JP4875069B2

JP4875069B2 - フィールド機器の電力調整

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Publication number: JP4875069B2
Application number: JP2008512493A
Authority: JP
Inventors: スマート，ハラルド，アール; レヴェスク，ピータ，エス
Original assignee: Dresser LLC
Current assignee: Dresser LLC
Priority date: 2005-05-20
Filing date: 2006-05-17
Publication date: 2012-02-15
Anticipated expiration: 2026-05-17
Also published as: CA2608202A1; EP1883869A1; WO2006127373A1; DE602006012178D1; JP2008541692A; US20060273776A1; EP1883869B1; ATE457481T1; US7480487B2

Description

本発明は、「フィールド機器の電力調整」という名称で２００５年５月２０日に出願された米国特許出願番号第１１／１３４，０３１の利益を主張するものである。

本記載は電力、より具体的には電力調整に関する。

フィールド機器（例えばバルブ・ポジショナ）は種々様々の環境の中で商用および産業用に使用される。フィールド機器の様々な用途の故に、フィールド機器は、しばしば、電源が容易に利用できない遠隔地域および／または危険な環境で操作される。これらの場合および他の多くの場合に、多くのフィールド機器は、それらの制御信号発信システム（例えば、４〜２０ｍＡシステム）からそれらの電力の少なくとも一部を得る。この電力を用いてセンサ、アクチュエータ、コントローラおよびトランシーバを含むフィールド機器の様々な電子部品を作動させることができる。

発明の要約

様々な理由（例えば、電力消費量、信頼性、および安全性）で、一般的に、フィールド機器の電子部品を制御信号発信システム（例えば、１０Ｖ対２４Ｖ）より低い電圧で操作するのが望ましい。フィールド機器での典型的な電圧ダウン・コンバート装置は、スイッチト・キャパシタ電圧変換器および線形電圧変換器である。

残念ながら、制御信号発信システムの有する電力はしばしば、比較的低い（例えば、＜２Ｗ）。そして、フィールド機器に使用される電子部品の数および複雑さが増大するにつれ、電流・電力引出技法を用いて十分な電力を得ることができなくなる。

フィールド機器は、それらの通信信号発信からそれらの電力の少なくとも一部を引き出すことができる。通信信号発信から引き出された電力の調整は、安全および／または性能を考慮すると重要なことがある。

一般的な一態様では、フィールド機器についての電力調整プロセスは、通信信号を受け取ることと、この通信信号の電流に基づいて電力変換器に供給される電圧を調節することとを含んでよい。このプロセスは、電力変換器で通信信号の電力を変換することも含んでよい。

このプロセスは、通信信号の不適切な特性（例えば、不適切な電圧レベル、不適切な電流レベル、または不適切な雑音レベル）を監視することをさらに含んでもよい。この通信信号を修正して不適切な信号特性を較正することができる。

通信信号の電流に基づいて電力変換器に供給される電圧の調節は、様々な方法で実施することができる。具体的な実装形態では、信号電流が小さいときは電圧の増大を必要とし、信号電流が大きいときは電圧の減少を必要とする。通信信号が通信ループ信号のときは、例えば、供給電圧は、電流が約４ｍＡのときは約９Ｖに、電流が約２０ｍＡのときは約７Ｖになることがある。この電圧は、信号電流に関して概略線形ベースで調節することができる。

このプロセスは、通信信号の電圧が適切であるかどうかを判断することを含んでもよく、通信信号の電圧が適切でないとき、この通信信号を電力変換器で電力変換することが拒絶される。具体的な実装形態では、通信信号の遮断が生じているかどうかを判断することを含んでよく、通信信号の遮断が生じた場合、この電力変換器には電力が一時的に供給される。

このプロセスは、通信信号を第２の電力変換器で電力変換することをさらに含んでもよい。

別の一般的な態様では、フィールド機器は、通信インターフェースと電力変換器と調節可能な電圧調整器とを含んでよい。通信インターフェースは通信信号を受信する働きをすることができ、電力変換器はこの通信インターフェースと結合することができ、通信信号の電力を変換する働きをすることができる。調節可能な電圧調整器は、通信信号の電流に基づいて電力変換器に供給された電圧を調節する働きをすることができる。例えば、この調節可能な電圧調整器は、信号電流が小さいとき供給電圧を増大させ、信号電流が大きいとき供給電圧を減少させる。

