ES2632464T3 - Circuito de excitación, dispositivo maestro de bus, sistema de detecciones de incendios y sistema de alarma antirrobo que usan el circuito de excitación - Google Patents

Circuito de excitación, dispositivo maestro de bus, sistema de detecciones de incendios y sistema de alarma antirrobo que usan el circuito de excitación Download PDF

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Abstract

Un circuito de excitación para un bus de bucle de dos hilos que comprende: un primer elemento de capacitancia (C1) conectado entre dos alimentaciones (3, 5) de voltaje de entrada; un segundo elemento de capacitancia (C2) conectado entre dos alimentaciones (7, 9) de voltaje de salida; una primera conexión en serie de dos elementos de conmutación (S1, S2) conectada entre las dos alimentaciones (3, 5) de voltaje de entrada; una segunda conexión en serie de dos elementos de conmutación (S3, S4) conectada entre las dos alimentaciones (3, 5) de voltaje de salida; y una inductancia (L1), estando un extremo de la cual conectado entre los dos elementos de conmutación (S1, S2) de la primera conexión en serie, y estando el otro extremo de la misma conectado entre los dos elementos de conmutación (S3, S4) de la segunda conexión en serie.

Description

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DESCRIPCION
Circuito de excitacion, dispositivo maestro de bus, sistema de detecciones de incendios y sistema de alarma antirrobo que usan el circuito de excitacion
La presente invencion se dirige a un circuito de excitacion, un dispositivo maestro de bus, un sistema de detecciones de incendios y un sistema de alarma antirrobo que usan el circuito de excitacion.
Se conocen sistemas de alarma que tienen un modulo de control o dispositivo maestro de bus al que se conectan abonados por medio de una lmea de dos hilos, recibiendo dichos abonados desde el modulo de control, a traves de la lmea de dos hilos operada como un bus de campo, tanto un voltaje de alimentacion como mensajes de comunicacion en forma de trenes de impulsos impresionados en el voltaje de alimentacion como modulacion de voltaje.
Los sistemas de alarma del tipo citado anteriormente son la tecnica anterior. La lmea de dos hilos a la que se conectan los abonados en paralelo puede tener una longitud de entre 1.000 y 2.000 m, por ejemplo, y se encamina frecuentemente en forma de bucle o de anillo, es decir, comienza y termina en el dispositivo maestro de bus. La lmea de dos hilos tambien se denomina simplemente bus de campo.
Los abonados pueden ser sensores, por ejemplo, alarmas de incendios o antirrobo, y/o actuadores, tales como generadores de senal de luz o de senal de sonido. El voltaje de alimentacion para los abonados puede estar en el intervalo de 20 a 40 voltios, por ejemplo, al inicio de la lmea de dos hilos.
La comunicacion entre el dispositivo maestro de bus y los abonados se maneja sobre la base de un protocolo de comunicacion digital. El protocolo de comunicacion digital define intervalos de tiempo o ventanas de tiempo que se usan para transmitir impulsos y trenes de impulsos como mensajes de datos que representan direcciones, comandos e informes, en particular. Dependiendo del significado asignado a ellos, los impulsos pueden comprender impulsos de arranque con una longitud de 1 ms, por ejemplo, impulsos de sincronizacion o de separacion con una longitud de 0,5 ms, por ejemplo, y trenes de impulsos que representan mensajes codificados en bits, con una longitud de impulso unica de entre 100 y 200 |is, por ejemplo.
Cada abonado tiene una interfaz de comunicacion conectada a la lmea de dos hilos, por ejemplo, una interfaz UART para su microcontrolador, cuyo microcontrolador detecta y procesa los impulsos y trenes de impulsos.
Tal sistema se describe por ejemplo en el documento DE 102011010922.6 A1. Este documento muestra un dispositivo maestro de bus que tiene abonados conectados a el mediante una lmea de dos hilos. Los abonados reciben a traves de la lmea de dos hilos tanto un voltaje de alimentacion como mensajes de comunicacion en forma de trenes de impulsos impresionados en el voltaje de alimentacion como modulacion de voltaje.
Con el fin de reducir errores de comunicacion, los abonados son provistos con un transformador, que se proporciona para reducir el voltaje de alimentacion de un valor interno que es menor que el voltaje de alimentacion al menos en la oscilacion de voltaje de los impulsos de los mensajes de comunicacion en la lmea de dos hilos.
