CN106020319A - 饱和受控回路电流调节器 - Google Patents

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Abstract

过程变送器包括生成要在电流回路上传送的值的设备电路。串联控制晶体管在电流回路和设备电路之间串联，并且饱和防止电路防止串联控制晶体管进入饱和。

Description

饱和受控回路电流调节器
技术领域
以下描述的实施例涉及过程现场设备。具体地，实施例涉及过程环境中的回路电流调节器。
背景技术
在工业过程控制系统中使用过程现场设备，以监测和/或控制工业过程。控制设备是用于控制过程的过程现场设备。示例控制设备包括泵、阀、致动器、螺线管、电机、混合器、搅拌器、破碎机、粉碎机、滚筒、铣床、球磨机、搅和机、过滤器、掺混机、旋流器、离心分离机、塔、干燥器、传送器、分离器、升降机、起重机、加热器、冷却器以及其他这样的设备。过程变送器是例如通过监测例如温度、压力、流等过程变量来感测(或监测)过程的操作的过程现场设备。发送所监测的过程变量，使得可以由过程中的其他设备(例如中央控制室)使用所监测的过程变量。
双线过程现场设备从双线过程控制回路接收功率，并在双线过程控制回路上传送功率。一种标准类型的双线过程控制回路在控制回路上使用4-20mA的电流电平来表示控制设备的过程变量或状态。在这种配置中，现场设备可以将电流电平控制到代表感测到的过程变量(例如压力)的一个值(例如10mA)。在其他实施例中，使用例如通信协议(例如Fieldbus或Profibus)的通信标准在双线回路上对数字值进行编码。
为了减小与过程现场设备耦合所需的布线量，许多过程现场设备用从双线过程控制回路接收到的功率来完全供电。因此，过程现场设备可用的功率总量是有限的。例如，在4-20mA的电流回路中，通过电流电平可以设置的最低电平(例如3.6mA)和设备两端可用的最大压降(例如在固有安全位置中略少于24v)来限制总可用功率。这小于设备0.09瓦特的可用功率。
在许多情况下，过程设备的功能受到双线过程控制回路上可用的功率的量的限制。例如，附加的功能可能需要来自微处理器的附加的计算能力。该增加的计算功率需要更大的电力并且可能超过回路可用的功率预算。为了增加在过程现场设备中可用的功率的量，现场设备通常利用高效电源将从双线过程控制回路接收到的功率转换为调节后的电压电平，以供内部电路使用。已经在过程现场设备中使用了一种类型的电源(开关调节器)，原因在于它在向设备的组件提供调节后的电源电压的高效性。
上述讨论仅用于提供一般的背景信息，并且不旨在用于辅助确定所要求保护的主旨的范围。所要求保护的主旨不限于解决在背景中所提及的任意或全部缺点的实施方式。
发明内容
过程变送器包括生成要在电流回路上传送的值的设备电路，串联控制晶体管在电流回路和所述设备电路之间串联；并且饱和防止电路防止所述串联控制器进入饱和。
根据另一实施例，过程现场设备包括：用于与过程控制回路连接的控制回路连接器、设备电路和在控制回路连接器和设备电路之间串联的电流调节器。所述电流调节器控制所述控制回路上的电流电平并提供具有与在过程控制回路上提供的电压成比例的最大功率的功率输出。
根据另一实施例，过程现场设备包括：用于与电流回路连接的两个回路连接器、设备电路和在两个回路连接器之一和设备电路之间串联的电流控制器。所述电流控制器能够控制所述电流回路中的电流电平，同时针对所述电流回路中的多个电流电平在所述电流回路和所述设备电路之间提供固定的压降。
提供该发明内容和摘要以用简化的形式介绍一部分概念，其在以下的具体实施方式中将进行具体描述。发明内容和摘要不旨在标识所要求保护的主旨的关键特征或必要特征，也不旨在用于辅助确定所要求保护的主旨的范围。
附图说明
图1提供了包括过程现场设备、双线回路和控制器的过程环境的框图。
图2提供了对于多种功率制式在各种回路电流可获得的功率的图表。
图3提供了根据一个实施例的过程现场设备的组合框图和电路图的。
图4提供了在图3的接口中的各种组件的电压和电流的图表。
图5提供了根据另一实施例的过程现场设备的组合框图和电路图。
图6提供了根据一个实施例的图1的过程环境的组合框图和电路图。
图7提供了根据另一实施例的过程现场设备的组合框图和电路图。
具体实施方式
图1是包括控制器102和现场设备104的过程环境100的框图。现场设备104包括传感器/受控元件112和电子器件114，电子器件114与双线控制回路116a和116b耦合。电子器件114包括设备电路118和接口/电源电路120。根据一个实施例，现场设备104通过双线回路116a/116b与控制器102通信。