フィールド機器は、電力モニタおよび／または電源（例えば、コンデンサ）を含んでもよい。電力モニタは通信インターフェースと電力変換器とに結合し、通信信号が適切かどうか判断する働きをすることができる。そして、通信信号の電圧が適切であれば電力変換器を操作可能にする。電源も通信インターフェースと電力変換器とに結合することができる。この電源は、通信信号が中断されるとき一時的な供給電力を電力変換器に供給する働きをすることができる。

フィールド機器は、第２の電力変換器をさらに含んでもよい。この第２の電力変換器は通信インターフェースに結合し、通信信号の電力を変換する働きをすることができる。

具体的な一態様では、フィールド機器は通信インターフェース、第１の電力変換器、第２の電力変換器、調整可能な電圧調整器、電力モニタ、および電源を含む。通信インターフェースは通信ループ信号を受信する働きをすることができる。そして第１の電力変換器と第２の電力変換器とはこの通信インターフェースに結合している。これらの第１の電力変換器と第２の電力変換器とは通信ループ信号の電力を変換する働きをすることができる。調整可能な電圧調整器はこれらの電力変換器に結合し、通信ループ信号の電流に基づいて電力変換器に供給された電圧を調節する働きをすることができる。信号の調節には、信号電流が低いとき電圧を増大させることと、信号電流が高いとき電圧を低減させることとを含む。電力モニタおよび電源は通信インターフェースと電力変換器とに結合する。電力モニタは通信ループ信号の電圧が適切かどうかを判断する働きをし、通信ループ信号の電圧が適切なとき、電力変換器を操作可能にする。電源は通信ループ信号が中断されるとき、電力変換器に一時的に電力を供給する働きをすることができる。

様々な実装形態には１つまたは複数の特徴を有することができる。例えば、電力調整によって、小電流では大電流よりも電圧をより多く利用できるという事実を利用して、通信信号から増大した電力を与えることができる。別の例として、電力調整によって、二次的な通信プロトコルに必要な周波数依存のインピーダンスを提供することができる。追加の例として、電力調整によって、信頼できる初期化および過渡性能を提供し、かつ／または有害な入力信号効果に対して防御することができる。

１つまたは複数の実装形態の詳細を添付の図面および以下の記載で説明する。他の特徴は、以下の記載および図面、ならびに特許請求の範囲から明らかになるであろう。

様々な図面において同じ参照記号で同じ要素を示す。

プロセス監視および／またはプロセス制御は、様々な種類のフィールド機器によって実現できる。例えば、流体プロセス用の流体調整器（例えば、バルブ）は、流体調整器コントローラ（例えば、バルブ・ポジショナ）によって制御することができる。多くの種類のフィールド機器は、その電力の少なくとも一部分を外部制御信号から引き出している。しかし、フィールド機器の構成部品にとっては、それらの制御電力が制御信号（例えば、より低い電圧での）からの異なる電力フォーマットにあることが好ましいことがある。したがって、制御信号中の電力は異なるフォーマットに変換することができる。制御信号中の電力を効率よく変換することによって、追加の構成部品および／またはより精巧な構成部品をフィールド機器中に含むことが可能になる。

図１に流体調整システム１００を示す。流体調整システム１００は、流体調整器１１０とフィールド機器の一例である流体調整器コントローラ１２０とを含む。流体調整器１１０は、流体（液体および／または気体）と物理的に接触して流体に作用する。そして、流体調整器コントローラ１２０はこの流体調整器１１０を制御し、したがって、流体を制御する。

より詳細には、流体調整器１１０はプラグ１１２とステム１１４とを含む。このプラグ１１２は、流体と接触して流体を制御し、その特性（例えば、流量および／または圧力）を変えることに関与する。流体を変えるために、プラグ１１２は一般に、この流体が入っている容積内に移動し、流体調整器の一部であってもよく、または一部でなくともよい。このプラグ１１２は、プラスチック、金属、ゴム、複合材、または他の任意の適切な材料からなってもよい。ステム１１４はプラグ１１２に結合しており、平行移動することを伝達して調整された流体に相対的にプラグ１１２を移動させることに関与する。ステム１１４は、例えば、金属からなる棒でよい。特定の実装形態では、流体調整器１１０は弁（例えば、玉型弁）でよい。しかし、他の実装形態では、流体調整器１１０は、流体に作用する他の任意の適切な装置でよい。