Segun este documento preferiblemente se usa como transformador un regulador en fase simple.
Normalmente el dispositivo maestro de bus se equipa con un amplificador de potencia de clase A, B o AB con circuitena de nivel de excitacion/de descarga, que provoca las siguientes desventajas.
El protocolo/nivel de comunicacion no pueden ser generados universalmente (por ejemplo, definidos por software), son normalmente fijos y dependen del hardware. Los tiempos de subida y bajada y de esta manera la frecuencia de transmision tambien son dependientes del hardware.
La disipacion de potencia de los transistores de salida es muy alta. La eficiencia es de solamente de alrededor del 50% al 70%.
La recuperacion de energfa no es posible, por ejemplo, durante la descarga de las capacitancias de lmea y de carga.
El documento EP 2 428 942 A1 describe un circuito con una pluralidad de elementos de bus en donde la conexion y desconexion de los elementos de bus se controlan desde una unidad central mediante conmutadores.
La presente invencion se ha hecho con el fin de superar los problemas anteriores.
Segun la invencion este objeto se logra mediante una combinacion de caractensticas de las reivindicaciones independientes.
Especialmente la invencion proporciona un circuito de excitacion para un bus de bucle de dos hilos que comprende un primer elemento de capacitancia conectado entre dos alimentaciones de voltaje de entrada, un segundo elemento de capacitancia conectado entre dos alimentaciones de voltaje de salida, una primera conexion en serie de dos elementos de conmutacion conectados entre las dos alimentaciones de voltaje de entrada, una segunda conexion en
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serie de dos elementos de conmutacion conectados entre las dos alimentaciones de voltaje de salida, y una inductancia, estando un extremo de la cual conectado entre los dos elementos de conmutacion de la primera conexion en serie, y estando el otro extremo de la misma conectado entre los dos elementos de conmutacion de la segunda conexion en serie.
Segun una realizacion preferida el circuito de excitacion comprende cuatro diodos, estando cada uno conectado de forma que puentea uno de los elementos de conmutacion.
Segun un aspecto adicional de la invencion se proporciona un dispositivo maestro de bus para un bus de bucle de dos hilos que comprende un circuito de excitacion como se ha expuesto anteriormente, un elemento de medicion de corriente para medir la corriente a traves del circuito de excitacion, un controlador para controlar la conmutacion de los elementos de conmutacion.
Ademas, el dispositivo maestro de bus se puede configurar de forma que el controlador controle la conmutacion de los elementos de conmutacion con diferentes temporizaciones preestablecidas, de forma que proporcione diferentes niveles de voltaje en el bus de bucle de dos hilos.
Segun un aspecto adicional de la invencion el dispositivo maestro de bus se configura de forma que conmute de manera sincronizada el primer conmutador de la primera conexion en serie y el segundo conmutador de la segunda conexion en serie.
Un aspecto adicional de la invencion se dirige a un sistema de deteccion de incendios que comprende un dispositivo maestro de bus como se ha expuesto anteriormente y un bus de bucle de dos hilos que comprende una pluralidad de dispositivos de deteccion de incendios conectados entre los dos hilos del bus.
Finalmente la invencion proporciona un sistema de alarma antirrobo que comprende un dispositivo maestro de bus como se ha expuesto anteriormente y un bus de bucle de dos hilos que comprende una pluralidad de dispositivos de deteccion antirrobo y/o dispositivos de alarma conectados entre los dos hilos del bus.
A continuacion se describiran realizaciones preferidas de la invencion con referencia a los dibujos anexos, que muestran:
la Figura 1 un sistema de deteccion de incendios segun la presente invencion;
la Figura 2 un diagrama de bloques del Dispositivo maestro de Bus; y
la Figura 3 un diagrama de circuito de un circuito de excitacion segun la invencion.
Como se ha explicado al principio, los sistemas de alarma comprenden un centro de control o dispositivo 29 maestro de bus (posiblemente tambien centros de control subordinados). El dispositivo 29 maestro de bus tiene tanto el comienzo como el final de una lmea 11, 13 de dos hilos conectados a ella. La lmea 11, 13 de dos hilos tiene numerosos abonados T01, T02, ... T10 conectados electricamente a el en paralelo a intervalos. La lmea 11, 13 de dos hilos proporciona el voltaje de alimentacion para los abonados T01, T02, ... T10 y se usa simultaneamente para comunicacion bidireccional entre el dispositivo 29 maestro de bus y los abonados T01, T02, ... T10. La lmea 11, 13 de dos hilos por lo tanto se denomina tambien bus de anillo o de bucle para abreviar.
