicação digital pode ser superposto sobre a energia elétrica alimentada. Altemativamente, a interface de alimentação de circuito de barramento 100 pode ser usada para um circuito de barramento de 4-20 milliamps (mA), por exemplo, em que a saída de corrente elétrica é modulada a fim de gerar um sinal de comunicação superposto.

Em algumas formas de realização, a interface de alimentação de circuito de barramento 100 pode ser usada em meios intrinsecamente seguros (IS). Um meio IS pode incluir vapores, gases, líquidos, poeira, etc, que apresentam perigo de fogo ou explosão. Assim, um barramento de acordo com IS é limitado em corrente e/ou tensão disponível que ele pode alimentar.

Com vantagem, a interface de alimentação de circuito de barramento 100 pode maximizar a energia elétrica distribuída por maximização tanto da tensão disponível como da corrente disponível. Isto é obtido enquanto mantendo uma impedância de entrada elevada A interface de alimentação de circuito de barramento 100 irá substancialmente manter a tensão de alimentação V_Alimentaçâo sobre vários níveis de corrente. A interface de alimentação de circuito de barramento 100 assim facilita a comunicação enquanto distribuindo energia elétrica máxima.

A interface de alimentação de circuito de barramento 100 implementa um método de controle de energia elétrica de acordo com uma 20 forma de realização da invenção. A interface de alimentação de circuito de barramento 100 recebe energia elétrica de um barramento de instrumentação em uma tensão de circuito Vcircuito e em uma corrente de circuito Icircuito, gera uma tensão de alimentação predeterminada Valimentação da tensão do circuito Vcircuito e gera uma corrente de alimentação predeterminada 25 Ialimentação· A corrente de alimentação predeterminada Ialimentação está relacionada com uma característica de impedância predeterminada da interface de alimentação de circuito de barramento.

O método maximiza a energia elétrica disponível para a interface de alimentação de circuito de barramento 100. O método maximiza a energia elétrica disponível para a interface de alimentação de circuito de barramento 100, enquanto mantendo uma impedância substancialmente elevada. O método maximiza a energia elétrica disponível para a interface de alimentação 5 de circuito de barramento 100 por maximização da tensão de alimentação predeterminada Valimentação ^e a corrente de alimentação predeterminada Ialimentação- Isto é obtido mesmo onde a tensão de alimentação Valimentação ou a corrente de alimentação Ialimentação pode ser restringida por um valor de processo do dispositivo de barramento correspondente.

O método pode regular a corrente de alimentação predeterminada

Ialimentação a fim de gerar um sinal de comunicação. O método pode receber uma entrada de controle de impedância e pode gerar a corrente de alimentação predeterminada Ialimentação com base na entrada de controle de impedância.

A figura 4 mostra uma interface de alimentação de circuito de barramento 100 de acordo com uma forma de realização da invenção. A interface de alimentação de circuito de barramento 100 nesta forma de realização inclui o módulo de controle de tensão 110, o módulo de controle de impedância 120, e a realimentação 115, como previamente discutido.

O módulo de controle de tensão 110 nesta forma de realização inclui uma fonte de alimentação em modo de comutação (SMPS) U2, um indutor Lj, capacitores C] e C2, um diodo D_b e um diodo Zener Z_b Como previamente discutido, a tensão de alimentação predeterminada Valimentação pode compreende uma tensão de C.C. que é maior do que, ou igual a, ou menos do que a tensão de C.C. do circuito V_Ci_RCUIT0. O capacitor, indutor, e 25 componentes de diodo podem ser selecionados para obter a tensão de alimentação predeterminada ValimentaçãoO módulo de controle de impedância 120 nesta forma de realização inclui um amplificador operacional U_b um resistor R_b uma entrada de tensão V_I_conj_Unto, e um transistor Qp O amplificador operacional Uj inclui terminais de entrada através do resistor Rp O transistor Q; é polarizado pelo amplificador operacional Up O resistor R] recebe a corrente de circuito Icircuito ^e θ transistor Qi recebe a corrente de circuito Icircuito ^e gera uma corrente de alimentação predeterminada Ialimentaçâo· O amplificador operacional Ui é configurado para medir a tensão através do resistor R_b em que a tensão é gerada por uma corrente elétrica (isto é, Icircuito) fluindo através do resistor Rp A corrente medida é usada para controlar a tensão da porta (G) do transistor Qp A mudança da polarização da tensão da porta do transistor Q] muda a impedância de fonte para dreno do transistor Qp

A entrada de tensão V_I_conjunto em algumas formas de realização compreende a entrada de controle de impedância 106 da figura 3. A linha de controle de impedância 106 é acoplada ao amplificador operacional Uj e pode, assim, controlar uma tensão de polarização do transistor Qp

O transistor Qi pode compreender um transistor de fonte. Na forma de realização mostrada, o transistor Qi compreende um transistor de efeito campo (FET) ou um transistor de efeito de campo semicondutor de óxido de metal (MOSFET), como um transistor BSP 149, disponível de Infineon Technologies AG. No entanto, qualquer dispositivo transistor pode ser usado, e está dentro do escopo da descrição e reivindicações.