当现场设备104是过程变送器时，它基于来自传感器112的信号生成例如温度、压力或流的过程变量，并在双线回路116a/116b上向控制器发送信息。当现场设备104是过程控制设备时，它基于从控制器102通过双线回路116a/116b发送的指令来改变受控元件112，和/或在双线回路116a/116b上向控制器102提供关于受控元件112的状态信息。可以例如通过控制通过回路116a/116b的在表示最小值的4mA信号与代表满标值的20mA信号之间的电流I的流(flow)来做出来自现场设备的传输。此外，现场设备104可以将表示警报的电流设置为在3.6mA处低警报和在23mA处高警报。设备电路118从传感器/受控元件112接收信号，并控制电路120调制回路电流I。附加地，在一些例如标准的通信协议中，设备电路118在回路116a/116b上进行数字通信，并通过接口120数字地发送过程变量。设备电路118在回路116a/116b上向控制器(未示出)发送数字命令并从控制器(未示出)接收数字命令。电路120还使用回路电流I为现场设备104供电。
图1还示出了在设备电路118和接口/电源120之间的多个输入和输出。在数据线124上向接口/电源120提供数字信息。通过线路122向接口/电源120提供设备电路118的模拟输出。通过数据线126向设备电路118提供从回路116a/116b接收的信息。附加地，根据一个实施例，接口/电源120通过电源线128向设备电路118供电。
在引入回路扫气(scavenging)和可变提升(liftoff)变送器设计之前，现场设备具有与最小回路电流相等的较低的工作电流限制。这意味着要求所有设备电路118在3.6mA的低警报电流操作。在实践意义中，变送器被设计为低于3mA操作，以允许对于可靠操作的足够余量。针对12V的提升操作，这剩余了小于现场设备操作的理论可用功率36mW的功率。
近年来，希望向过程设备添加更多功能。已经并将在新变送器设计中使用附加的处理功率、较高的细节显示、诊断、背光等。这些特征中的许多特征耗费额外的功率，这在回路扫气技术之前是不可能的。
现有的4-20mA现场设备具有特定的最小工作电压和特定的高和低警报电流。兼容负载电阻器必须在250欧和1100欧之间。如果假设12V的提升电压和23mA和3.6mA的高、低警报电流，则最小电源电压、最小电源功率和最大电源功率被计算为：
Vsupply-min＝(250Ω*0.023A)+12V＝17.75V
Psupply-min＝(17.75V*0.0036A)＝0.064W
Psupply-max＝(17.75V*0.023A)＝0.408W
向250欧负载电阻器供应的最小和最大功率被计算为：
PLoad-min＝(250Ω*0.0036A)*0.0036A＝0.003W
PLoad-max＝(250Ω*0.023A)*0.023A＝0.132W
这剩余了现场设备端的最小和最大的功率量：
PTransmitter-min＝(17.75V*0.0036A)-(250Ω*0.0036A)*0.0036A＝0.061W
PTransmitter-max＝(17.75V*0.023A)-(250Ω*0.023A)*0.023A＝0.276W
图2示出了随回路电流而变的功率的图表，其中在水平轴204上示出回路电流，在垂直轴206上示出功率。将在上述条件下的变送器的最小功率在图2中示为最小可用功率200。
具有12V固定提升电压的传统变送器能够使用最大功率：
PLegacyTransmitter-max-usage＝(12V*0.0036A)＝0.043W
这种传统变送器具有实际可用功率：
PLegacyTransmitter-realistic-usage＝(9V*0.003A)＝0.027W
图2以线202示出传统变送器的最大功率使用。如所示，传统变送器不能使用对于17.75V的电源在变送器处可用的全额功率。
可变提升电路使用例如回路设置电流的已知参数和例如最小HART回路电阻和电源电压的电路假设，以试图使现场设备中的功率最大化。使用这些参数，内部调节器的操作点可以被调整为更好地使用在任意给定回路电流处可获得的功率。具体地，通过动态调整现场设备的内部电源轨电压可以进一步增加现场设备中的功率。可变提升约束现场设备的输入电压范围。可变提升假设最小电源电压是17.75V，有效HART负载电阻器是250Ω并且在20mA回路电流的端电压是12V。Schulte的标题为VARIABLE LIFTOFF VOLTAGEPROCESS FIELD DEIVCE的US No.7,970,063专利涉及这种提升电压。
使用这些假设，使用可变提升的变送器可用的最小和最大功率是：
PVariable LO Transmitter-min＝((17.75V-0.75V)-(250Ω*0.0036A))*0.0036A＝0.058W
PVariable LO Transmitter-max＝((17.75V-0.75V)-(250Ω*0.023A))*0.023A＝0.259W
其中(0.75V)是电压调节器的不饱和压降。图2的图表208示出了针对17.75V的电源所设计的可变提升变送器的功率使用。
可变提升电路的一个缺点在于，假设在最小HART指定电源电压和回路阻抗处操作。尽管计算显示变送器理论上将用17.75V的电源进行操作，大多数消费者将使用具有实质上更高的电压的电源(常见的是供应24V的电源)。在消费者向变送器供应24V电源并使用250Ω负载的情况下，存在如图2中消费者提供的电源210所示的在可变提升期间未被使用的变送器可用的基本功率量，其被计算为：