Los abonados T01, T02, ... T10 pueden ser, por ejemplo, detectores de incendios, detectores antirrobo, dispositivos de alarma, etc.
En la Figura 1 esta una figura simplificada que muestra la configuracion de tal sistema de alarma. En una realizacion preferida el bus de bucle puede conectar hasta 123 abonados T01, T02, ... T10 y suministra el voltaje de operacion correspondiente. El bus de bucle tambien esta configurado para permitir una comunicacion digital entre los abonados T01, T02, ... T10 y el dispositivo maestro de bus, por ejemplo, por medio de una tecnica de modulacion de impulsos.
Como se menciono anteriormente los abonados pueden tener la funcion de detectores o pueden tener la funcion de dispositivos de alarma, como luces de flash o alarmas acusticas.
La Figura 2 muestra el dispositivo 29 maestro de bus con mas detalle. El dispositivo 29 maestro de bus comprende principalmente un controlador 25 para controlar la operacion del dispositivo 29 maestro de bus y del bus de bucle, una memoria 17 para almacenar datos de operacion y datos de control para el dispositivo 29 maestro de bus, un circuito 19 de excitacion para proporcionar el voltaje operativo y las senales de control para el bus de bucle y las unidades 21, 23 de conmutacion para la conexion de la salida del circuito 19 de excitacion con el lado de entrada de los dos hilos 11, 13 del bus de bucle. Adicionalmente, el dispositivo maestro de bus podna comprender un detector 15 de corriente para detectar la salida de corriente mediante el circuito 19 de excitacion.
El dispositivo 29 maestro de bus puede estar conectado en un lado primario, opuesto al lado del bus de bucle, con un bus de comunicacion, que a su vez se podna conectar a un control central que controla una pluralidad de dispositivos maestros de bus. Adicionalmente, el dispositivo maestro de bus esta conectado a una fuente de
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alimentacion y comprende un convertidor de potencia para proporcionar un voltaje de operacion interno, por ejemplo, 42 V, que se suministra al lado de entrada del circuito 19 de excitacion.
El dispositivo 29 maestro de bus puede comprender elementos adicionales dedicados a diferentes operaciones de control y a la operacion interna del dispositivo 29 maestro de bus. Lo cual no se explicara con mas detalle en esta solicitud.
La Figura 3 muestra con mas detalle el circuito 19 de excitacion de la Figura 2.
El lado de entrada del circuito 19 de excitacion esta conectado entre tierra 3 y una lmea 5 de voltaje interno del dispositivo 29 maestro de bus, que forman las alimentaciones de voltaje de entrada del circuito de excitacion.
El lado de salida del circuito de excitacion esta conectado entre tierra 7 y una lmea 9 de voltaje de salida del dispositivo 29 maestro de bus, que juntas forman las alimentaciones de voltaje de salida. Las alimentaciones 7, 9 de voltaje de salida estan conectadas con los hilos respectivos del bus 11, 13 de bucle.
En el lado de entrada del circuito 19 de excitacion esta conectado un primer elemento de capacitancia C1, preferiblemente un condensador, entre tierra 3 y la lmea 5 de voltaje interno. El condensador C1 no esta limitado especialmente a un tipo de condensador particular.
En paralelo al condensador C1 hay conectada una conexion en serie de dos elementos de conmutacion S1, S2. Aqu se puede usar cualquier tipo de conmutador, como transistores. Los transistores no estan limitados a un tipo de transistor particular. Por ejemplo, es posible el uso de FET o de transistores bipolares de canal n o canal p.
En la realizacion preferida de la Figura 3 hay previsto un diodo D1, D2 respectivo conectado en paralelo a un conmutador S1, S2 respectivo. Los diodos estan previstos con la orientacion identica y de forma que bloquean una corriente que fluye desde la lmea 5 de voltaje interno a tierra 3, mientras que permiten el flujo de una corriente en la direccion opuesta.
En un punto intermedio entre los dos conmutadores S1 y S2 de la primera conexion en serie de elementos de conmutacion hay conectado un extremo de una inductancia L1. El otro extremo de la inductancia L1 esta conectado con el lado de salida del circuito 19 de excitacion.
