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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Netzwerkleistungsversorgungsspannungsadapter und ein darauf bezogenes Verfahren, und auf ein Netzwerkbussystem und insbesondere, aber nicht ausschließlich, auf einen Feldbusleistungsversorgungsadapter und ein darauf bezogenes System und Verfahren.
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Busnetzwerksysteme werden üblicherweise in Situationen eingesetzt, in denen eine Vielzahl von Signalen, einschließlich Leistungs-, Steuerungs- und Messungssignalen an eine Vielzahl von vernetzten Endgeräten geliefert oder von diesen zurück erhalten werden sollen. In vielen Fällen kann die Sicherheit, mit der ein Signal einer bestimmten Charakteristik und insbesondere sein Spannungspegel an eine Netzwerkeinrichtung geliefert werden kann, sich als kritisch für den effektiven/sicheren Betrieb der Einrichtung und sogar des gesamten Netzwerksystems erweisen. Dies ist insbesondere der Fall in Szenarien, in denen das Vorhandensein und der Betrieb der verschiedenen Netzwerkeinrichtungen auch einen Einfluss auf die Signale haben kann, die durch das Netzwerk und insbesondere mittels eines gemeinsamen Bussystems geliefert werden.
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In vielen Fällen muss das Bussystem gemäß Spezifikationen und festgelegten Standards arbeiten, wobei es sich als auf unvorteilhafte Weise einschränkend und ungeeignet erweisen kann, sich auf die Konformität solcher separater Netzwerkeinrichtungen zu verlassen, um eine Konformität des Gesamtbussystems zu erreichen. Die Architektur solcher bekannter Systems kann sich weiter als nachteilig erweisen durch das Vorsehen von Beschränkungen hinsichtlich der Lage und physikalischen Größe des Netzwerks und insbesondere des Netzwerkbussystems.
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Die Erfindung strebt an, einen Netzwerkleistungsversorgungsadapter, ein damit in Beziehung stehendes Verfahren zur Leistungsversorgung und ein damit in Beziehung stehendes Netzwerkbussystem mit Vorteilen gegenüber solchen bekannten Adaptern, Verfahren und Systemen vorzusehen.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Netzwerkleistungsversorgungsadapter vorgesehen, der angeordnet ist, um Eingangsspannung von einem Netzwerkhaupt- bzw. -Trunk-Kabel aufzunehmen und, wenn der Pegel der Eingangsspannung oder ein Anteil davon über einem Schwellenwert liegt, die empfangene Eingangsspannung zu regeln, um eine Ausgangsgleichstromleistungsversorgungsspannung auf einem im Wesentlichen konstanten Gleichstromleistungsversorgungspegel vorzusehen, unabhängig von Veränderungen in dem Eingangsspannungspegel oder dem Anteil davon, die über dem Schwellenwert liegen.
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Vorteilhafterweise kann die Spannung dann auf eine Weise geregelt werden, die unabhängig von der Konformität einer oder mehrerer vernetzter Endgeräteinrichtungen ist und insbesondere auf eine effektive, zuverlässige und effiziente Weise. Daher regelt, wenn die Eingangsspannung an den Adapter eine vordefinierte Ausgangsspannungsgrenze überschreitet, die Adapterschaltung ihren Ausgabe, um die vordefinierte Spannungsgrenze zu erreichen.
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Als Teil eines weiteren Vorteils kann der Adapter wenigstens eine Kommunikationsdurchleitungsanordnung für das Durchleiten von im Wesentlichen nicht veränderten Kommunikationssignalen durch den Adapter beinhalten.
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Die Durchleitungsanordnung kann eine kapazitive Kopplung und/oder eine aktive Steuerschaltung beinhalten.
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Weiter kann eine Vielzahl von Durchleitungsanordnungen für unterschiedliche Bereiche bezüglich des Frequenzspektrums der Kommunikationssignale vorgesehen werden.
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Wie dafür erforderlich ist, kann der Spannungspegel, der an das Netzwerk-Trunk-Kabel geliefert wird, auf einem ausreichenden Pegel sein, um die Verwendung einer längeren Trunk-Verkabelung zu gestatten, als anderenfalls möglich wäre.
