CN103840427A - 对于电流隔离单元具有过载保护的电路装置 - Google Patents

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Abstract

描述了一种对于电流隔离单元(OK1，OK2，...，OKn)具有过载保护的电路装置，电流隔离单元(OK1，OK2，...，OKn)用于彼此电流隔离。每个电流隔离单元具有两个彼此电流隔离的区域，其中一个区域具有控制信号端子(S)和基极端子(B)。电路装置至少具有两个这种电流隔离单元(OK1，OK2，...，OKn)。从至少两个电流隔离单元(OK1，OK2，...，OKn)，区域的基极端子(B)相互电传导连接并通过串联连接的共同熔丝(F)连接至基电位(GND)。

Description

对于电流隔离单元具有过载保护的电路装置
技术领域
本发明涉及一种对于电流隔离单元具有过载保护的电路装置，电流隔离单元用于将电路区域彼此电流隔离，其中每个电流隔离单元具有两个相互之间电流隔离的区域且其中至少一个区域具有控制信号端子和基极信号端子，其中电路装置具有至少两个这样的电流隔离单元。
背景技术
在本质安全的防爆区域的输入和/或输出模块中，此类电路装置尤其必要。所述电路装置与工业控制器和楼宇自动化系统相结合使用。当在本质安全区域和非本质安全区域之间的过渡区域传递电信号时，需要遵循特定的规则。这些电路区域必须彼此电流隔离，这样在这些彼此电流隔离的电路区域之间传递的能量才能被限制到最低。电流隔离单元特别是光电耦合器被用于此目的。
为了在暴露于爆炸危险的区域中核准，此类光电耦合器需要满足关于空气间隙和漏电路径的要求。这需要额外的特殊支出。
DE29908588U1描述了一种用于在电子设备的本质安全部分和非本质安全部分之间进行本质安全光学数据传输的设备，其中，所述发射二极管在一侧而辐射接收器在另一侧，正如彼此隔离的光电组件。所述发射二极管经由自由路径向辐射接收器发射辐射。通过这种结构，发射二极管和辐射接收器作为彼此隔离的分立元件进行构造，这实现了电气设备的本质安全部分和非本质安全部分之间的完全电流隔离。
在这种情况下，DE3907033A1披露了在发射二极管以及与之隔离的辐射接收器之间安排光波导，其中，所述发射二极管是由处于本质安全区域的专用电压源供电的。
这些解决方案需要额外的空间，是考虑到相互独立的发送和接收组件以及额外的支出。
为了与当前的安全标准相符，比如EN50020，当具有过电压保护装置时，电流隔离允许使用标准光电耦合器。DE4436858C2中描述了此类过电压保护装置。它至少具有两个限流单元。每个限流单元要么由单个独立的限流元件组成，或由一系列电路组成，此系列电路至少包括两个限流元件，其中齐纳二极管、二极管、压敏电阻器或类似物都适合作为限流元件。
此种情况下，一个限流元件分别连接到指定光电耦合器的供电路径上。这可以防止在过压情况对于受到指定限流元件(如熔丝)保护的光电耦合器的损害，比如在光电耦合器的本质安全部分和本质不安全部分之间的火花上产生导电连接。
发明内容
以此为出发点，本发明的一个目的是提供一种对于电流隔离单元具有过载保护的改善的电路装置，其中结构空间和电路费用支出均有所减少却能保证必要的过载保护。
这一目的是通过包括权利要求1的特征的电路装置来实现的。
优选实施例在独立的权利要求中阐述。
对一般类型的电路结构，建议从至少两个电流隔离单元，区域的基极端子电传导地彼此连接，并通过串联连接的共同熔丝连接至基电位。
不同于现有技术，各个控制信号端子的每个电流隔离单元有一个熔丝，本发明提出对于至少两个电流隔离单元联合使用共用熔丝作为过载保护元件。这是通过将基电位和相互电气连接的基极端子之间用熔丝连接起来实现的。在电流流过至少一个电流隔离单元且使得此电流隔离单元过载的情况下，所述电流就会通过共同熔丝(即过载保护单元的过载保护)流走并触发熔丝。在这方面，通过示例的方式，在这个升高的电流下，可熔链路的可熔长丝融化，并切断流经电流隔离单元中的电流。
这样，现在仅需要一个共同熔丝，而不是连接在各电流隔离单元的供电路径的多个熔丝。从而节省了组件所占用的结构空间以及花费。
由于在出现故障的情况下，整个组件必须更换，由于电流隔离单元的共同安全防护所以没有缺陷。
过电压保护元件在每种情况下在引入信号单元指定的电流隔离单元的信号路径与从指定的电流隔离单元的基本输出端流出的信号路径之间、与指定的电流隔离单元相并联是很有利的。随着过电压保护元件在每种情况下与电流隔离单元并联连接，电流隔离单元能够防止过高的电压。齐纳二极管特别适合作为过电压保护元件。在过压的情况下，相应的电流流向基电位，如果超过了允许最大电流，则熔丝就会被触发。
在每种情况下电阻器与电流隔离单元的控制信号端子串联连接，并且作为限流元件的过电压保护元件取决于与各个电流隔离单元的控制信号端子和基极端子并联的插入电阻器，这是很有利的。
过电压保护元件用于限制电压，齐纳二极管充当此过电压保护元件是尤其有利的。熔丝，比如可熔链接，被用于过载保护元件。
电流隔离单元的控制信号端子优选地直接或间接地(例如，通过插入电阻器)与控制单元的指定控制信号输出端相连。该控制单元用于通过控制信号来驱动电流隔离单元，或用于接收相邻电流隔离单元的控制信号，此控制信号在电流隔离单元的协助下，被传输到电流隔离的其他电路区域，或从所述电路区域接收。所用控制单元可以是微控制器、微处理器，FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路)，这些都是自动化装置(工业控制器、楼宇自动化系统、运输方式控制系统等)的优选部分。
优选地，电流隔离单元通过共同的过载保护元件(熔丝)与地电位连接。因此可以设想，电流隔离单元的基极输出通过共同的过载保护元件连接至供电电压源。