PVariable LO Transmitter-min＝((24V-0.75V)-(250Ω*0.0036A))*0.0036A＝0.080W
PVariable LO Transmitter-max＝((24V-0.75V)-(250Ω*0.023A))*0.023A＝0.403W
在最需要该附加功率的4mA点处该附加功率最显著。这里存在可以捕获的多39％的功率。
此外，在现有技术中传递给测量电路的最大功率不与电源的电压成比例。相反，通过最大电流与静态提升电压的乘积或回路电流与可变提升电压的最大乘积来限制测量电路的最大功率。结果，在消费者增加其电源电压时，不可能增加供应给变送器的最大功率。
图3提供了示出相对于电流回路116a/116b、电源302、设备电路118和传感器112设置的一个实施例的接口300的现场设备的组合框图和电路图。接口300和电源302共同形成了图1的接口/电源120。
接口300包括串联晶体管或串联控制晶体管Q1、分流晶体管(shunt transistor)Q2、二极管D1和电流控制310。串联晶体管Q1在回路连接器312和电源302和设备电路118之间串联。回路连接器312与回路导线116a连接。因此，串联晶体管Q1在回路导线116a和设备电路118之间串联。电流控制310通过二极管D1与串联晶体管Q1的基极连接，并且只要晶体管Q1保持在工作的放大区(activeregion)，电流控制310便控制串联晶体管Q1的发射极电流IE。电流IE是回路导线116a和116b上的回路电流。电流控制310调整电流，以表示在来自设备电路118的数字线124和模拟线122上提供的测量值。电源302为电流控制器310供电，电源302还通过电源连接128向设备电路118提供功率。
晶体管Q1的集电极处的电压被称为Vinternal。允许该电压根据回路电流和进入电源302的电流所遇到的阻抗而改变。结果，随着回路电流增加，Vinternal将增加。这允许电源302可用的最大功率随回路116a/116b上的电源电压增加而增加。因此，如果提供了更大的电源，则将允许Vinternal以同一回路电流增加到更高的值。
如果允许Vinternal随意地增加，则Vinternal会将晶体管Q1置于饱和模式，在该点电流控制器310将不再能够控制回路电流IE。为了避免这一点，提供分流晶体管Q2和二极管D1来确保限制串联晶体管Q1两端的发射极-集电极电压VEC降至二极管D1的前向偏置电压以下。这一点可以从以下等式中看出：
VECQ1＝-VBEQ1+VfD1+VBEQ2
其中VECQ1是串联晶体管Q1的发射极-集电极电压，VBEQ1是串联晶体管Q1的基极-发射极电压，VfD1是二极管D1的前向偏置电压，并且VBEQ2是分流晶体管Q2的基极-发射极电压。如果串联晶体管Q1和分流晶体管Q2是具有类似性能的同一晶体管类型，并且保持在同一温度或接近同一温度，则串联晶体管Q1和分流晶体管Q2的VBE应当基本相同，并且这两个VBE项抵消使得VECQ1≈VfD1。
由于通常晶体管的饱和电压显著低于二极管的典型前向偏置电压，所以串联晶体管Q1应当从不会饱和。结果，分流晶体管Q2和二极管D1是充当用于保持串联晶体管Q1不饱和的饱和控制电路或饱和防止电路的偏置电路。
图4示出了当在回路连接器312和314上提供24V的固定电源电压并且回路电流在0mA和30mA之间扫描(sweep)时在接口300中的组件的电压和电流的集合。在图4中，垂直轴400示出了图4中描绘的电压的电压值，并且水平轴404示出了在图4中描述的电流的电流值。水平轴404指示由电流控制310提取的电流，电流控制310使回路电流406从0mA向30mA扫描。随着回路电流增加，电源302汲取初始与回路电流406基本匹配的电流408。电源302汲取的电流使内部电压Vinternal410根据进入电源302的电流所遇到的阻抗而增加。随着Vinternal410增加，在回路电流方向上的串联晶体管Q1两端的压降VEC412降低。随着Vinternal410接近回路连接器312和314两端的电源电压，分流晶体管Q2开始导通发射极电流IE414，发射极电流IE414从电源302分走电流，使电源电流408保持基本固定。这进而导致Vinternal410保持基本固定，并且串联晶体管Q1两端的电压412保持基本固定在二极管D1的前向偏置电压。应当注意的是，在分流晶体管Q2开始导通之后，提供给电源302的Vinternal410等于在回路连接器312和314两端施加的电压减去二极管D1两端的正向偏置电压。结果，如果消费者增大电源电压，则Vinternal410也将增大，为电源302提供更大的电压，并且由此向电源302提供更大的最大功率。换言之，提供给电源302的最大功率与提供给电流回路的电源电压成比例。
如图4中所示，串联晶体管Q1针对电路回路的多个电流电平，提供在电流环路和设备电路之间基本固定的压降。具体地，当分流晶体管Q2开始导通电流时，Q1两端的发射极-集电极电压变得基本固定，并且不根据回路电流而改变。