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In einer Anordnung kann der Pegel der konstanten Ausgangsspannung, oder ein Anteil davon, gleich dem Pegel der Schwellenwertspannung sein.
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Weiter kann der Adapter eingerichtet sein, so dass im Wesentlichen keine Spannungsverringerung angewandt wird, wenn die Eingangsspannung, oder der Anteil davon, unter den Schwellenwert fällt, und die Ausgangsspannung wird dann so eingerichtet, dass sie einfach der Eingangsspannung folgt.
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Auf vorteilhafte Weise kann jegliche erforderliche Funktionalität in dem Adapter auf eine Weise erreicht werden, die gestattet, dass Kommunikationssignale im Wesentlichen unverändert zwischen Eingang und Ausgang oder zwischen Ausgang und Eingang weitergeleitet werden.
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Als weitere Merkmale kann der Adapter eine Überspannungsschutzschaltung und/oder eine thermische Schutzschaltung beinhalten.
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In einem bestimmten Ausführungsbeispiel ist der Adapter so eingerichtet, dass die Spannungsverringerung mittels einer Spannungsabsenker- bzw. -Dropper-Schaltung angewandt wird, die einen Spannungsabsenker bzw. Dropper aufweisen kann, um einen linearen Spannungsabfall vorzusehen.
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Ein besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel beinhaltet die Verwendung wenigstens einer Steuerschleife.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann der Spannungsabsenker eine Switched-Mode-Einrichtung aufweisen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Busnetzwerksystem vorgesehen, das einen Netzwerkleistungsversorgungsspannungsadapter beinhaltet, wie er oben definiert ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren vorgesehen zum Anpassen einer Leistungsversorgungsspannung von einem Netzwerk-Trunk-Kabel und das den Schritt, wenn der Pegel der Eingangsspannung oder ein Anteil davon über einem Schwellenwert ist, des Anwendens von Spannungsregelung auf die empfangene Eingangsspannung beinhaltet, und zwar zum Vorsehen einer Ausgangsgleichstromleistungsversorgungsspannung bei einem im Wesentlichen konstanten Gleichstromleistungsversorgungspegel, der geringer ist als der der Eingangsspannung und der unabhängig von Veränderungen in dem Eingangsspannungspegel oberhalb des Schwellenwertes ist.
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Wie in Bezug auf den Adapter bemerkt ist, kann die konstante Ausgangsspannung, die in dem Verfahren eingesetzt wird, gleich dem Pegel der Schwellenwertspannung sein.
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Auch kann das Verfahren eingerichtet werden, so dass im Wesentlichen keine Spannungsverringerung angewandt wird, wenn die Eingangsspannung oder ein Anteil davon unter den Schwellenwert fällt, und die Ausgangsspannung folgt dann der Eingangsspannung.
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Weiter kann der Schritt der Spannungsverringerung mittels einer Spannungsabsenkerschaltung angewandt werden, und ein solcher Spannungsabsenker kann eingerichtet werden, so dass er einen linearen Spannungsabfall vorsieht.
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Das Verfahren beinhaltet auf vorteilhafte Weise das Weiterleiten von Kommunikationssignalen, im Wesentlichen unverändert, durch den Adapter.
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Eine oder mehrere Kommunikationsdurchleitungsanordnungen können auch innerhalb des Verfahrens der Erfindung eingesetzt werden, um den erforderlichen Spannungsabfall auf eine Weise zu erreichen, die für jegliche Datensignalisierung transparent ist, die durch die Leistungsversorgung geführt wird.
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Das Verfahren kann weiter das Weiterleiten von Signalen von unterschiedlichen Bereichen in dem Frequenzspektrum der Kommunikationssignale durch unterschiedliche, jeweilige Durchleitungsanordnungen beinhalten. Kapazitive Kopplung und/oder aktive Steuerschleifen können in dieser Hinsicht eingesetzt werden.
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Das Verfahren ist insbesondere nützlich zum Vorsehen einer Ausgabe an eine eigensichere Umgebung.
