DE3931539A1

DE3931539A1 - Terminal connector to voltage supply bus - has diode between bus and connector in front of output coupling capacitors

Info

Publication number: DE3931539A1
Application number: DE19893931539
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl Ing Hammer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1989-09-21
Filing date: 1989-09-21
Publication date: 1991-04-04

Abstract

Over the bus is supplied the operating voltage to the connector, while each terminal is fitted with an output coupler for the transmitted data and the supply voltage. The output coupler contains a capacitor. In front of the capacitor of the output coupler is incorporated a diode between the bus and the terminal. A constant current source is pref. connected in series to the diode and in parallel to the capacitor. Thus a forward current flow is secured through the diode in operation. A resistor (Rv) is replaced by the constant current source. USE/ADVANTAGE - Current supply in potentially explosive environment. Reliable line terminal for bus.

Description

Technisches Problem
Wenn ein Bus durch explosionsgefährdete Bereiche geführt wird und wenn die Busleitung als eigensicher eingestuft werden soll, unterliegen Strom und Spannung auf der Leitung strengen Be schränkungen. Sowohl der Strom, welcher bei einem Kurzschluß an einer beliebigen Stelle fließen kann, als auch die Leerlauf spannung, dürfen bestimmte Grenzen nicht überschreiten. Die Grenzen sind durch Normen (DIN VDE 0170/0171 Teil 108, EN 50 020) geregelt oder werden im Einzelfall von den Zulassungsbehörden festgelegt.Technical problem
If a bus is routed through potentially explosive areas and if the bus line is to be classified as intrinsically safe, the current and voltage on the line are subject to strict restrictions. Both the current, which can flow at any point in the event of a short circuit, and the open circuit voltage, must not exceed certain limits. The limits are regulated by standards (DIN VDE 0170/0171 part 108, EN 50 020) or are determined in individual cases by the approval authorities.

Bei der Berechnung des Stromes müssen alle Einheiten mit be rücksichtigt werden, welche im Falle eines Einzelfehlers (Kategorie "ib") oder eines Doppelfehlers (Kategorie "ia") Energie in die Leitung einspeisen können. Im Idealfall sollte nur die Fernspeise-Einrichtung dazu in der Lage sein.When calculating the current, all units with be are taken into account, which in the case of an individual error (Category "ib") or a double fault (category "ia") Being able to feed energy into the line. Ideally, should only the remote feed facility will be able to do this.

Falls die Teilnehmer mit einer Dioden- oder Widerstands-Zener- Barriere von der Leitung getrennt sind, ist sichergestellt, daß hier keine Energieverschleppung stattfinden kann.If the participants use a diode or resistance zener Barrier are separated from the line, it is ensured that no carryover of energy can take place here.

Bei Bussen, bei welchen die Teilnehmer über die Signalleitung durch einen Gleichstrom mit Hilfsenergie versorgt werden, müs sen die an beiden Enden der Busleitung notwendigen Anschluß- Widerstände für diesen Gleichstrom hochohmig sein.For buses in which the participants use the signal line must be supplied with auxiliary energy by a direct current the necessary connections at both ends of the bus line Resistors for this direct current must be high-resistance.

Presentation of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen eigensicheren Leitungsabschluß an der Busleitung vorzusehen. Diese Aufgabe ist bei einer Anordnung gemäß Anspruch 1 gelöst. The invention has for its object an intrinsically safe Provide line termination on the bus line. This task is solved in an arrangement according to claim 1.

Für nicht eigensichere Busse kann der Leitungsabschluß durch die Reihenschaltung eines Kondensators und eines dem Wellen widerstand entsprechenden ohmschen Widestandes ausreichend gut realisiert werden. Die Kapazität dieses Kondensators muß so bemessen sein, daß im Frequenzbereich des zu übertragenden Signals der Scheinwiderstand sehr klein gegen den Wellenwider stand des Kabels ist. Da der Kondensator jedoch einen Energie speicher darstellt, muß er bei der Strombilanz berücksichtigt werden, wenn das Bussystem eigensicher sein soll.For non-intrinsically safe buses, the line termination can be the series connection of a capacitor and one of the waves resistance corresponding to the ohmic resistance sufficiently good will be realized. The capacitance of this capacitor must be like this be dimensioned so that in the frequency range of the transmitted Signal the impedance very small against the wave resistance state of the cable is. However, since the capacitor has an energy represents memory, it must be taken into account in the electricity balance if the bus system is to be intrinsically safe.

Nach der genannten Norm EN 50 020 darf der Kondensator wie eine Konstantspannungsquelle betrachtet werden (Wellenspannung = maximale Ladespannung). Diese Betrachtung würde jedoch zu nicht praktikablen Ergebnissen führen, da als Strombegrenzungs- Widerstand nur der ohmsche Anteil des Leitungsabschlusses wirk sam ist, welcher identisch ist mit dem ohmschen Anteil des Wel lenwiderstandes.According to the mentioned standard EN 50 020, the capacitor may be as a constant voltage source can be considered (shaft voltage = maximum charging voltage). However, this consideration would be too impractical results, as current limiting Resistance only affects the ohmic part of the line termination sam, which is identical to the ohmic part of the world resistance.

So wäre z.B. bei einer Leitungslänge von 1 km und einer Spei sespannung von 19 V ein maximaler Gesamtstrom von 170 mA zu lässig. Der im Worst Case vom Leitungsabschluß (momentan) ge lieferte Strom beträgt aber (mit Z=100) 19 V/100=190 mA, die Eigensicherheitsbedingung verletzen.For example, with a line length of 1 km and a spoke voltage of 19 V to a maximum total current of 170 mA casual. The worst case from the line termination (currently) ge delivered current is (with Z = 100) 19 V / 100 = 190 mA, violate the intrinsic safety condition.