非常有利的是，光电耦合器可被用作电流隔离单元。
附图说明
本发明通过对以下列参照附图的示例性实施例为基础进行举例的方式进行详细说明，其中：
图1示出了用于光电耦合器的具有过载保护的电路装置的示意图，用于从EX区域传导信号到控制器；
图2示出了用于光电耦合器的具有过载保护的电路装置的示意图，用于从控制器传导信号到EX区域；以及
图3示出了由图1和图2中的电路装置组合而成的电路装置的示意图。
具体实施方式
图1披露了电路装置的示意图，利用该电路装置为至少两个作为电流隔离单元的光电耦合器OK1、OK2、...、OKn提供过载保护。光电耦合器OK1、OK2、...、OKn提供本质安全区域(EX区域)和非本质安全区域(左手区域)的电流隔离。特别地，本质安全区域是特殊要求可适用的防爆区域，比如标准DIN EN60079-11(VDE0170-7)中规定的。
在非防爆区域，电流隔离单元OK1、OK2、...、OKn中每个具有控制信号端子S和基极端子B。在防爆区域EX区域，以相应的方式提供控制信号端子S_EX和基极端子B_EX。本质安全区域EX区域的信号端子S_EX经由电阻器R2连接至将要被驱动的负载(未示出)。基极端子B_EX连接至本质安全区域(EX区域)的地电位GND_EX。
体现为光电耦合器的电流隔离单元OK1、OK2、...、OKn在每个情况下对于本质安全区域(EX区域)具有光接收单元，例如形式为光电二极管或是光电晶体管T。在非本质安全区域，光发射单元以可见光或不可见光波长范围以发光二极管的形式存在，并被连接至所述非本质安全区域的控制信号端子S和基极端子B。
因此，通过举例方式示意地描述的电路装置用于在本质安全区域中(EX区域)从控制单元CTR向接收器(未示出)传递信号。
显然，电流隔离元件OK1、OK2由控制单元CTR的控制信号输出CTRL1、CTRL2、...、CTRLn驱动。为达到此目的，电阻器R1、R3、...被串联在电流隔离单元OK1、OK2、...、OKn的各个指定的控制信号端子S1、S2、...、Sn和控制信号输出CTRL1、CTRL2、...、CTRLn之间。
为了防止出现非本质安全输入(电流隔离元件的控制信号端子S和基极端子B)上的过电压，过电压保护元件V1、V2、...、Vn(限流元件)并联连接，其中所述串联电阻器R1、R3直接连接于控制信号端子S的上游。因此，可以实现为齐纳二极管的过电压保护元件V1、V2，尤其与插入电阻R1、R3相连接，并与各个电流隔离元件OK1、OK2、...、OKn的非本质安全侧的控制信号端子S和基极端子相并联。
此外，显然电流隔离元件OK1、OK2、...、OKn的基极端子B是连在一起的，即相互之间直接电传导连接而没有插入其他电气组件。
在所示的示例性实施例中，基极端子B与电路装置的第一接地区域相连。通过一个共同的过载保护元件，即经由熔丝F，基极端子B连接至基电位GND。
利用任选出现的进一步电流隔离元件OKn，这些进一步电流隔离单元OKn的基极端子同样可以连接至地GND_F和其他电流隔离元件OK1、OK2、...、OKn的基极端子。然而，可以理解的是，电流隔离元件OK1、OK2、...、OKn彼此之间相连形成群，使得群的基极端子B在每种情况下都通过共同熔丝F连接至共同的地GND。这样彼此互联的电流隔离元件OK1、OK2、...、OKn的群可以例如包括2个、3个、4个、5个、6个或更多的这种电流隔离元件OK1、OK2、...、OKn。
图2给出了电路装置的示意图，利用该电路装置信号可以通过本质安全区域(EX区域)中的作为电流隔离单元的光电耦合器OK1、OK2、...、OKn从控制单元CTR(控制器，ASIC或其他类似元件)传送到布置在此的负载/接收器。这里，再次，光电耦合器OK1、OK2、...、OKn的基极端子B通过共同熔丝F连接至基电位GND。与图1不同的是，光电耦合器OK1、OK2、...、OKn的控制信号端子S被连接以通过各自电阻器R1、R3向电源电压电势VCC供电。过载保护元件V1、V2、...、Vn并联于指定的光电耦合器OK1、OK2、...、OKn的控制信号端子S1、S2和基极端子B之间。控制单元CTR的各个信号端子SIG1、SIG2、...、SIGn在各种情况下通过串联电阻器R5、R6....与指定的控制信号端子S1、S2、...Sn相连。
光电耦合器OK1、OK2、...、OKn现在被连接，使得光电晶体管被连接在控制信号端子S1、S2和基极端子B之间作为光电耦合器OK1、OK2、...、OKn。在本质安全区域(EX区域)中，有以发光二极管形式存在的光发射单元，该光发射单元通过各自串联的电阻器R2、R4驱动，并通过其阴极连接至本质安全区域(EX区域)的基电位GND_EX。
因此，在所示的示例性实施例中，与图1中的第一变体恰好相反，光电耦合器OK1、OK2、...、OKn恰好被互连在控制单元CTR的区域和本质安全区域(EX区域)之间。
图3给出了一个电路装置的示意图，其中根据图1和图2的电路装置被整合到了一起。
可以看出，不取决于从控制单元CDR进入本质安全区域(EX区域)的信号方向，或反方向，并由此不取决于光电耦合器OK1、OK2、OK3、OK4...、OKn的互连方向，光电耦合器OK1、OK2、OK3、OK4...、OKn的基极端子都被互连并通过共同熔丝F连接至基电位GND。
仅仅控制信号输入SIG3、SIG4、...、SIGn以及控制信号输出CTRL1、CTRL2、...、CTRLn与光电耦合器OK1、OK2、OK3、OK4...、OKn的指定的控制信号端子S1、S2、S3、S4、...、Sn的连接适合于根据对于通过串联电阻器R1、R3和R7、R9的特定互连的图1和图2中的信号方向、以及对于在电源电压电势VCC通过上拉电阻器R5、R10的控制信号输入所示的变体的信号方向。