图5提供了过程现场设备的第二实施例的组合电路图和框图。在第二实施例中，已添加了两个附加的二极管D2和D3，并且其余电路元件与图3中所描述的相同。已经在图5中添加了二极管D2，以帮助防止分流晶体管Q2的基极-发射极电压超过晶体管Q2的反向击穿电压。具体地，如果呈现Vinternal保持在高负载电流且没有分流电流的电压受限状态的情况，使得Vloop-Vinternal≥VBEQ1+VfD1+～5v，则分流晶体管Q2将开始导通基极到发射极。二极管D2防止该电流流动。然而，添加二极管D2导致了附加的压降，该附加的压降必须通过向串联晶体管Q1的基极连接添加另一个二极管(具体地二极管D3)来平衡。这将上述VECQ1方程式改变为：
VECQ1＝-VBEQ1+VfD1+VfD3+VBEQ2-VfD2
其中VfD3是通过二极管D3的前向偏置电压，并且VfD2是通过二极管D2的前向偏置电压。如果VfD2和VfD3相等，它们抵消并且从等式中去掉。这将在D2与D3匹配时发生，使得不管温度如何它们具有彼此相同的前向偏置电压。为了使得这可能性更大，在一些实施例中，使用包含二极管D2和二极管D3二者的双二极管封装来使得两个二极管之间的任何不平衡最小化，并使二极管D2和D3之间的任何热感应压差最小化。类似地，优选地，串联晶体管Q1与分流晶体管Q2相匹配，使得在晶体管Q1和Q2的基极-发射极电压VBE中不存在热感应压差。在图5中，分流晶体管Q2和二极管D1、D2和D3是充当防止串联晶体管Q1进入饱和的饱和控制电路或饱和防止电路的偏置电路。
图6提供了根据一个实施例的图1的过程环境100的更详细的图。在图6中，电源302和设备电路118已经与传感器/受控元件112组合，以形成调节器和设备电路610。示出电流回路116a/116b与电源电压V1和负载电阻器R1连接。与电流回路导线116a串联连接的二极管D5、D6和D7用于电容阻断。在一些设计中，不存在二极管D5、D6和D7。
串联晶体管Q1、分流晶体管Q2和二极管D1、D2和D3执行与上述相同的操作。使用运算放大器U1、晶体管Q3、电阻器R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R13和R14以及电容器C2、C3、C4和C6来实现电流控制310。运算放大器U1从调节器和设备电路610接收功率。
在线路124上通过电阻器R14和电容器C6向运算放大器U1的非反相输入端提供数字信息。电阻器R14设置信令电平并且电容器C6将任意DC电流解耦。
运算放大器U1的反相输入与电阻器R13连接，R13将其另一端与公共端连接。电容器C3将运算放大器U1的反相输入与运算放大器U1的输出连接。运算放大器U1的输出还通过电阻器R4与晶体管Q3的基极连接，晶体管Q3使它的发射极与电阻器R5连接。晶体管Q3的集电极与二极管D2和D3的阴极连接，并与电阻器R6连接，电阻器R6与二极管D7的阴极和串联晶体管Q1的发射极连接。电阻器R6向晶体管Q3提供偏置，并促进各种回路控制点之间的更好的过渡。基极电阻器R4限制流向晶体管Q3的电流，并提供集成的电路功率限制势垒(barrier)。电阻器R5提供反馈，以帮助稳定电路。
运算放大器U1的非反相输入还与电阻器R12连接，电阻器R12进而与电容器C2和电阻器R11连接。电阻器R11的另一端与电阻器R9的一侧连接，并且电容器C2的另一端与电阻器R9的另一侧连接。电阻器R10与模拟输入线路122连接，并且电阻器R10的另一端与电阻器R9和电容器C4连接。电容器C4的另一端与地耦合。电阻器R8的一端与电容器C2和电阻器R9连接，并且电阻器R8的另一端与公共端连接。电阻器R11和R13以及电容器C3为电流控制电路提供滤波和稳定化反馈。电阻器R8是用于设置回路电流的反馈电阻器。具体地，电阻器R8、R9和R10以及模拟线路122上的输出电压(Vdac)使用以下方程式来设置回路电流：
其中Iloop是回路电流并且Vdac是模拟线路122上的电压。
R7是IS功率共享电阻器，以限制变送器电路中的组件的热抬升。C1是内部系统电源轨的体电容。该电源轨为调节器和设备电路610中的调节器(开关、线性或分流类型)馈电，该调节器向设备电路的其余部分供电。
根据一个实施例，图6的接口可以与高电压/低电流高效开关转换器(如可从Maxim公司和德州仪器公司获得的转换器)一起使用。这些调节器被设计为处理高输入电压(约60V)同时保持在低电流的高效率。使用饱和控制回路电流调节器以及开关调节器允许变送器功率与消费者提供的功率成比例。
图7提供了例如具有作为图3的接口300的替换的接口700的图3的现场设备之类的现场设备的组合框图和电路图。在图3和图7中用相同的参考符号来指定图3和图7共用的元件，并且在两个附图中用相同的方式操作。
图7中，改变饱和控制电路以移除图3的二极管D1，使得晶体管Q1的基极直接与电流控制器310连接。作为二极管D1的替代，图7的饱和控制电路使用运算放大器U2来驱动晶体管Q2，使得VLOOP与Vinternal之间的压差高于晶体管Q1的饱和电压。运算放大器U2的非反相输入与通过在Vinternal和电路公共端之间的电阻器R23和R24形成的分压器连接。运算放大器U2的反相输入与通过在齐纳二极管D21的阳极和电路公共端之间的电阻器R21和R22形成的分压器连接。齐纳二极管D21的阴极与回路连接器312连接。运算放大器U2的输出通过电阻器R25与晶体管Q2的基极连接。
