CN105978044A - 电子电路、包含至少一个该电子电路的现场设备及其方法 - Google Patents
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Abstract
电子电路、包含至少一个该电子电路的现场设备及其方法。本发明的电路解调载波信号、调制期望信号并为耗电器供电，其中所述载波信号是具有正半波和负半波的交变信号，该电路包括：具有第一触点和第二触点的接口，载波信号被施加到接口；具有连接到接口的第一至第四二极管的桥整流器，其中在正半波的情况下第一二极管和第二二极管导通，第一触点与第一二极管的阳极连接，在负半波的情况下第三二极管和第四二极管导通，第二触点与第三二极管的阳极连接；电源电路，连接到第一二极管的阴极；解调电路，连接到第三二极管的阴极；调制电路，与第一触点连接；和耗电器，解调电路的输出和电源电路的输出与耗电器连接。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于解调载波信号、调制期望信号并为负载供电的电子电路。本发明还涉及一种包含至少一个这种电子电路的现场设备以及一种用于解调载波信号、调制期望信号并为耗电器供电的方法。
背景技术
现场设备的基本结构包括通过电缆与负载如传感器连接的上级单元，例如作为发射器。传感器和发射器之间的通信受控于微控制器，通常是数据处理单元。
电缆和传感器的连接通常是插接式连接，例如电解耦，尤其是感应式接口。这种方式中，电力信号可以进行无接触传输。这种伽伐尼隔离的好处是防腐蚀，电绝缘，防止插头机械磨损等等。感应式接口通常是具有如相互插入的两个线圈的系统。此外，能量通过这个接口传输。只有某些最大功率能从该接口收回。
这种感应耦合，与至少一个初级和一个次级绕组耦合的插板连接被申请人以商标“Memosens”出售。
图1示出了现有技术。具有感应能量和通信接口的传感器用于电流供应以及在其线圈L1中感应的交变电压通信。为了能够使交变电压用于电流供应，需要进行整流。交流电压的正半波通过第一单路整流器D1整流之后用作正工作电压UR2(负载R2上示意性示出)。这种情况下，IC1为稳压器。负半波通过第二单路整流器D4整流之后既用作负工作电压UR3(负载R3上示意性示出)，并用于接收电报UC2。电报的发送通过负载调制(R4和C4上)实现。由于与电路接地点连接，所以连接所必需的负载开关W1也参考接地点操作。
如果传感器根据图1构造，那么，例如，平均3mW可用于正工作电压UR2，1mW可用于负工作电压UR3。
某些类型的传感器不需要负工作电压。其他类型从负工作电压获得的功率很少，所以负电压还可以通过辅助电路产生，例如，充电泵。如果这些传感器具有上述现有技术中的典型配置，那么负工作电压的全部可用功率几乎都没被利用而是转变成热。例如，大约0.8mW的功率“仅”被转变成热。希望能够利用这些功率来补充正电压。
发明内容
本发明的目的是提供一种电路，其能够解调和调制信号，并为下级连接的耗电器提供充足的正半波能量。
该目的通过一种电子电路实现，该电子电路用于解调载波信号、调制期望信号并为耗电器供电，其中载波信号是具有正半波和负半波的交变信号，该电子电路包括：具有第一触点和第二触点的伽伐尼隔离的接口，尤其是感应式接口，其中载波信号用于该接口；具有连接到接口的第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管的桥整流器，其中在正半波的情况下第一二极管和第二二极管导通，其中接口的第一触点与第一二极管的阳极连接，其中在负半波的情况下第三二极管和第四二极管导通，并且接口的第二触点与第三二极管的阳极连接；电源电路，其连接到第一二极管的阴极；解调电路，其连接到第三二极管的阴极；调制电路，其与第一触点连接；以及耗电器，其中解调电路的输出和电源电路的输出与该耗电器连接。
因此，能够通过整流器提供大部分正工作电压的负半波的功率。
在有利实施例中，解调电路包括至少一个RC单元，并且在给定情况下，至少电阻器通过其他元件与耗电器连接。这是一种简单的解调。
在优选实施例中，调制电路是用于产生负载调制的电路。尤其是，调制电路包括电阻器和在给定情况下的并联连接的电容器。这是调制的常用方式。
优选地，调制电路包括开关，尤其是晶体管，优选是场效应晶体管，尤其优选是MOSFET，尤其优选是常闭n沟道MOSFET。
有利地，电源电路包括平滑电容器和电压控制器，尤其是稳压器，或用于产生提供给下级耗电器的稳定、平滑的电源的直流电压变换器。
该目的通过包括至少一个如上面所述的电子电路的现场设备进一步实现。