Claims (8)

1.一种对于电流隔离单元(OK1，OK2，...，OKn)具有过载保护的电路装置，电流隔离单元(OK1，OK2，...，OKn)用于彼此电流隔离，其中每个电流隔离单元具有彼此电流隔离的两个区域，并且其中一个区域具有控制信号端子(S)和基极端子(B)，其中电路装置具有至少两个这种电流隔离单元(OK1，OK2，...，OKn)，其特征在于来自至少两个电流隔离单元(OK1，OK2，...，OKn)，区域中的基极端子(B)相互电传导连接并通过串联连接的共同熔丝(F)连接至基电位(GND)。
2.如权利要求1所述的电路装置，其特征在于过压保护元件(V1，V2)在每个情况下在引向指定电流隔离单元(OK1，OK2，...，OKn)的控制信号端子(S)的信号路径和从指定电流隔离单元(OK1，OK2，...，OKn)的基极端子(B)引出的信号路径之间、与指定电流隔离单元(OK1，OK2，...，OKn)并联连接，且连接至共同熔丝(F)。
3.如权利要求2所述的电路装置，其特征在于在每个情况下，电阻器(R1，R3)与所述电流隔离单元(OK1，OK2，...，OKn)的控制信号端(S)串联连接，并且过压保护元件(V1，V2)取决于在所述电流隔离单元(OK1，OK2，...，OKn)的一个区域的控制信号端子(S)和基极端子(B)之间并联的插入电阻(R1，R3)。
4.如权利要求2或3所述的电路装置，其特征在于，过压保护元件(V1，V2)是齐纳二极管。
5.如上述任一权利要求所述的电路装置，其特征在于在每个情况下，所述电流隔离单元(OK1，OK2，...，OKn)的控制信号端子(S)直接或间接地与控制单元(CTR)的指定控制信号端子(CTRL1，CTRL2，...，CTRLn)相连。
6.如上述任一权利要求所述的电路装置，其特征在于所述电流隔离单元是光电耦合器(OK1，OK2，...，OKn)。
7.如上述任一权利要求所述的电路装置，其特征在于在每个情况下，光电耦合器(OK1，OK2，...，OKn)在控制信号端子(S)和连接至共同熔丝(F)的基极端子(B)之间具有发射二极管。
8.如上述任一权利要求所述的电路装置，其特征在于在每个情况下，光电耦合器(OK1，OK2，...，OKn)在控制信号端子(S)和连接至共同熔丝(F)的基极端子(B)之间具有光电晶体管，用于在控制信号端子(S)输出控制信号。
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