A realimentação 115 nesta forma de realização inclui um transistor Q₂ e um resistor de realimentação R₂. O transistor Q₂ é polarizado pela tensão de circuito Vcircuito· θ resistor de realimentação R₂ é conectado entre o transistor Q₂ e aterramento. O resistor de realimentação R₂ recebe uma corrente de realimentação Ip do transistor Q₂. A tensão de realimentação Vfb através do resistor de realimentação R₂ é recebida por uma entrada de realimentação FB da SMPS U₂. Quando a tensão de alimentação real Valimentação aumenta acima de uma tensão de alimentação alvo, a tensão de polarização na base do transistor Q2 irá aumentar. Se a tensão através da junção base-coletor do transistor Q₂ (isto é, V_BC de Q2) se tornar maior do que 0,7 volts, então, uma corrente de realimentação positiva Ifb irá fluir através do resistor de realimentação R₂ para aterramento. Isto leva, por sua vez, a tensão através do resistor de realimentação R₂ a aumentar e conseqüentemente coloca uma maior tensão de realimentação no pino de realimentação (FB) da SMPS U₂. Como um resultado, a tensão de alimentação Valimentação será reduzida pela SMPS U₂. Inversamente, se a tensão de alimentação real Valimentação cair abaixo da tensão de alimentação predeterminada, a tensão de realimentação no pino FB irá diminuir e a SMPS U₂ irá levar a tensão de alimentação real Valimentação a subir até substancialmente o mesmo nível que a tensão de alimentação alvo predeterminada Valimentação· O transistor Q₂ e o resistor de realimentação R₂ habilita a SMPS U₂ a manter substancialmente a tensão de alimentação predeterminada ValimentaçãoA invenção pode maximizar de modo vantajoso a alimentação disponível no par de terminais de saída 102. A alimentação pode ser representada como:

p = [Vcircuito Vbe de Q₂)] * Icircuito * (E de U₂) (1) onde (Vbe de Q₂) é a tensão através da junção base-emissor do transistor Q₂ e onde (E de U₂) é a eficiência de comutação da SMPS U₂. O termo [Vcircuito (V_Be de Q₂)] compreende a tensão Vciatravés do capacitor C_b e é equivalente à tensão de alimentação Valimentação·

Em uma forma de realização, o transistor Q2 compreende um transistor de junção bipolar (BJT), como um transistor BC 859, disponível de Fairchild Semiconductor Corporation. No entanto, deve-se entender que outros transistores são contemplados e estão dentro do escopo da descrição e reivindicações.

A interface de alimentação de circuito de barramento e o método

Β' de acordo com a invenção podem ser empregados de acordo com qualquer uma das formas de realização a fim de alcançar várias vantagens, se desejado. A invenção provê uma tensão elétrica regulada. A invenção provê uma corrente elétrica regulada. A invenção provê uma impedância de entrada 5 elevada. A invenção provê uma capacidade de controlar corrente. A invenção provê a capacidade de controlar impedância. A invenção provê uma energia elétrica maximizada.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Interface de alimentação de circuito de barramento (100), caracterizada pelo fato compreender:

um módulo de controle de tensão (110) recebendo uma tensão de circuito Vcircuito proveniente de um circuito de barramento de instrumentação e gerando uma tensão de alimentação predeterminada Valimentação^ um módulo de controle de impedância (120) acoplado ao módulo de controle de tensão (110), com o módulo de controle de impedância (120) recebendo uma corrente de circuito Icircuito e gerando uma corrente de alimentação predeterminada Ialimentação; e uma realimentação (115) acoplada entre o módulo de controle de tensão (110) e módulo de controle de impedância (120), com a realimentação (115) provendo um sinal de realimentação para o módulo de controle de tensão (110) que habilita o módulo de controle de tensão (110) a manter substancialmente a tensão de alimentação predeterminada Valimentação·
2. Interface de alimentação de circuito de barramento (100) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a corrente de alimentação predeterminada Ialimentação é substancialmente fixada.
3. Interface de alimentação de circuito de barramento (100) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a corrente de alimentação predeterminada Ialimentação é variada.
4. Interface de alimentação de circuito de barramento (100) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o módulo de controle de impedância (120) regula a impedância elétrica na interface de alimentação de circuito de barramento (100).
5. Interface de alimentação de circuito de barramento (100) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o módulo de