流量調整器コントローラ１２０（例えば、バルブ・ポジショナでよい）は、アクチュエータ１２２、電気／圧力変換器１２４、サーボ１２６、およびプロセッサ１２８を含むバルブ・ポジショナでよい。アクチュエータ１２２はステム１１４に連結しており、このステム、したがってプラグ１１２の移動に関与する。この実装形態では、アクチュエータ１２２は、供給管路１４０からの圧力を受け取る空気圧式アクチュエータである。アクチュエータ１２２は、例えば、圧力差が加えられたピストンまたは圧力作動ばねを含んでよい。電気／圧力変換器１２４はアクチュエータ１２２に連結し、電気的な制御信号（電流および／または電圧）をアクチュエータ１２２の圧力制御信号に変換することに関与する。これを遂行するために、電気／圧力変換器１２４は空気圧で付勢され、供給管路１４０から圧力を受ける。電気／圧力変換器１２４は、例えば、スプール弁または空気圧リレーを含んでよい。

サーボ１２６は、電気／圧力変換器１２４に結合し、電気／圧力変換器１２４用の電気制御信号の生成に関与する。サーボ１２６は、例えば、比例積分微分（ＰＩＤ）調節器でよい。プロセッサ１２８はサーボ１２６に結合し、プラグ１１２を如何に制御するかの決定に関与する。このプロセッサ１２８は、例えば、マイクロプロセッサ、プログラマブル・ゲート配列、あるいは論理的なやり方で情報を操作する他の任意の適切な装置でよい。プロセッサ１２８は一般的にメモリを含み、このメモリはランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、読取り専用メモリ（ＲＯＭ）、コンパクト・ディスク読取り専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、レジスタ、および／または情報を保存することができる他の任意の適切な装置を含んでよい。このメモリは、プロセッサ用のコマンド、流体調整システム１００に関するデータ、および／または他の任意の適切な情報を保存することができる。

流体調整器コントローラ１２０は、温度センサ１３０、通信インターフェース１３２、および電力調整器１３４もさらに含む。温度センサ１３０は、システム１００の電子機器およびセンサの温度決定に関与し、温度効果を補償することができるプロセッサ１２８にこの情報を提供する。この温度センサ１３０は、例えば、抵抗性温度装置、または熱電対でよい。通信インターフェース１３２はプロセッサ１２８に結合し、このプロセッサが通信ループ１７０を越えて流体調整システム１００の外部と情報の送受信することを可能にする。送信された情報は、例えば、調整された流体および／または流体調整システムの１つまたは複数の条件を含むことができる。受信された情報は、例えば、流体を調整するためのコマンドおよび／または指示、および／または状態の問合せを含んでよい。通信インターフェース１３２は、モデム、ネットワーク・インターフェイス・カード、トランス、または、通信ループ１７０を越えて情報を送受信する他の任意の適切な装置でよい。この装置は、流体調整コントローラ１２０が通信インターフェースを介して受信した信号から電力を取り出すことを可能にする任意の適切な技法（例えば、ハート、ファウンデーションフィールドバス、または４〜２０ｍＡ）に従って操作することができる。通信インターフェース１３２は、バリアと流体調整コントローラを本質的に安全にするのを支援する他の構成部品とを含んでもよい。

電力調整器１３４は通信インターフェース１３２とプロセッサ１２８とに連結し、この通信インターフェース１３２を介して受信された信号中の電力を、この実装形態での流体調節コントローラの構成部品、すなわち、電気／圧力変換器１２４、サーボ１２６、およびプロセッサ１２８に電力を与えるための適切なフォーマットに変換するのに関与する。電力調整器１３４は、電流出力が負荷と共に変化することを可能にする一方、一貫した電圧出力を生成することができる。例えば、電力変換器は、９Ｖで２０ｍＡの信号を３．３Ｖで１０ｍＡの信号に、また１１Ｖで４ｍＡの信号を３．３Ｖで１０ｍＡの信号に変換することができる。電力変換によって、電力消費を減らし、この流体調節コントローラの信頼性と安全性とを増大させることができる。具体的な実装形態では、電力調整器１３４は低電力バック・コンバータを用いてこれを達成することができる。このバック・コンバータは、比較的低いループ電力（例えば、＜２Ｗ）においてですら９０％を超える変換効率を可能にする。また、電力調整器１３４は、供給電流に応じて変わる電力変換プロセスに用いられる電圧を調節することもできる。より低い電流の信号用のより高い電圧を用いることによって、電力調整器１３４は、例えば、より多くの電力を流体調整システム１００の構成部品に配給可能にする。余剰な電力は、電力調整器を介して短絡させることができる。