在一个实施例中，将电阻器R21和R23的值设置为彼此相等，并且将电阻器R22和R24的值设置为彼此相等。用这些值，运算放大器U2将驱动晶体管Q2，使得Vinternal保持在VLOOP-Vbreak，其中Vbreak是齐纳二极管D21的击穿电压。在其他实施例中，可以针对电阻器R21、R22、R23和R24中的一个或更多个来选择其他值，以调谐Vinternal的电压。在另一实施例中，可以移除齐纳二极管D1，并且电阻器R21可以直接与回路连接器312连接。在这些实施例中，选择电阻器R21、R22、R23和R24的值，以确保Vinternal是VLOOP的期望比例。
在上述实施例中，已经描述了多个饱和控制电路。可以设想其他饱和控制电路。例如，在上述实施例中，没有限制Vinternal。然而，在通过某种类型的分流电路钳位或限制Vinternal的实施例中，可以使用饱和控制电路和串联晶体管。例如，可以使用齐纳二极管或其他控制电路来分流电流，以限制电压。即使钳位限制了设计的最大可用功率和某些功率扩缩能力，电路在最需要时提供了低回路电流的操作益处和附加功率。
尽管以上引用12V的提升电压，可以用许多不同的提升电压来实现实施例。
上述实施例提供先前的可变提升扫气回路调节器和能量扫气类型回路调节器的所有功率优点。扫气回路调节器存储来自传输的一部分的能量，并在传输的第二部分期间使用所存储的能量。能量扫气类型的回路调节器通过采用能够保存现场设备端处的可用功率的一大部分并将其用于附加功能的调节器，利用了现场设备处的可用功率。此外，实施例不将消费者限制于最小回路阻抗。此外，可以在希望使变送器的提升电压最小的情况下使用上述实施例。实施例还固有地帮助防止在任意给定端电压处的基于比例(on-scale)的故障状况，而不需要软件控制。电路还可以与各种固有安全方案兼容。
尽管已经将元件示为或描述为以上单独的实施例，每个实施例的各部分可以与上述其他实施例的全部或部分组合。
尽管已经用结构特征和/或方法动作的专用的语言描述了主旨，应该理解的是，在所附权利要求中定义的主旨不必限制为上述特定特征或动作。而是，上述特定特征和动作被描述为用于实现权利要求的示例形式。

Claims (23)

1.一种过程变送器，包括：
设备电路，生成要在电流回路上传送的值；
在所述电流回路和所述设备电路之间串联的串联控制晶体管；以及
饱和防止电路，防止所述串联控制晶体管进入饱和。
2.根据权利要求1所述的过程变送器，其中所述饱和防止电路通过防止所述串联控制晶体管两端的电压降至饱和电压以下来防止所述串联控制晶体管进入饱和。
3.根据权利要求1所述的过程变送器，其中所述饱和防止电路保持所述串联控制晶体管两端的电压，使得所述电压与所述饱和防止电路中二极管两端的前向偏置电压基本上相等。
4.根据权利要求3所述的过程变送器，其中所述饱和防止电路包括分流晶体管，所述分流晶体管具有与所述串联控制晶体管的集电极耦合的发射极和通过包括所述二极管的传导路径与所述串联控制晶体管的基极耦合的基极。
5.根据权利要求4所述的过程变送器，其中所述分流晶体管的发射极与所述串联控制晶体管的集电极直接连接。
6.根据权利要求5所述的过程变送器，其中所述分流晶体管的基极和所述串联控制晶体管的基极之间的传导路径包括三个二极管。
7.根据权利要求6所述的过程变送器，其中所述二极管中的至少两个相匹配。
8.根据权利要求4所述的过程变送器，其中所述串联控制晶体管与所述分流晶体管相匹配，以提供基本上相似的基极-发射极压降。
9.一种过程现场设备，包括：
控制回路连接器，用于与过程控制回路连接；
设备电路；以及
在控制回路连接器和设备电路之间串联的电流调节器，其中所述电流调节器控制所述控制回路上的电流电平，并提供具有最大功率的功率输出，所述最大功率与在过程控制回路上提供的电压成比例。
10.根据权利要求9所述的过程现场设备，其中所述电流调节器包括串联晶体管和偏置电路，所述串联晶体管的偏置电路防止所述串联晶体管饱和。
11.根据权利要求10所述的过程现场设备，其中所述偏置电路通过限制所述串联晶体管两端的集电极-发射极电压降至二极管两端的前向偏置压降以下，来防止所述串联晶体管饱和。
12.根据权利要求11所述的过程现场设备，其中所述偏置电路包括二极管和分流晶体管，所述分流晶体管从所述设备电路分走电流。
13.根据权利要求12所述的过程现场设备，其中所述偏置电路还包括用于防止所述分流晶体管的反向击穿的电路元件。
14.根据权利要求13所述的现场设备，其中用于防止所述分流晶体管的反向击穿的所述电路元件包括第二二极管。
15.根据权利要求13所述的过程现场设备，其中所述二极管的阳极与所述串联晶体管的基极连接，所述二极管的阴极与第三二极管的阳极连接，所述第三二极管的阴极与第二二极管的阴极连接，并且第二二极管的阳极与所述分流晶体管的基极连接。
16.根据权利要求9所述的过程现场设备，还包括在电流调节器和设备电路之间串联的开关调节器。
17.一种过程现场设备，包括：