在有利实施例中，现场设备包括导电性传感器、氧气传感器或光传感器，尤其是浊度传感器或用于光确定pH值的传感器。
尤其优选的是，现场设备包括与第一接口相应的第二接口，其中第二接口是伽伐尼隔离的接口，尤其是感应式接口，其中载波信号、期望信号和功率通过第一接口和第二接口传输。伽伐尼隔离的优点是防腐蚀、电绝缘、防止插头的机械磨损等等。
这种情况下，现场设备包括第二电源电路、第二解调电路和第二调制电路，其中第二电源电路、第二解调电路和第二调制电路与第二接口连接。
该目的通过用于解调载波信号、调制期望信号并为耗电器供电的方法进一步实现，其中载波信号是具有正半波和负半波的交变信号，该方法包括如下步骤：将载波信号从伽伐尼隔离的接口尤其是感应式接口耦接出来；整流载波信号；通过电源电路为耗电器供电；通过解调电路解调载波信号；其中解调电路与耗电器连接，以及调制期望信号。
附图说明
现在根据附图对本发明作详细描述，附图如下：
图1是现有技术的电子电路，
图2是本发明的现场设备，
图3a是本发明的电子电路，以及
图3b是本发明具体实施例的电子电路。
图中，相同的特征用相同的附图标记来表示。
具体实施方式
首先，讨论本发明的现场设备20，在该现场设备的情况下应用本发明的电子电路1。这种现场设备20如图2所示。耗电器，例如传感器22，通过接口L1与上级单元通信，例如直接与控制系统通信，或者与也称为测量发射器的发射器21进行通信。不作为限制，下面假设传感器22连接到发射器21。发射器21上设置电缆23，与第一接口L1互补的接口L2设置在其另一个端部上。接口L1、L2具体为伽伐尼隔离的接口，尤其是感应式接口，它们通过例如机械插接连接相互耦合。通过接口L1、L2发送数据(双向)即载波信号和期望信号(参见下面)，以及能量即功率(单向，即，从发射器21到传感器22)。
现场设备20主要应用于过程自动化(process automation)。因此传感器22例如是：pH、氧化还原以及ISFET、温度、导电性、压力、氧气尤其是溶解氧或二氧化碳传感器；离子选择传感器；光传感器尤其是浊度传感器、用于光确定氧气浓度的传感器或用于确定细胞数量和细胞结构的传感器；用于监测某种有机或金属化合物的传感器；用于确定化学物质，例如某种成分或某种化合物的浓度的传感器；或者生物传感器例如葡萄糖传感器。尤其有利的是，本发明应用于导电性传感器、氧气传感器或光传感器尤其是浊度传感器或用于光确定pH值的传感器。
本发明的电子电路1设置在传感器22的第一实施例中。主要是，电路1还可以用在发射器21中。可替换地，电路还可以用在电缆23的传感器侧的端部上。后面的两种选择在图2中用虚线示出并用附图标记1’标识。然而，接下来，假设没有另外说明，电路1’应用在传感器侧。
电路1整个都用附图标记1表示，在图3a中示意性示出，并以图3b示出具体实施例的形式。
图3a和图3b示出了通过由二极管D1，D2，D3，D4构成的桥整流器2为电阻器R2所表示的传感器22供电。来自接口L1的施加在图3a/b左侧的交流电压被变换成脉冲直流电压。由于采用了两路整流，所以交流电压的负半波全部以正电压形式出现在DC电路的耗电器R2上。电流总是流过两个二极管，而另外两个阻断(参见下面)。为了在整流之后有所改善，存在平滑，为此设置桥整流器IC1和电容器C1和C3(同样参见下面)。
图中还示出了调制电路5，更确切地说是负载调制电路，其包括电阻器R4和电容器C4。在给定情况下，可以省去电容器C4。负载调制利用与负载R4和C4连接的开关W1来实现。
此外，还示出了解调电路4，其包括电阻器R5、线圈L3和电容器C5，用于通过感应式接口L1接收电报。开关W1可以是，例如晶体管，优选场效应晶体管，尤其优选MOSFET，尤其优选常闭n沟道MOSFET。在特定情况下，可以省去线圈L3。
还示出了电源电路3，其包括用于稳压或平滑的电容器C1和C3，并包括桥整流器IC1。桥整流器具体实施为例如稳压器或者直流电压变换器。
各电路部分在图3b中用虚线标出。
将载波信号施加到感应式接口L1。载波信号是具有正半波和负半波的交变信号。
在正半波的情况下，第一二极管D1和第二二极管D2导通，其中接口L1的第一触点L1.1与第一二极管D1的阳极连接。换句话说，在正半波的情况下，电流从第一触点L1.1流出经过第一二极管D1、电源电路3、负载R2和C3，并经过第二二极管D2在第二触点L1.2处返回到接口L1。
在负半波的情况下，第三二极管D3和第四二极管D4导通，其中接口L1的第二触点L1.2与第三二极管D4的阳极连接。换句话说，在负半波的情况下，电流从第二触点L1.2流出经过第三二极管D3、解调电路4、负载R2和C3，并经过第四二极管D4在第一触点L1.1处返回到接口L1。