流体調整システム１００は、また、位置センサ１５０および圧力センサ１６０も含む。この実装形態では、電力調整器１３４もループ信号を位置センサ１５０および圧力センサ１６０用の適切な電力に変換する。

位置センサ１５０は、プラグの位置と相関のあるステム１１４の位置の決定に関与し、この情報をプロセッサ１２８に提供する。この位置センサ１５０は、電気的、電磁気的、光学的、および／または機械的な技法によって操作することができる。具体的な実装形態では、この位置センサ１５０は、電磁センサ（例えば、ホール効果センサ）でよい。圧力センサ１６０は、電気／圧力変換器１２４とアクチュエータ１２２と間の圧力管路に連結し、この電気／圧力変換器１２４によってアクチュエータ１２２に配給される圧力の決定に関与し、この情報をサーボ１２６に提供する。圧力センサ１６０は、例えば、ピエゾ型センサでよい。

１つの動作モードでは、プロセッサ１２８は、通信インターフェース１３２を介して受信した指示におそらく基づいて、プラグ１１２についての適切な位置を決定し、要求されたアクチュエータ圧力に関する信号を生成する。具体的な実装形態では、この信号は構造を有するメッセージ（例えば、パケット）を形成することができ、またはその一部になることができる。サーボ１２６は、プロセッサ１２８からの信号と圧力センサ１６０から受け取るアクチュエータ１２２への現在の圧力とに基づいて電気／圧力変換器１２４に対する適切なコマンド信号を決定し、このコマンド信号を電気／圧力変換器１２４に送信する。この電気／圧力変換器１２４は、コマンド信号をアクチュエータ１２２に送られる圧力に変換する。このアクチュエータ１２２は、加えられる圧力に従って、ステム１１４、したがって、プラグ１１２を移動させようとする。

圧力センサ１６０はまた、動作中に、アクチュエータ１２２への圧力を検知して、サーボ１２６へこの圧力を表す信号を提供もする。サーボ１２６は、アクチュエータ圧力をプロセッサ１２８からのコマンドと比較し、電気／圧力変換器１２４へのコマンド信号を調節して適切な圧力を実現する。さらに、位置センサ１５０は、ステム１１４の位置を確認し、プロセッサ１２８に位置を表す信号を提供する。プロセッサ１２８はまた、環境温度（温度センサ１３０からの）も受信する。次いで、このプロセッサ１２８は、プラグ位置に関して何らかの調節を行う必要があるかどうかを決定し、かつ／または、やはり調節が必要なことがある流体調節システムが正しく動作しているかを判断する（例えば、位置応答時間を検査することによって）ことができる。

調整がなされると、プロセッサ１２８は、サーボ１２６に対して別の信号を生成することができる。さらに、プロセッサ１２８は、流体調節システム１００の状況（パラメータ値および／または状態）を表す信号を生成し、これらの信号を通信インターフェース１３２を介して送信することができる。この状況信号は、通信インターフェース１３２を介して受信した質問に応答して送信することができる。また、もし状態が妥当であれば、可能ならば適切なレベルで警告信号を生成することができる。ある実装形態では、警告信号は、流体調節システムの健全性を表す色に対応することができる。

流体調整コントローラ１２０に関連して上記で論じたが、電力調整器１３４は他の様々なフィールド機器、例えば、プロセス・モニタなどに有益となり得る。一般的に、フィールド機器はプロセスを監視し、かつ／または制御する任意の種類の装置でよい。さらに、フィールド機器は、他の電源（例えば、有線電源、無線電源、太陽電池、および／またはバッテリ）を含んでもよい。

図２に、ループから電力を供給されるフィールド機器用の電力調整器２００を示す。この電力調整器２００は、システム１００用の電力調整器１３４の一例であってよい。

電力調整器２００は、シグナル・コンディショナと信号保護器２１０と調整可能な電圧調整器２２０と電力変換器２３０と負荷２４０とを含む。一般に、シグナル・コンディショナと信号保護器２１０とは通信ループ信号を処理して、信号の有害な状態に対して保護する。次いで、この信号は、調節可能な電圧調整器２２０に伝送される。この電圧調整器２２０は、信号電流に基づいて、電圧変換器２３０に与えられた電圧を調節する。次いで、この電力変換器２３０は調整可能な電圧調整器２２０によって与えられた電圧を用いて、信号を別のフォーマットに変換し、この再フォーマットされた信号を、信号電力を消費する負荷２４０に与える。