Petição 870190033092, de 05/04/2019, pág. 11/17 controle de impedância (120) ainda compreende uma linha de controle de impedância (106), com a linha de controle de impedância (106) sendo configurada para controlar a corrente de alimentação predeterminada

Ialimentação e controlar uma impedância elétrica do módulo de controle de impedância (120).
6. Interface de alimentação de circuito de barramento (100) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a interface de alimentação de circuito de barramento (100) ainda compreende:

um par de terminais de entrada (101); e um par de terminais de saída (102), em que o módulo de controle de impedância (120) recebe a corrente de circuito Icircuito dos terminais de entrada (101) e o módulo de controle de tensão (110) é conectado ao par de terminais de saída (102).
7. Interface de alimentação de circuito de barramento (100) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o módulo de controle de tensão (110) ainda compreende uma fonte de alimentação em modo de comutação (SMPS) U₂.
8. Interface de alimentação de circuito de barramento (100) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o módulo de controle de impedância (120) ainda compreende:

um resistor de medida de corrente Ri recebendo a corrente de circuito Icircuito;

um amplificador operacional Ui incluindo terminais de entrada através do resistor de medida de corrente Rç um transistor Qi polarizado pelo amplificador operacional Ui e recebendo a corrente de circuito Icircuito, com a saída do amplificador operacional Ui controlando uma impedância característica do transistor Qi e controlando a corrente de

Petição 870190033092, de 05/04/2019, pág. 12/17 alimentação predeterminada Ialimentação·
9. Interface de alimentação de circuito de barramento (100) de acordo com a reivindicação 7, caracterizada em que realimentação (115) compreende:

um transistor Q₂ que é polarizado pela tensão de circuito Vcircuito; e um resistor de realimentação R₂ conectado entre o transistor Q₂ e aterramento, com o resistor de realimentação R₂ recebendo uma corrente de realimentação I_F do transistor Q₂, em que uma tensão de realimentação V_FBatravés do resistor de realimentação R₂ é recebida por uma entrada de realimentação FB da SMPS U₂.
10. Interface de alimentação de circuito de barramento (100) caracterizada por compreender:

uma fonte de alimentação em modo de comutação (SMPS) U₂recebendo uma tensão de circuito V_Circuito e gerando uma tensão de alimentação predeterminada Valimentação;

um resistor de medida de corrente Ri recebendo uma corrente de circuito IciRcuiToj um amplificador operacional Ui incluindo terminais de entrada através do resistor de medida de corrente R_b um transistor Qi polarizado pelo amplificador operacional U_bcom transistor Qi recebendo a corrente de circuito Icircuito e gerando corrente de alimentação predeterminada Ialimentação, com a saída do amplificador operacional Ui controlando uma impedância característica do transistor Qi e controlando a corrente de alimentação predeterminada Ialimentação;

um transistor Q₂ acoplado à SMPS U₂, com o transistor Q₂ sendo polarizado pela tensão de circuito Vcircuito; e um resistor de realimentação R₂ conectado entre o transistor Q₂ e

Petição 870190033092, de 05/04/2019, pág. 13/17 aterramento, com o resistor de realimentação R₂ recebendo uma corrente de realimentação I_F a partir do transistor Q₂, em que uma tensão de realimentação V_FB através do resistor de realimentação R₂ é recebida por uma entrada de realimentação FB da SMPS U₂, e em que o transistor Q₂ e o resistor de realimentação R₂ habilitam a SMPS U₂ para manter substancialmente a tensão de alimentação predeterminada Valimentação·
11. Interface de alimentação de circuito de barramento (100) de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de que a corrente de alimentação predeterminada Ialimentação é substancialmente fixada.
12. Interface de alimentação de circuito de barramento (100) de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de que a corrente de alimentação predeterminada Ialimentação é variada.
13. Interface de alimentação de circuito de barramento (100) de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de que a SMPS U₂compreende um módulo de controle de tensão (110).
14. Interface de alimentação de circuito de barramento (100) de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de que o resistor de medida de corrente R|, o amplificador operacional Ui e o transistor Qi compreendem um módulo de controle de impedância (120).
15. Interface de alimentação de circuito de barramento (100) de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de que o transistor Q₂e o resistor de realimentação R₂ compreendem uma realimentação (115).
16. Interface de alimentação de circuito de barramento (100) de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de que o resistor de medida de corrente R_b o amplificador operacional U_b e o transistor Qi regulam a impedância elétrica na interface de alimentação de circuito de barramento (100).
17. Interface de alimentação de circuito de barramento (100) de