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Wie klar sein wird, kann sich die vorliegende Erfindung als besonders vorteilhaft erweisen durch Vorsehen eines Verfahren zum Erreichen einer Ex-ic-Konformität, insbesondere gemäß dem IEC 60079-11-Standard für Eigensicherheit und die Erfindung kann leicht Anwendung finden in Bezug auf komplexe Busnetzwerksysteme. Die vorliegende Erfindung kann insbesondere Anwendung finden in Bezug auf den. Foundation Fieldbus H1 oder andere ähnliche Netzwerke.
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Weitere Vorteile können aus der vorliegenden Erfindung, wie die folgende Beschreibung demonstriert, hergeleitet werden und zwar ohne einschränkende Bezugnahme auf eine Implementierung der Erfindung mit Foundation-Fieldbus.
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Ein typisches Foundation-Fieldbus-Segment besteht aus einer Feldbusversorgungseinheit, die eingerichtet ist um Strom an eine Feldbusstichleitungs- bzw. Feldbus-Spur-Verdrahtungsstelle mittels eines Feldbuskabels zu liefern, das bis zu 1,9 km Länge haben kann. Jedoch sollte klar sein dass die vorliegende Erfindung leicht Anwendung in Bezug auf Kabel/Trunk-Strecken, die über solche Werte hinausgehen und bei denen die Länge von den Betriebscharakteristika/anforderungen des bestimmten Netzwerksystems abhängt oder durch diese bestimmt wird, finden kann.
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In einem vieler möglicher, nicht einschränkender Beispiele der vorliegenden Erfindung kann diese Anwendung finden in Situationen, in denen Feldbus-Spurs mit Einrichtungen in einem eigensicheren, gefährlichen Bereich verbunden sind, und in denen es notwendig ist eine Strombegrenzung anzuwenden, und dies wird im Allgemeinen mittels der Verdrahtungsstelle erreicht. Hier soll auch die Leistungsversorgungsspannung begrenzt werden und eine solche Begrenzung wird üblicherweise vorgesehen mittels der Feldbusleistungsversorgungseinheit. Um die Verwendung von eigensicheren Einrichtungen mit einer Ui von 17,5 V zu gestatten, wird die maximale Spannung, die geliefert wird, auf 17,5 V begrenzt und dies bedeutet, dass die Feldbusleistungsversorgung nominal auf 17 V oder weniger eingestellt wird. Es ist allgemein bekannt, dass die Feldbus-Spur-Verdrahtungsstelle eine minimale Betriebsspannung in der Größenordnung von 10 V hat. Entsprechend kann, wenn eine 1 V-Toleranz gestattet wird, geschlossen werden, dass der maximale, gestattete Spannungsabfall entlang des Kabels von der Feldbusleistungsversorgungseinheit zu der Verdrahtungsstelle in der Größenordnung von 6 V liegen sollte. Mit einem Standard-Typ-A-Feldbuskabel (44 Ohm/Schleifenkilometer) bringt dies eine nachteilige Begrenzung der Trunk-Kabellänge und des Stroms mit sich; wobei solche Begrenzungen in der Größenordnung einer Kabellänge von 358 Metern für eine Versorgungsstrom von 380 mA, und bei einer Länge in der Größenordnung von 1 km für einen Versorgungsstrom von 136 mA liegen.
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Durch die Verwendung der vorliegenden Erfindung können Trunk-Kabel mit weit größerer Länge als dies eingesetzt werden.
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Die Erfindung wird im Folgenden weiter hierin beschrieben, und zwar nur mittels Beispielen, mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen, in denen Folgendes gezeigt ist:
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1 ist ein schematisches Blockdiagramm einer Feldbusanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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2 und 3 sind schematische Blockdiagramme von Beispielen eines Spannungsanpassungselements eines Leistungsversorgungsadapters gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und wie in dem System eingesetzt, das mit Bezug auf 1 veranschaulicht ist;
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4 und 5 sind schematische Blockdiagramme von Beispielen eines Spannungsbegrenzungselements eines Leistungsversorgungsadapters gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und wie in dem System eingesetzt, das mit Bezug auf 1 veranschaulicht ist; und
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6 ist ein Schaltungsdiagramm, das weitere Details eines Beispiels eines Adapters gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.