より詳細には、シグナル・コンディショナおよび信号保護器２１０は、通信ループ信号を受信しそれを処理する働きをすることができる。後者の例として、シグナル・コンディショナおよび信号保護器２１０は、ノイズについて信号をフィルタリングし、かつ／または電流が大きすぎるときに電流を減少させることができる。シグナル・コンディショナおよび信号保護器２１０は、また、電力調整器２００とフィールド機器の残部をも保護する。例えば、シグナル・コンディショナおよび信号保護器は、このような信号が通過することを拒否することによって過剰な電圧および／または過剰な電流から自体を守ることができる。

調整可能な電圧調整器２２０はシグナル・コンディショナと信号保護器２１０とに結合し、ループ信号の電流に基づいて電力変換器２３０に与えられた電圧を調節する働きをすることができる。例えば、調整器は、より大きな電流（例えば、２０ｍＡ）が存在するとき電力変換器２３０に低電圧（例えば、７Ｖ）を与えて電力変換器２３０に電力を提供し、そして、より小さな電流（例えば、４ｍＡ）が存在するとき高電圧（例えば、９Ｖ）を与えて電力変換器２３０に電力を提供することができる。調節可能な電圧調整器２２０は、例えば、調節可能なツェナー・ダイオードのように動作することによってこれを実現することができる。具体的な実装形態では、調整器２２０は、一体の冗長部を有して信頼性を保証することができる。

電力変換器２３０は調整可能な電圧調整器２２０に結合し、通信ループ信号の電力の変換に関与する。例えば、この電力変換器は、１１Ｖで４ｍＡの信号を３．３Ｖで１０ｍＡの信号に変換することができる。これを実施するために電力変換器２３０は、例えば、バック・コンバータまたは他の任意の適切な種類の変換器を含んでよい。この電力変換器は、可変の入力電圧に対して一貫した出力電圧を提供することができ、出力電力は入力電力に等しい。具体的な実装形態では、テキサス・インスツルメンツ社（テキサス州ダラス）のＴＰＳ６２０５６ＤＧＳバック・コンバータを用いてよい。

負荷２４０は、電力変換器２３０に結合し、変換された信号の電力の少なくとも一部の消費に関与する。負荷２４０は、例えば、コントローラ、センサ、および／またはトランシーバを含むことができる。

また、電力調整器２００は、電力モニタ２５０、一時的な電源２６０、およびインピーダンス調整器２７０も含む。この電力モニタ２５０は、通信ループ信号の少なくとも一部を受信し、信号の電力（例えば、電圧および／または電流）を監視し、電力が不適切な（例えば、低すぎる）とき電力変換器２３０を操作可能にすることを拒絶することに関与する。信号の電力が不適切なときに電力変換器２３０を操作可能にすると、その結果、電力変換器が不正常に作動することがある。一時的な電源２６０も通信ループ信号の少なくとも一部を受信する。この一時的な電源２６０は、通信ループ信号中に一過性の電力が不十分に生じるときに電力変換器２３０が適切な電力で作動し続けるのを可能にすることに関与する。十分な電力なしで電力変換器２３０を動作可能にすると、その結果、電力変換器が一連の不正常な（例えば、振動性の）動作をし、この動作から回復するのに法外な時間を要することがある。インピーダンス調節器２７０は、二次的な通信プロトコル用のインピーダンス調節に関与する。この二次的な通信プロトコルは、例えば、４−２０ｍＡループ上に重畳された周波数偏移キー通信プロトコルであるハート（ＨＡＲＴ）プロトコルでよい。このインピーダンス調節器２７０は、周波数に基づいてインピーダンスを調節することができる。

電力調整器２００は様々な特徴を有する。例えば、調整可能な電圧調整器を用いることによって、通信ループ信号からより多くの電力を取り出すことができる。というのは、通常小電流で利用できる高電圧を用いて、通常大電流で利用できる低電圧の代わりに小電流信号を変換することができるからである。例えば、４ｍＡの信号を変換するために、電力調整器は、９Ｖの電圧（多くの場合、２０ｍＡ信号用の電圧）を用いる代わりに１１Ｖの電圧（多くの場合、４ｍＡ信号用の電圧）を使用してよい。したがって、４ｍＡでの電力で、３６ｍＷから４４ｍＷへの増加が実現できる。これらの動作モードでは、電力調整器２００は負性抵抗器として働く（すなわち、電力調整器は、電圧が増大するにつれてより多くの電流が流れるのとは対照的に、高電圧よりも低電圧でより多くの電流を流す）。しかし、この特徴のない操作はシステム性能にどんな有害な影響も有するようには見えない。というのは、電流源は低い負性抵抗と直列になった高い正抵抗であり、その結果、正のままの正味の抵抗が得られるからである。また、電源は、減少した電流で増加した電圧を得られようにする。したがって、電力調整器は電源に適している。