两个回路连接器，用于与电流回路连接；
设备电路；以及
在两个回路连接器之一和设备电路之间串联的电流控制器，其中所述电流控制器能够控制所述电流回路中的电流电平，同时针对所述电流回路中的多个电流电平在所述电流回路和所述设备电路之间提供固定的压降。
18.根据权利要求17所述的过程现场设备，其中所述电流控制器被固有地防止沿所述电流回路的电流方向提供比固定压降小的压降。
19.根据权利要求17所述的过程现场设备，其中所述电流控制器包括串联晶体管、分流晶体管和至少一个二极管，使得电流回路和处理电路之间的压降在串联晶体管两端，并且所述至少一个二极管和所述分流晶体管固有地防止所述串联晶体管两端的压降小于所述至少一个二极管两端的前向偏置电压。
20.根据权利要求19所述的过程现场设备，其中所述电流控制器还包括两个附加的二极管，其中所述两个附加的二极管之一实质上防止所述分流晶体管进入反向击穿状态。
21.根据权利要求17所述的过程现场设备，其中所述电流控制器包括串联晶体管、分流晶体管和放大器，其中所述放大器与所述分流晶体管的基极连接并驱动所述分流晶体管以保持所述串联晶体管两端的压降。
22.根据权利要求21所述的过程现场设备，其中所述电流控制器还包括与所述设备电路连接的第一分压器和与所述电流回路连接的第二分压器，其中放大器的非反相输入与第一分压器连接，并且放大器的反相输入与第二分压器连接。
23.根据权利要求22所述的过程现场设备，其中所述第二分压器通过二极管与电流回路连接。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10082784B2 (en) * 2015-03-30 2018-09-25 Rosemount Inc. Saturation-controlled loop current regulator
US11605037B2 (en) 2016-07-20 2023-03-14 Fisher-Rosemount Systems, Inc. Fleet management system for portable maintenance tools
US10505585B2 (en) * 2016-07-25 2019-12-10 Fisher-Rosemount Systems, Inc. Portable field maintenance tool with a bus for powering and communicating with a field device
US10764083B2 (en) 2016-07-25 2020-09-01 Fisher-Rosemount Systems, Inc. Portable field maintenance tool with resistor network for intrinsically safe operation

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4731830A (en) * 1985-10-04 1988-03-15 Gte Communication Systems Corporation Nonsaturating interface supply
WO2002013160A2 (de) * 2000-08-03 2002-02-14 Siemens Aktiengesellschaft Elektronisches gerät, insbesondere feldgerät
US6388431B1 (en) * 1998-11-03 2002-05-14 Ametek, Inc. High efficiency power supply for a two-wire loop powered device
CN201450456U (zh) * 2009-08-12 2010-05-05 陕西亚成微电子有限责任公司 一种具有渐进式电流过载与饱和防止功能的开关电源
CN101976092A (zh) * 2010-08-13 2011-02-16 上海工业自动化仪表研究院 一种压降自动调整的串联回路取电电路
CN202217172U (zh) * 2010-05-11 2012-05-09 罗斯蒙德公司 用于在监测或者控制工业过程中使用的过程现场装置
CN205176719U (zh) * 2015-03-30 2016-04-20 罗斯蒙特公司 饱和受控回路电流调节器

Family Cites Families (36)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3010031A (en) 1956-10-24 1961-11-21 Research Corp Symmetrical back-clamped transistor switching sircuit
JPS5244420B2 (zh) * 1973-06-11 1977-11-08