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Nun mit Bezug auf 1 ist, wie veranschaulicht, ein Feldbussystem 10 eingerichtet zum Liefern von Leistung und Signalisierung von einer ersten Zone 12, die eine nicht gefährliche Umgebung aufweist, zu einer zweiten Zone 14, die eine gefährliche Umgebung aufweist, und zwar auf eine eigensichere Weise.
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Die Elemente des Feldbussystems 10, die in der ersten Zone 12 veranschaulicht sind, haben ein Standardkonstruktion und -konfiguration und weisen in diesem Beispiel eine Hauptleistungsversorgung 16 auf, die eingerichtet ist, um Netzstrom aufzunehmen und ein 24 V-Gleichstromsignal (DC = Direct Current = Gleichstrom) an eine Feldbusleistungsversorgungseinheit 18 zu liefern, die eingerichtet ist, um eine eigensichere Isolierung vorzusehen, wie erforderlich ist.
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Die Feldbusleistungsversorgungseinheit 18 liefert dann ihr Ausgangsleistungsversorgungssignal mittels eines Feldbus-Trunk 20 an Netzwerkelemente, wie beispielsweise Endgerätausstattung, die in der zweiten, gefährlichen Zone 14 angeordnet ist.
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Auch in der ersten Zone 12 sind ein verteiltes Steuersystem bzw. DCS (DCS = distributed control system) 22 sowie eine empfangende Netzstromversorgung auf übliche Weise angeordnet, und zwar soll dies eine Isolation vor einer Verbindung mit einer Host-H1-Feldbuskarte 24 vorsehen, die wiederum mit dem Feldbus-Trunk 20 verbunden ist.
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Wie daher wohl bekannt ist, ist der Feldbus-Trunk 20 eingerichtet, um nicht nur Leistung zu liefern, die durch die Endgerätausstattung benötigt wird, die in der zweiten Zone 14 arbeitet, sondern auch Steuerungssignalisierung/Messungssignalisierung usw., die zwischen dem verteilten Steuersystem 22, 24 und der Endgerätausstattung ausgetauscht werden soll, wie beispielsweise Feldeinrichtungen, die unten weiter diskutiert werden und wie sie in der zweiten Zone 14 angeordnet sind.
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In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung der 1 ist der Feldbus-Trunk 20 mit einem Leistungsversorgungsadapter 26 verbunden, der in der zweiten Zone 14 angeordnet ist, der wiederum dazu dient, Leistung an eine Feldbus-Spur-Verdrahtungsstelle 28 in Form einer Megablock-Verdrahtungsstelle zu liefern. In dem veranschaulichten Beispiel weist die Verdrahtungsstelle 28 eine Multi-Drop- bzw. Mehrfach-Abfall-Konfiguration auf, die einen ersten 30 und einen zweiten 32 Feldbus-Spur vorsieht, die entsprechend mit zwei Endgerätausstattungseinrichtungen verbunden sind, wie beispielsweise ersten und zweiten Feldbus-Einrichtungen 34, 36, die natürlich jegliche geeignete Feldeinrichtung aufweisen können zum Empfangen und/oder Liefern von Steuer-/Datensignalisierung.
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Während für eine einfache Bezugnahme der Adapter 26 separat von der Verdrahtungsstelle 28 dargestellt ist, wird natürlich klar sein, dass die Funktionalität beider Elemente 26, 28 auf integrierte Weise innerhalb einer einzelnen Netzwerkeinrichtung vorgesehen werden kann.
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Wie weiter unten diskutiert, ist der Adapter 26 angeordnet, um sowohl Spannungsabsenkung als auch Spannungsbegrenzung hinsichtlich der Spannung vorzusehen, die er von dem Feldbus-Trunk 20 aufnimmt. Die ”abgesenkte” Spannung wird dann an die Verdrahtungsstelle 28 und weiter zu den Feldbuseinrichtungen 34, 36 geliefert.