Da der vom Kondensator gelieferte Strom exponentiell abnimmt, ist die oben genannte Bedingung möglicherweise zu hart. Zünd tests haben dies bestätigt, es gibt jedoch bisher keine Richt linie oder Norm, welche eine saubere Dimensionierung des Lei tungsabschlusses nach Fig. 1 ermöglichen. Die Kombination von Leitung, Speisegerät und Abschlußwiderstand wird im Einzelfall einem Zündtest unterworfen werden müssen. Der Einfluß des Lei tungsabschlusses ist dabei um so größer, je niedriger die untere Grenzfrequenz des Leitungssignals gewählt ist. Eine Lösung, welche den Einfluß de Abschlußwiderstands auf die Eigensicherheit eliminiert, hat daher nicht nur Vorteile be züglich der Realisierung, sondern auch bezüglich der Genehmi gungsfähigkeit.Because the current supplied by the capacitor decreases exponentially, the above condition may be too harsh. Ignition tests have confirmed this, but so far there is no guideline or standard which enables a clean dimensioning of the line termination according to FIG. 1. The combination of line, power supply and terminating resistor will have to be subjected to an ignition test in individual cases. The influence of the line termination is greater, the lower the lower limit frequency of the line signal is selected. A solution that eliminates the influence of the terminating resistance on intrinsic safety therefore has advantages not only in terms of implementation, but also in terms of approval.

Representation of exemplary embodiments

In den Fig. 1 bis 7 sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Anordnung angegeben.In Figs. 1 to 7, preferred embodiments of the inventive arrangement are set forth.

Die Lösung beruht auf der Idee, die Kondensatoren der Abschlüs se - von der Leitung aus gesehen - hinter Dioden-Barrieren zu verlegen.The solution is based on the idea of the capacitors of the terminations se - seen from the line - behind diode barriers embarrassed.

Dies ist relativ einfach, wenn der Abschluß in einen fernge speisten Teilnehmer/Endgerät integriert werden kann, da diese Teilnehmeranschlüsse eine Diodenbarriere enthalten. Fig. 2 zeigt hierzu ein Ausführungsbeispiel.This is relatively simple if the termination can be integrated into a remote-powered subscriber / terminal, since these subscriber connections contain a diode barrier. Fig. 2 this shows an exemplary embodiment.

Im Prinzip kann jeder Leitungsabschluß mit einer Dioden-Bar riere versehen werden, wie in Fig. 3 im Prinzip dargestellt. Der Widerstand Rv kann durch eine Konstantstromquelle ersetzt werden. Es muß sichergestellt werden, daß die Diode im Betriebsfall immer einen Strom I 0 führt.In principle, each line termination can be provided with a diode barrier, as shown in FIG. 3 in principle. The resistor Rv can be replaced by a constant current source. It must be ensured that the diode always carries a current I 0 during operation.

Die in Fig. 3 dargestellte Lösung hat den Nachteil, daß der Abschluß der Leitung Hilfsenergie entnimmt. Es gibt jedoch eine Möglichkeit, durch Integration des Abschlusses in die Barriere der Fernspeisung diesen Nachteil zu umgehen.The solution shown in Fig. 3 has the disadvantage that the termination of the line takes auxiliary energy. However, there is a way to avoid this disadvantage by integrating the termination into the barrier of remote feeding.

Die dem Speisegerät vorgeschaltete oder im Gerät integrierte Barriere besteht oft aus einer Schaltung, wie in Fig. 4 darge stellt.The barrier upstream or integrated in the device often consists of a circuit, as shown in Fig. 4 Darge.

Eine andere Möglichkeit ist mit dem in der Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeispiel angegeben. Der Leitungsabschluß kann hier bei in beide Varianten integriert werden, ohne daß der Konden sator die Eigensicherheit beeinflußt (Fig. 6 und Fig. 7).Another possibility is given with the embodiment shown in FIG. 5. The line termination can be integrated here in both variants without the capacitor influencing the intrinsic safety ( Fig. 6 and Fig. 7).

In Fig. 7 wird der Kondensator C1 in beiden Versionen beim Leitungs-Kurzschluß wegen der Diode D nicht über die Leitung entladen. Der Konstantstrom I_V muß mindestens so groß sein, daß die Diode auch dann durchgesteuert ist, wenn über den Konden sator ein Signalstrom fließt, der dem Strom I_V entgegengerich tet ist. Die verfügbare Hilfsenergie auf der Leitung wird durch den Leitungsabschluß jedoch nicht verringert. Der Kondensator C1 muß allerdings, wie alle Bauteile der Barriere, als Reihen schaltung zweier Bauelemente ausgelegt werden.In Fig. 7, the capacitor C 1 is not discharged in both versions in the line short circuit due to the diode D via the line. The constant current I _V must be at least so large that the diode is also turned on when a signal current flows through the capacitor, which is the current I _V counter direction. However, the available auxiliary energy on the line is not reduced by the line termination. However, the capacitor C 1 , like all components of the barrier, must be designed as a series connection of two components.

Claims

1. Arrangement for connecting terminals to a bus line

- a supply voltage supplied via the bus line,
one decoupling device per terminal for the data to be transmitted and for the supply voltage,
- The decoupling device contains a capacitor, characterized in that
- A diode is arranged between the bus line and the terminal in front of the capacitor of the decoupling device.

2. Arrangement for connecting terminals to a bus line according to claim 1, characterized in that

a constant current source is connected in series with the diode and in parallel with the capacitor,
- It is ensured that the diode carries a forward current I 0 during operation.