また、この調整可能な電圧調整器は、負荷によって使用されない電流を短絡させることによって通信ループ中の大きな電圧の振れを防ぐこともできる。例えば、調整可能な電圧調整器なしでは、４〜２０ｍＡの通信ループ中のループ電流での５：１の変化によって、電力変換器の入力の振れ（例えば、９Ｖから１．８Ｖ、７．２Ｖの変化）に起因して、端子電圧中に５：１の変化を生じ得る。端子電圧の５：１の振れは、一般的に、プロセス制御ループで許容できない。しかし、調節可能な電圧調整器では、電圧の振れは９Ｖから１１Ｖ、２Ｖの変化になることができる。

さらに、電力調整器２００は、電力変換器が正しく始動するのを支援し、電力変換器の正しい動作を維持するのを支援する。また、この電力変換器は、インピーダンス整合をもたらすことによって通信ループを介した二次的な通信を促進させもする。

図２に電力調整器の一実装形態を示すが、他の実装形態では、より少ない構成部品、追加の構成部品、および／または異なる配置の構成部品を含んでよい。例えば、電力調整器は、特に信号処理および信号保護がフィールド機器中の別の構成部品によって提供されるときは、シグナル・コンディショナおよび信号保護器を含む必要はない。別の例としては、電力調整器は、特に電力変換器が堅牢であるときは、電力モニタおよび／または一時的な電源を含む必要はない。さらなる例としては、電力調整器の実装形態は、追加の電力変換器を含むことができる。例えば、電力変換器は、通信ループ信号を異なるフォーマット（例えば、３．３Ｖおよび１．８Ｖ）に変換することができる。追加の例として、電力モニタおよび／または一時的な電源をシグナル・コンディショナおよび信号保護器に接続してもよい。別の例としては、電力調整器はインピーダンス調節器を含まなくてよい。

図３に、ループから電力を供給されるフィールド機器用の電力調整器３００の一実装形態を示す。電力調整器３００は、信号保護器３１０と調整可能な電圧調整器３２０と電力変換器３３０と負荷３４０と電流センサ３５０とインピーダンス調節器３６０とを含む。この電力調整器３００はシステム１００の電力調整器１３４の一例となることができる。

信号保護器３１０は、入力端子３０２ａを介して通信ループ信号を受信し、かつ有害な信号条件から電力調整器３００を保護する働きをすることができる。図示したように、この信号保護器３１０は、ショトッキ・ダイオード３１２を含む。このショトッキ・ダイオード３１２は、電力調整器３００に有害となり得る逆電圧を防ぐ。

調整可能な電圧調整器３２０は、通信ループ信号の電流に基づいて電力変換器３３０に印加された電圧を調節する働きをすることができる。この調整可能な電圧調整器３２０は調整可能なツェナー・ダイオード３２２と増幅器３２４とを含む。この調整可能なツェナー・ダイオード３２２は増幅器３２４からの信号に基づいて電圧を確立する働きをすることができる。この増幅器３２４は、電流センサ３５０から通信ループ信号の電流の表示を受信する。この増幅器３２４は、また、オフセットを提供することができる。

電力変換器３３０は調整可能なツェナー・ダイオード３２２と平行に結合し、したがって、ダイオードによって確立された電圧を受け取る。電力変換器３３０は、通信ループ信号の電力を負荷３４０に許容可能なフォーマットに変換する。

電流センサ３５０は、電力調整器に供給された電流を受け取り、増幅器３２４に電流表示を与える。これを実行するために電流センサ３５０は抵抗器３５２を含む。この抵抗器３５２は増幅器３２４によって受け取られる電圧を生成する。