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Wie klar sein wird, sieht die Funktionalität des Adapters der vorliegenden Erfindung auf vorteilhafte Weise ein separates Steuerungselement vor, das dazu dient, Konformität mit geeigneten Netzwerk/Sicherheitsstandards zu erreichen, und zwar auf eine Weise, die sich deutlich weniger auf die Konformität verlässt, die durch andere Netzwerkeinrichtungen gezeigt wird. Der Adapter des veranschaulichten Ausführungsbeispiels wird in Reihe mit dem Trunk-Eingang der Verdrahtungsstelle 28 vorgesehen und gestattet auf vorteilhafte Weise, dass höhere Ströme mit signifikant längeren Trunk-Kabellängen vorgesehen werden, durch Gestatten einer Verwendung einer höheren Ausgangsspannung von der Feldbusleistungsversorgung 18, die 19 V oder höher sein kann.
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Wie ausführlicher mit Bezug auf die 2 und 3; und 4 und 5 diskutiert wird, sehen die veranschaulichten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung auch zwei Hauptfunktionen vor. Die erste ist das Absenken bzw. der Abfall der eingehenden Spannung, zum Beispiel auf einen Pegel zwischen 11 V und 17 V, und die zweite ist das Vorsehen von Überspannungsschutz, wie er durch die relevanten Sicherheitsstandards erforderlich ist. Weiter wird dies auf eine Weise erreicht, die gestattet, dass Kommunikationssignale im Wesentlichen unverändert zwischen dem Eingang und dem Ausgang oder zwischen dem Ausgang und dem Eingang durchgelassen werden. Diese Funktionen werden auf vorteilhafte Weise mit einem Minimum an Trunk-Stromabfluss implementiert. Weiter kann der Adapter 26 auch eine thermische Schutzschaltung beinhalten, die eingerichtet ist zum Abschalten der Ausgabe für den Fall, dass eine übermäßige Temperatur detektiert wird. Solch ein Ereignis würde normalerweise aufgrund eines Betriebs außerhalb der spezifizierten Bedingungen vorliegen.
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Mit Bezug auf den Aspekt des Spannungsabfalls bzw. der Spannungsabsenkung der vorliegenden Erfindung wird eine Spannungsverringerungsschaltung vorgesehen, um auf lineare Weise die eingehende Spannung von dem Feldbus-Trunk 20 auf eine geeignete Ausgangsspannung, von beispielsweise 15 V, abzusenken. Die Verringerungsschaltung ist so eingerichtet, dass wenn die Spannung unter den geregelten Pegel fällt, dann die Ausgangsspannung einfach der Eingangsspannung nach unten bis zu einem minimalen Pegel von beispielsweise 10 V folgen wird, wie dies für den Betrieb der Verdrahtungsstelle 28 erforderlich ist.
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Eine bestimmte Implementierung wird unten weiter mit anfänglicher Bezugnahme insbesondere auf die 2 und 3 beschrieben.
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Wie oben bemerkt, und mit anfänglicher Bezugnahme auf die 1–3, wird ein Trunk-Eingang einer Spannungsabsenkerschaltung 38 eines Adapters 26 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung so eingerichtet, dass er über eine Strecke des Trunk-Kabels 20 mit einer Gleichstromleistungsquelle 16, 18 verbunden ist, das auch konditioniert ist, um digitale Kommunikation zu unterstützen.
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Im Betrieb dient, wenn die Eingangsspannung an den Spannungsabsenker 38 eine vorbestimmte Ausgangsspannungsgrenze überschreitet, der Spannungsabsenker 38 dazu, seine Ausgabe mittels eines Reihenspannungsanpassungselements 40 zu regeln, um die vordefinierte Spannungsgrenze zu erreichen.