US4206397A (en) 1978-03-13 1980-06-03 Rosemount Inc. Two wire current transmitter with improved voltage regulator
US4394703A (en) * 1981-12-24 1983-07-19 Gte Automatic Electric Labs Inc. Load protecting arrangement
JPS6082841U (ja) * 1983-11-14 1985-06-08 スタンレー電気株式会社 トランジスタ・オン電圧上昇防止回路
US5187474A (en) 1986-10-02 1993-02-16 Rosemount Inc. Digital converter apparatus for improving the output of a two-wire transmitter
US4929910A (en) * 1989-07-10 1990-05-29 Motorola, Inc. Low current amplifier with controlled hysteresis
JP3020586B2 (ja) * 1990-10-19 2000-03-15 株式会社日立製作所 画像表示装置
US5179488A (en) 1990-07-26 1993-01-12 Rosemount Inc. Process control instrument with loop overcurrent circuit
US5077490A (en) * 1991-01-30 1991-12-31 Northern Telecom Limited Schottky-diode emulator for BiCMOS logic circuit
US5245333A (en) 1991-09-25 1993-09-14 Rosemount Inc. Three wire low power transmitter
US5363249A (en) * 1992-02-20 1994-11-08 Silicon Systems, Inc. Self switching head damping
US5481216A (en) * 1994-05-31 1996-01-02 National Semiconductor Corporation Transistor drive circuit with shunt transistor saturation control
US5535243A (en) * 1994-07-13 1996-07-09 Rosemount Inc. Power supply for field mounted transmitter
JP3090001B2 (ja) * 1995-09-12 2000-09-18 横河電機株式会社 ２線式伝送器
US5973942A (en) 1998-07-10 1999-10-26 Rosemount Inc. Start up circuit for DC powered field instrument
US6813318B1 (en) 1999-04-30 2004-11-02 Rosemount Inc, Process transmitter having a step-up converter for powering analog components
US7773715B2 (en) * 2002-09-06 2010-08-10 Rosemount Inc. Two wire transmitter with isolated can output
US7018800B2 (en) 2003-08-07 2006-03-28 Rosemount Inc. Process device with quiescent current diagnostics
US7187158B2 (en) 2004-04-15 2007-03-06 Rosemount, Inc. Process device with switching power supply
US7580233B2 (en) * 2005-10-21 2009-08-25 Via Technologies, Inc. Protecting circuits from electrostatic discharge
US8000841B2 (en) 2005-12-30 2011-08-16 Rosemount Inc. Power management in a process transmitter
US7863874B2 (en) * 2006-09-05 2011-01-04 Atmel Automotive Gmbh Linear voltage regulator with a transistor in series with the feedback voltage divider