En el lado de salida del circuito 19 de excitacion hay conectado un segundo elemento de capacitancia C2, preferentemente un condensador, entre tierra 7 y la lmea 9 de voltaje de salida. El condensador C2 no esta limitado especialmente a un tipo de condensador particular.
En paralelo al condensador C2 hay conectada una segunda conexion en serie de dos elementos de conmutacion S3, S4. Aqu se puede usar cualquier tipo de conmutador, como transistores. Los transistores no estan limitados a un tipo de transistor particular. Por ejemplo, es posible el uso de FET o de transistores bipolares de canal n o canal
p.
En la realizacion preferida de la Figura 3 hay previsto un diodo D3, D4 respectivo conectado en paralelo a un conmutador S3, S4 respectivo. Los diodos estan previstos con la orientacion identica y de forma que bloquean una corriente que fluye desde la lmea 9 de voltaje de salida a tierra 7, mientras que permiten el flujo de una corriente en la direccion opuesta.
Los elementos de conmutacion S1 a S4 son operados bajo el control de la unidad 25 de control del dispositivo 29 de bus maestro.
En el modo de operacion preferido los elementos de conmutacion S1 y S4 son operados en la misma temporizacion.
Si los elementos de conmutacion S1 y S4 estan en el estado abierto, mientras que los elementos de conmutacion S2 y S3 estan cerrados, el voltaje interno del dispositivo 29 de bus maestro cargara el condensador C1. La lmea 9 de voltaje de salida sera alimentada con la energfa almacenada en la inductancia L1 y en el condensador C2.
Al cerrar los elementos de conmutacion S1 y S4 y abrir los elementos de conmutacion S2 y S3, la energfa acumulada en el condensador sera transferida a la inductancia L1.
Cuando se abren de nuevo los elementos de conmutacion S1 y S4 y se cierran S2 y S3, la energfa acumulada en la inductancia L1 sera transferida al lado de salida y recargara el condensador C2.
Bajo la prevision de que el voltaje de alimentacion interno del dispositivo de bus maestro es constante, por ejemplo, 42 V, el voltaje en la lmea 9 de salida se determinara solamente mediante la temporizacion de la conmutacion.
Usalida/Uentrada _ tencendido (S1, S4) / tapagado (S1, S4)
_ tencendido (S1, S4) / (T —tencendido (S1, S4))
= 1 / ((T / tencendido (S1, S4)) -1)
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Donde T es la suma de tencendido (S1, S4) y tapagado (S1, S4), y donde tencendido (S1, S4) es el tiempo durante el cual estan cerrados los elementos de conmutacion S1 y S4 mientras que tencendido (Si, S4) / tapagado (S1, S4) es el tiempo durante el cual estan abiertos Si y S4. El ciclo de trabajo dc sera T/tencendido (Si, S4).
En cuanto al circuito de excitacion opera como un convertidor reductor-elevador. Como es bien sabido los dos estados de operacion de un convertidor reductor-elevador son: a) cuando los elementos de conmutacion Si, S4 se encienden, la fuente de voltaje de entrada suministra corriente a la inductancia Li, y el condensador C2 suministra corriente al bus de bucle (carga de salida). Cuando se abren los elementos de conmutacion Si, S4, la inductancia suministra corriente al bucle de bus.
A partir de lo anterior esta claro que una persona experta sera capaz de implementar diferentes voltajes de salida, para ser suministrados al bus de bucle de dos hilos.
Debido a esta construccion es posible implementar una pluralidad de diferentes niveles de voltaje en el bus para una modulacion de amplitud de una senal digital.
Ademas, mientras se mantiene el ciclo de trabajo sin cambios, pero variando la frecuencia de conmutacion es posible formar la tasa de respuesta del voltaje de salida como se desee.
Por lo tanto, el dispositivo maestro de bus se puede usar para una pluralidad de buses de bucle diferentes que tienen diferentes protocolos de bus con respecto a los niveles de voltaje, tasas de respuesta, etc., sin una modificacion del hardware, simplemente controlando la conmutacion de los elementos de conmutacion Si a S4.
En lugar de usar el tipo de amplificador descrito anteriormente, es decir, un amplificador de potencia A, B o AB con circuitena de nivel de excitacion/de descarga adicional, se usa una circuitena de excitacion de modo conmutado. El principio basico es bien conocido y usado, por ejemplo, en reguladores de voltaje de conmutacion. Pero nunca se ha usado como excitador para sistemas de bucle de dos hilos. La invencion usa una topologfa reductor-elevador en cascada con cuatro conmutadores/transistores, cuatro diodos (en caso de FET, se pueden usar los diodos en masa) y un inductor.