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Die Ausgangsspannung der Spannungsabsenkerschaltung 38 wird durch eine Steuerschaltung 42 überwacht und mit einer Spannungsreferenz 44 verglichen. Jegliche Differenz, die aus diesem Vergleich festgestellt wird, wird innerhalb einer negativen Rückkoppelungsschleife verwendet, um das Reihenspannungsanpassungselement 40 anzupassen, um die erforderliche, geregelte Gleichstromausgabe über ein Element 42B der Spannungsschaltung 42 zu erreichen.
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Wenn die angelegte Eingangsspannung zu niedrig ist, um eine solche Regelung zu erreichen, folgt die Ausgangsspannung des Spannungsabsenkers 38 der Eingangsspannung auf einem Pegel, der marginal unter der Trunk-Eingangsspannung ist. Die Steuerschaltung 42 beinhaltet auch ein Element 42A, das eingerichtet ist, um zu gestatten, dass digitale Kommunikationssignale vom Eingang zum Ausgang durchgeleitet werden, oder vom Ausgang zum Eingang, wie dies erforderlich ist, und zwar mit unwesentlicher Modifikation der Wellenform oder Amplitude.
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2 veranschaulicht das Reihenspannungsanpassungselement 40 im positiven Spannungspfad des Spannungsabsenkers 38, wohingegen 3 eine alternative Konfiguration mit denselben Elementen 38, 40, 42 und 44 zeigt, wobei aber das Reihenspannungsanpassungselement 40 im negativen Spannungspfad der Spannungsabsenkerschaltung 38 vorliegt.
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In einigen Anwendungen wird es notwendig sein, die Trunk-Spannung zu begrenzen, die an die nachgelagert angeschlossenen Einrichtungen angelegt wird, und insbesondere in einem bestimmten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird beabsichtigt, dass die Ausgabe des Spannungsabsenkers 38 direkt in den Eingang einer Spannungsbegrenzerschaltung eingespeist wird.
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Nun mit Bezug auf die 4 und 5 ist eine schematische Veranschaulichung eines solchen Spannungsbegrenzers 46 eines Adapters 26 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung vorgesehen.
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Beim Einsatz in Verbindung mit der Spannungsabsenkerschaltung 38 ist die Spannungsgrenze der Spannungsbegrenzerschaltung 46 so eingerichtet, dass sie ausreichend über der der Spannungsabsenkerausgabe ist, um jegliche signifikante Modifikation der Wellenform oder Amplitude der digitalen Kommunikationssignale zu vermeiden, die durch den Adapter 26 laufen.
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Die Eingangsspannung der Spannungsbegrenzerschaltung 46, die von dem Spannungsabsenker 38, wie dem der 2 und 3, empfangen wird, wird über einen Trunk-Spannungskomparator 38 überwacht und mit einer Referenzspannung 50 verglichen. Wenn bestimmt wird, dass die Ausgangsspannung gleich der vordefinierten Grenzspannung ist oder diese überschreitet, dient der Komparator 38 dazu, einen Reihenschalter 52 anzutreiben bzw. zu betätigen, so dass er einen Hochimpedanzmodus annimmt, und zwar durch Verhindern einer Lieferung von Strom, der an dem Ausgang des Spannungsbegrenzers 46 und damit am Adapter 26 verfügbar ist.
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4 zeigt einen Reihenschalter 52 in dem positiven Spannungspfad der Spannungsbegrenzerschaltung 46, und 5 zeigt eine alternative Konfiguration mit dem Reihenspannungsschalter 52 in dem negativen Spannungsteil der Spannungsbegrenzerschaltung 46.
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Es sollte klar sein, dass die Spannungsverringerungsschaltung auch mittels einer nicht linearen Anordnung implementiert werden kann, wie beispielsweise einer Switch-Mode-Schaltung. Dies würde den Vorteil einer Verringerung von Leistungsableitung mit sich bringen und somit einen größeren Spannungsabfall über die Einrichtung hinweg gestatten und somit die Verwendung von längeren Kabelstrecken.