DE102007036580A1 (de) * 2007-08-02 2009-02-05 Endress + Hauser Flowtec Ag Feldbuseinheit für einen Zwei-Leiter-Feldbus
DE102007059847A1 (de) * 2007-12-12 2009-06-18 Siemens Ag Feldgerät zur Prozessinstrumentierung
US7970063B2 (en) * 2008-03-10 2011-06-28 Rosemount Inc. Variable liftoff voltage process field device
US7592858B1 (en) * 2008-04-15 2009-09-22 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Circuit and method for a gate control circuit with reduced voltage stress
CN102067048B (zh) * 2008-06-17 2017-03-08 罗斯蒙特公司 用于具有可变压降的现场设备的rf适配器
JP5554328B2 (ja) 2008-06-17 2014-07-23 ローズマウント インコーポレイテッド 本質安全の低電圧クランプ回路を備えるフィールド装置用ｒｆアダプタ
DE102008062815B4 (de) 2008-12-23 2011-07-14 Samson Ag, 60314 Feldgerät für eine prozesstechnische Anlage und Verfahren zum Versorgen des Feldgeräts
DE102009034419B4 (de) * 2009-07-23 2016-09-29 Siemens Aktiengesellschaft Feldgerät zur Prozessinstrumentierung
US8455980B2 (en) * 2011-07-08 2013-06-04 National Semiconductor Corporation Schottky-clamped bipolar transistor with reduced self heating
US9124096B2 (en) * 2011-10-31 2015-09-01 Rosemount Inc. Process control field device with circuitry protection
US9252725B2 (en) * 2012-10-11 2016-02-02 Analog Devices, Inc. Feed-forward circuit to prevent phase inversion
DE102012113047A1 (de) * 2012-12-21 2014-06-26 Endress + Hauser Wetzer Gmbh + Co Kg Betriebselektronik für ein Prozessgerät sowie Verfahren zum Betreiben derselben
DE102013008598A1 (de) * 2013-05-22 2014-11-27 Krohne Messtechnik Gmbh Messanordnung

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4731830A (en) * 1985-10-04 1988-03-15 Gte Communication Systems Corporation Nonsaturating interface supply
US6388431B1 (en) * 1998-11-03 2002-05-14 Ametek, Inc. High efficiency power supply for a two-wire loop powered device
WO2002013160A2 (de) * 2000-08-03 2002-02-14 Siemens Aktiengesellschaft Elektronisches gerät, insbesondere feldgerät
CN201450456U (zh) * 2009-08-12 2010-05-05 陕西亚成微电子有限责任公司 一种具有渐进式电流过载与饱和防止功能的开关电源
CN202217172U (zh) * 2010-05-11 2012-05-09 罗斯蒙德公司 用于在监测或者控制工业过程中使用的过程现场装置
CN101976092A (zh) * 2010-08-13 2011-02-16 上海工业自动化仪表研究院 一种压降自动调整的串联回路取电电路
CN205176719U (zh) * 2015-03-30 2016-04-20 罗斯蒙特公司 饱和受控回路电流调节器

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