现在，对于大部分正工作电压UC3负半波的功率通过具有二极管D4和D5的整流部分馈送到电源电路4。
该电路与根据图1的现有技术电路的功率消耗相同。然而，不同的是，例如，3mW，3.7mW现在可用于正工作电压。正工作电压的可用功率增加了25％。这样的话，之前由于功率原因使得利用感应式接口L1的传感器22不可用，而现在就可以采用了。
附图标记清单
1 电子电路
1’ 电子电路
2 桥整流器
3 电源电路
4 解调电路
5 调制电路
20 现场设备
21 发射器
22 传感器
23 电缆
C1 电容器
C2 电容器
C3 电容器
C4 电容器
C5 电容器
D1 二极管
D2 二极管
D3 二极管
D4 二极管
D5 二极管
IC1 稳压器
L1 感应式接口
L1.1 第一触点
L1.2 第二触点
L2 感应式接口
L3 线圈
R1 电阻器
R2 电阻器
R3 电阻器
R4 电阻器
R5 电阻器
U 电压
W1 开关
Claims (10)
1.一种用于解调载波信号、调制期望信号并为耗电器(R2，22)供电的电子电路(1，1’)，其中所述载波信号是具有正半波和负半波的交变信号，该电子电路包括，
接口(L1)，所述接口是伽伐尼隔离的接口——尤其是感应式接口，所述接口具有第一触点(L1.1)和第二触点(L1.2)，其中所述载波信号被施加到所述接口(L1)，
桥整流器(2)，具有连接到所述接口(L1)的第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第三二极管(D3)和第四二极管(D4)，其中在正半波的情况下，所述第一二极管(D1)和所述第二二极管(D2)导通，其中所述接口(L1)的所述第一触点(L1.1)与所述第一二极管(D1)的阳极连接，其中在负半波的情况下，所述第三二极管(D3)和所述第四二极管(D4)导通，其中所述接口(L1)的所述第二触点(L1.2)与所述第三二极管(D3)的阳极连接，
电源电路(3)，其连接到所述第一二极管(D1)的阴极，
解调电路(4)，其连接到所述第三二极管(D3)的阴极，
调制电路(5)，其与所述第一触点(L1.1)连接，以及
耗电器(R2，22)，其中所述解调电路(4)的输出和所述电源电路(3)的输出与所述耗电器(R2，22)连接。
2.根据权利要求1的电子电路(1，1’)，其中所述解调电路(4)包括至少一个RC单元(R5，C5)，其中在给定情况下，至少电阻器(R5)通过其他元件(L2)与所述耗电器连接。
3.根据权利要求1或2的电子电路(1，1’)，其中所述调制电路(5)是用于产生负载调制的电路，尤其是所述调制电路包括电阻器(R4)和在给定情况下的并联连接的电容器(C4)。
4.根据权利要求3的电子电路(1，1’)，其中所述调制电路(5)包括开关(W1)，尤其是晶体管，优选是场效应晶体管，尤其优选是MOSFET，尤其优选是常闭n沟道MOSFET。
5.根据权利要求1-4中至少一项的电子电路(1，1’)，其中所述电源电路(3)包括平滑电容器(C3)和电压控制器(IC1)，尤其是稳压器或直流电压变换器。
6.一种包括如权利要求1-5至少之一所述的至少一个电子电路(1，1’)的现场设备(20)。
7.根据权利要求6的现场设备(20)，其中所述现场设备包括导电性传感器、氧气传感器或光传感器，尤其是浊度传感器或用于光确定pH值的传感器。
8.根据权利要求6或7的现场设备(20)，其中所述现场设备(20)包括与所述第一接口(L1)相对应的第二接口(L2)，
其中所述第二接口(L2)是伽伐尼隔离的接口，尤其是感应式接口，
其中所述载波信号、期望信号和功率通过所述第一接口(L1)和所述第二接口(L2)传输。
9.根据权利要求6-8至少之一的现场设备(20)，其中所述现场设备(20)包括具有第二电源电路、第二解调电路和第二调制电路的第二电子电路(1’)，
其中所述第二电源电路、所述第二解调电路和所述第二调制电路与所述第二接口(L2)连接。
10.一种用于解调载波信号、调制期望信号并为耗电器(R2，22)供电的方法，
其中所述载波信号是具有正半波和负半波的交变信号，
该方法包括如下步骤：
-将所述载波信号从伽伐尼隔离的接口——尤其是感应式接口(L1)——耦接出来，
-整流(2)所述载波信号，
-通过电源电路(3)为所述耗电器(R2，22)供电，
-通过解调电路(4)解调所述载波信号，其中所述解调电路(4)与所述耗电器(R2，22)连接，以及
-调制(5)所述期望信号。
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