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Vorteilhafterweise wird die Ausgangsspannung mittels einer oder mehreren Steuerschleifen geregelt, die sicherstellen, dass Feldbuskommunikationssignale von den/an die Feldbuseinrichtungen im Wesentlichen, d. h. effektiv, nicht beeinflusst werden bei ihrem Durchlauf durch den Adapter in jede der Richtungen. Solche Steuerschleifen können vorgesehen werden, um sicherzustellen, dass die Kommunikationssignale auf dem eingehenden Trunk 20 unverändert am Ausgang des Adapters 26 an die Feldverdrahtungsstelle 28 erscheinen, und ähnlich dazu, dass die Kommunikationssignale an der Verdrahtungsstelle 28 über den Adapter 26 an dem Feldbus-Trunk 20 in transparenter Weise erscheinen.
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Nun mit Bezug auf 6 wird dort ein Schaltungsdiagramm eines Beispiels eines Adapters 26 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung vorgesehen.
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Der Adapter 26 ist angeordnet, um eine Eingangsspannung V IN von einem Trunk-Kabel, wie beispielsweise Trunk-Kabel 20 der 1, aufzunehmen und eine Ausgangsspannung V OUT für eine vorwärtsgerichtete Lieferung, beispielsweise an die Verdrahtungsstelle 28 der 1, zu liefern.
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Der Adapter 26 weist Schaltungselemente auf, wie beispielsweise jene, die mit Bezug auf 2 und 3; und 4 und 5 diskutiert werden, und die einen Spannungsabsenkerabschnitt A mit einem integrierten Merkmal einer Kommunikationssignaldurchleitung zwischen den Eingangs- und Ausgangs- oder Ausgangs- und Eingangsseiten des Spannungsabsenkerabschnittes A, und einen Überspannungsschaltabschnitt B beinhalten.
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Mit Bezug zunächst auf den Spannungsabsenkerabschnitt A, wird ein Reihenspannungsanpassungselement 54 vorgesehen, das in diesem Beispiel in dem positiven Spannungspfad des Spannungsabsenkers 26 vorgesehen ist und das einen P-Kanal-FET aufweist, der eingerichtet ist zum Durchlassen der eingehenden Spannung, wenn diese weniger als 15 V ist, und zwar direkt an den Ausgang des Adapters 26 über den Überspannungsschaltabschnitt B, oder zum Begrenzen der Ausgangsspannung auf nominale 15 V, wenn die eingehende Spannung über diesem Pegel ist. Eine verbesserte Frequenzantwort für den Spannungsabsenkerabschnitt A wird durch eine Kapazität 55 parallel zu dem P-Kanal-FET 54 vorgesehen und dient dazu, das Durchlaufen von im Wesentlichen unverzerrten Kommunikationssignalen zwischen Eingang und Ausgang oder zwischen Ausgang und Eingang zu ermöglichen. Eine akkurate Signalreplikation wird für höhere Frequenzen des Kommunikationssignals durch die kapazitive Koppelung erreicht, die durch die Kapazität 55 vorgesehen wird. Für niedrigere Frequenzen des Kommunikationssignals kann eine aktive Steuerschleife vorgesehen werden, um den erforderlichen, akkuraten Signaldurchlauf durch den Adapter zu erreichen. Es wird auch klar sein, dass die erforderliche akkurate Signalreplikation durch aktive Steuerung für die vollständige Kommunikationssignalbandbreite erreicht werden könnte, oder durch kapazitive Kopplung für die gesamte Kommunikationssignalbandbreite.
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Aus 3 wird auch klar sein, dass diese Funktionalität auf der Schiene für niedrige Leistung vorgesehen werden kann und natürlich könnte eine solche Funktionalität durch irgendeine geeignete eine oder auf irgendwelche geeigneten mehreren Halbleiterkomponenten vorgesehen werden.
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Die Steuerung der tatsächlichen Spannung bzw. Ist-Spannung wird mittels einer Spannungssteuerschaltung 56, 58 erreicht, die eine Dualoperationsverstärkeranordnung aufweist, die konfiguriert ist, so dass die Ausgangsspannung auf ein Maximum von 15 V geregelt ist und Kommunikationssignalisierung im Wesentlichen unverändert von Eingang zu Ausgang oder von Ausgang zu Eingang des Adapters 26 kopiert wird, wie dies erforderlich ist.