Como se ha tratado anteriormente a partir de los cuatro conmutadores se operan simultaneamente dos conmutadores provocando un modo de control de bucle abierto. No es necesario un control de bucle cerrado.
Los niveles de comunicacion se pueden ajustar facilmente.
El voltaje de salida solamente es dependiente del voltaje de entrada, que se puede suponer como casi constante en esta solicitud, y del tiempo de encendido/apagado del par de elementos de conmutacion Si, S4.
Para la operacion mas simple no es necesario medir el voltaje de salida. Ademas, los cuatro conmutadores se pueden controlar individualmente para permitir algunos modos de operacion especiales y para mejorar la eficiencia.
La solucion ofrece protocolo/niveles de comunicacion definidos por software y la reduccion de la frecuencia de transmision/tasa de respuesta si es necesario.
Esta habilitado el uso universal como excitador o convertidor para cualquier sistema de bucle de dos hilos. Las circuitenas de nivel de excitacion/descarga de lmea especiales y adicionales estan obsoletas.
Una ventaja adicional es una disipacion de potencia muy reducida (eficiencia > 90%), una buena recuperacion de energfa y una medicion de corriente integrada con el detector i5 de corriente.

Claims (7)

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    REIVINDICACIONES
    1. Un circuito de excitacion para un bus de bucle de dos hilos que comprende:
    un primer elemento de capacitancia (C1) conectado entre dos alimentaciones (3, 5) de voltaje de entrada; un segundo elemento de capacitancia (C2) conectado entre dos alimentaciones (7, 9) de voltaje de salida;
    una primera conexion en serie de dos alimentaciones (3, 5) de voltaje de entrada;
    elementos de conmutacion (S1, CM CO conectada entre las dos
    una segunda conexion en serie de dos alimentaciones (3, 5) de voltaje de salida; y
    elementos de conmutacion (S3, S4) conectada entre las dos
    una inductancia (L1), estando un extremo de la cual conectado entre los dos elementos de conmutacion (S1, S2) de la primera conexion en serie, y estando el otro extremo de la misma conectado entre los dos elementos de conmutacion (S3, S4) de la segunda conexion en serie.
  2. 2. Un circuito de excitacion segun la reivindicacion 1, que comprende ademas:
    cuatro diodos (D1 a D4) estando cada uno conectado de forma que puentea uno de los elementos de conmutacion (S1 a S4).
  3. 3. Un dispositivo maestro de bus para un bus de bucle de dos hilos, comprendiendo dicho dispositivo maestro de bus:
    un circuito (19) de excitacion segun la reivindicacion 1 o 2;
    un elemento (15) de medicion de corriente para medir la corriente a traves del circuito de excitacion; un controlador (13) para controlar la conmutacion de los elementos de conmutacion (S1 a S4).
  4. 4. El dispositivo maestro de bus segun la reivindicacion 3, en donde
    el controlador (13) esta configurado de forma que controla la conmutacion de los elementos de conmutacion (S1 a S4) con diferentes temporizaciones prestablecidas, de forma que proporcionen diferentes niveles de voltaje en el bus de bucle de dos hilos.
  5. 5. El dispositivo maestro de bus segun la reivindicacion 4, en donde
    el controlador (13) esta configurado de forma que conmute de manera sincronizada el primer conmutador (S1) de la primera conexion en serie y el segundo conmutador (S4) de la segunda conexion en serie.
  6. 6. Un sistema de deteccion de incendios que comprende:
    un dispositivo (29) maestro de bus segun cualquiera de las reivindicaciones 3 a 5; y
    un bus (11, 13) de bucle de dos hilos que comprende una pluralidad de primeros dispositivos (T01 - T10) de deteccion de incendios conectados entre los dos hilos del bus.
  7. 7. Un sistema de alarma antirrobo que comprende:
    un dispositivo maestro de bus segun cualquiera de las reivindicaciones 3 a 5; y
    un bus (11, 13) de bucle de dos hilos que comprende una pluralidad de dispositivos (15) de deteccion antirrobo y/o dispositivos de alarma conectados entre los dos hilos del bus.
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