Petição 870190033092, de 05/04/2019, pág. 14/17 acordo com a reivindicação 10, caracterizada por ainda compreender uma linha de controle de impedância (106) sendo configurada para controlar a corrente de alimentação predeterminada Ialimentação e controlar uma impedância elétrica do módulo de controle de impedância (120).

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18. Interface de alimentação de circuito de barramento (100) de acordo com a reivindicação 10, caracterizada por ainda compreender uma linha de controle de impedância (106) acoplada ao amplificador operacional Ui, com a linha de controle de impedância (106) sendo configurada para controlar uma tensão de polarização do transistor Q_b

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19. Método de controlar a energia elétrica em uma interface de alimentação de circuito de barramento, o método caracterizado por compreender:

um módulo de controle de tensão recebendo uma tensão de circuito Vcircuito proveniente de um barramento de instrumentação e gerando 15 uma tensão de alimentação predeterminada Valimentação a partir da tensão de circuito Vcircuito^ e um módulo de controle de impedância acoplado ao módulo de controle de tensão, o módulo de controle de impedância recebendo uma corrente de circuito Icircuito e gerando uma corrente de alimentação 20 predeterminada Ialimentação, com a corrente de alimentação predeterminada Ialimentação estando relacionada com uma impedância predeterminada característica da interface de alimentação de circuito de barramento; e um módulo de controle de impedância provendo um sinal de realimentação para o módulo de controle de tensão que habilita o módulo de 25 controle de tensão para manter substancialmente a tensão de alimentação predeterminada Valimentação·
20. Método de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que o método maximiza a energia elétrica disponível para a interface

Petição 870190033092, de 05/04/2019, pág. 15/17 de alimentação de circuito de barramento.
21. Método de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que o método maximiza a energia elétrica disponível para a interface de alimentação de circuito de barramento enquanto mantendo uma impedância substancialmente elevada.
22. Método de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que o método maximiza a energia elétrica disponível para a interface de alimentação de circuito de barramento por maximização da tensão de alimentação predeterminada Valimentação e a corrente de alimentação predeterminada Ialimentação·
23. Método de acordo com a reivindicação 19, caracterizado por ainda compreender regular a corrente de alimentação predeterminada Ialimentação para gerar um sinal de comunicação.
24. Método de acordo com a reivindicação 19, caracterizado por ainda compreender:

o módulo de controle de impedância recebendo uma entrada de controle de impedância; e o módulo de controle de impedância gerando a corrente de alimentação predeterminada Ialimentação com base na entrada de controle de impedância.
25. Método de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que a corrente de alimentação predeterminada Ialimentação é substancialmente fixada.
26. Método de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que a corrente de alimentação predeterminada Ialimentação é variada.
27. Método de acordo com a reivindicação 19, caracterizado elo fato de que o módulo de controle de impedância ainda compreende uma linha de controle de impedância, com a linha de controle de impedância

Petição 870190033092, de 05/04/2019, pág. 16/17 configurada para controlar a corrente de alimentação predeterminada Ialimentação e controlar uma impedância elétrica do módulo de controle de impedância.
28. Método de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que o módulo de controle de tensão ainda compreende uma fonte de alimentação em modo de comutação (SMPS) U₂.
29. Método de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que o módulo de controle de impedância ainda compreende:

um resistor de medida de corrente Ri recebendo a corrente do circuito IcircuitoI um amplificador operacional Ui incluindo terminais de entrada através do resistor de medida de corrente Rç e um transistor Qi polarizado pelo amplificador operacional Ui e recebendo a corrente de circuito Icircuito, com a saída do amplificador operacional Ui controlando uma impedância característica do transistor Qi e controlando a corrente de alimentação predeterminada Ialimentação·
30. Método de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que a realimentação ainda compreende:

um transistor Q₂ que é polarizado pela tensão de circuito Vorcuito; e um resistor de realimentação R₂ conectado entre o transistor Q₂ e aterramento, com o resistor de realimentação R₂ recebendo uma corrente de realimentação I_F do transistor Q₂, em que uma tensão de realimentação V_FBatravés do resistor de realimentação R₂ é recebida por uma entrada de realimentação FB da SMPS U₂.