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Wieder könnte eine solche Funktionalität auch mittels diskreter Halbleiterkomponenten durchgeführt werden. Ein Operationsverstärker 56 sieht eine Kommunikationssignal-Wechselstrom-Steuerschleife vor, wohingegen der Operationsverstärker 58 in Verbindung mit dem Operationsverstärker 56 eine langsamere Gleichstromsteuerschleife vorsieht. Weiter wird ein Transistor 60 als ein Pegelumsetzer innerhalb der Gleichstromsteuerschleife des Operationsverstärkers 58 vorgesehen und eine Diodenkomponente 62 dient zum Vorsehen einer Referenzspannung, um zu gestatten, dass die Ausgangsspannung auf nominale 15 V gesteuert wird. Eine Quelle 64 von niedrigem, konstanten Strom wird auch vorgesehen, um die Spannungsreferenzdiode 62 zu versorgen, so dass die Referenzspannung durch die Kommunikationssignalisierung unbeeinflusst ist und der Trunk-Last-Strom, der durch den Adapter 26 entnommen wird, dann auf geeignete Weise stabil ist. Eine Zener-Diode 66 mit einem Widerstand 68 sieht eine Version einer Ausgabe mit negativer Versetzungsspannung vor, um sicherzustellen, dass der Operationsverstärker 56 einen praktischen Betriebspunkt hat.
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Nun wird auf das Überspannungsschaltelement B Bezug genommen, in diesem veranschaulichten Ausführungsbeispiel weist dieses eine Shunt-Spannungsregelungseinrichtung 70 auf, die eingesetzt wird, um die Ausgangsspannung zu überwachen, und in dem Fall, dass die Ausgangsspannung ein spezifiziertes Maximum überschreitet, beispielsweise 15 V, wird diese Ausgangsspannung entfernt. Während ein integrierter Shunt-Spannungsregelungsschaltkreis bzw. Shunt-Spannungsregelungs-IC (IC = integrated circuit) als ein Beispiel eingesetzt wird, könnte dieselbe Funktionalität natürlich unter Verwendung diskreter Halbleiter und/oder anderer IC-Einrichtungen vorgesehen werden.
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Ein N-Kanal-FET 72 weist ein Steuerelement auf, das dazu dient, den Ausgang in dem Fall einer Identifizierung eines Überspannungszustandes zu trennen, aber wiederum kann diese Funktionalität auch in der Stromschiene (V IN) auf der Seite mit hoher Leistung vorgesehen werden.
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Natürlich gibt es eine Vielzahl von Alternativen, und ein alternatives Schutzverfahren weist das Vorsehen einer Ausgangsspannungsklemme auf, die entweder einen gesteuerten Siliziumgleichrichter oder eine alternative Halbleiterlösung verwendet.
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Es sollte natürlich klar sein, dass die Erfindung nicht auf die Details des veranschaulichten Ausführungsbeispiels begrenzt ist.
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Das heißt, die Erfindung kann bezüglich jeglichen geeigneten komplexen Busnetzwerksystems angewandt werden und insbesondere bezüglich jener, die versuchen, eine auf einfache Weise konforme Steuerung von Netzwerkleistungsversorgungssignalen vorzusehen, die ebenfalls empfindlich gegenüber den Daten sind, die durch das Netzwerk geführt werden.
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Der Adapter kann daher in Beziehung mit irgendeinem geeigneten Hub bzw. irgendeiner geeigneten Zentralstelle oder irgendeiner geeigneten Einrichtungskopplungsvorrichtung und in Beziehung mit irgendeiner Konfiguration von geeigneten Single-Drop- bzw. Einzel-Abfall-Feldbuseinrichtungen oder anderen Feldbuseinrichtungen eingesetzt werden. Auch ist die Erfindung nicht in irgendeiner Weise auf die Details beschränkt, die in der bestimmten Leistungsversorgung oder dem verteilten Steuersystem bzw. DCS (DCS = Distributed Control System) der veranschaulichten Ausführungsbeispiele implizit enthalten sind.