インピーダンス調節器３６０はハート・プロトコル用電圧調整器３００のインピーダンスを調節する働きをすることができる。このインピーダンス調節器３６０はトランジスタ３６２と抵抗器２６４とコンデンサ３６６とを含む。トランジスタ３６２は、低周波数ではダイオードに似た働きをし、それによって、小さな電圧降下をもたらすが、より高い周波数でより高いインピーダンスもたらす。

一運転モードでは、電力調整器３００は入力端子３０２ａによって９〜１１Ｖで４〜２０ｍＡの信号Ｉを受信する。この信号は信号保護器３１０を通過し、この信号保護器は信号が許容できない特性を有しているとき信号の通過を妨げる。信号の一部Ｉａは調整可能な電圧調整器３２０を通過し、一部Ｉｂは電力変換器３３０を通過し、一部Ｉｃは負荷３４０を通過する。しかし、次いで信号は再結合し電流センサ３５０を通過する。電流センサ３５０は、信号Ｉの電流に基づいて電圧を生成する。増幅器３２４は電流センサで電圧を検知し、調整可能なツェナー・ダイオード３２２を設定点に駆動する。このツェナー・ダイオードは電力変換器３３０に対する電圧を設定する。信号Ｉが約４ｍＡのとき電力変換器に対する電圧はおよそ９Ｖであり、信号Ｉが約２０ｍＡのとき電力変換器に対する電圧はおよそ７Ｖである。調整可能な電圧調整器３２０、電流センサ３５０およびインピーダンス整合器３６０により生じた電圧降下の故に、電力変換器３３０に対して提供される電圧は、９Ｖと１１Ｖの間ではなく、ほぼ７Ｖと９Ｖの間である。このインピーダンス調整器３６０は、ハート・プロトコルによる通信が達成できるように電圧調整器３００に対するインピーダンスを調節する。次いで、通信ループ信号は端子３０２ｂを介して流出する。

ある実装形態では、増幅器３２４は、電圧が高すぎるとき、並列の装置から電流を短絡させるのを促進することもできる。この処置は、例えば、増幅器３２４の出力をトランジスタのゲートに結合することによって実施できる。このトランジスタはそのソースが通信ループの入力に結合し、そのドレインが接地されている。

図４に、ループから電力を供給されるフィールド機器用の電力調整器４００の別の実装形態を示す。電力調整器４００は、調整可能な電圧調整器４１０と電力モニタ４２０と電力変換器４３０と電流センサ４４０と含む。一般に、調整可能な電圧調整器４１０は、電流センサ４４０により検知された通信ループ中の電流に基づいて電力変換器４３０に供給された電圧を調節する。この電力調整器４００は電力調整器１３４の一例であり得る。

より詳細には、調整可能な電圧調整器４１０は、通信ループの端子４０２に結合し、かつ演算増幅器４１２と１組のバイアス用抵抗器４１４と電圧変数ツェナー・ダイオード４１６と１組のダーリントン・トランジスタ４１８とを含む。このツェナー・ダイオード４１６の電圧可変性は、演算増幅器４１２によって制御される。電力モニタ４２０は電圧調整器４１０に結合し、電圧検出器４２２を含む。電力変換器４３０は電力モニタ４２０に結合し、電力変換器ドライバ４３２とインダクタ４３４とコンデンサ４３６とを含む。また、電力変換器は、調整可能な電圧調整器からループ信号および調整された電圧も受け取る。電流センサ４４０は、調整可能な電圧調整器４１０、電力モニタ４２０、および電力変換器４３０、ならびに、負荷に結合する。したがって、様々な構成部品から電流センサに電流が流れ込む。電流センサは抵抗器４４２を含む。この抵抗器は、通信ループ中の電流を検知し、ループ電流を代表する電圧をグラウンドに対して生成する。

一動作モードでは、端子４０２を介した４〜２０ｍＡのループ信号が電流センサ４４０の抵抗器４４２を横切って４０ｍＶ〜２００ｍＶの信号を生成する。ループ電流のこの表示は、４０ｍＶ〜２００ｍＶの信号を４００ｍＶ〜２０００ｍＶに増幅する演算増幅器４１２に提供される。この４００ｍＶ〜２０００ｍＶの信号は、抵抗器４１４によってバイアスされて電圧可変ツェナー・ダイオード４１６を９Ｖから７Ｖまで振れさせる。したがって、端子４０２間で測定された電圧は、４ｍＡで約９Ｖ、２０ｍＡで約７Ｖである（すなわち、電力変換器４３０内への電流は入力電圧が増大するにつれて減少し、４ｍＡから２０ｍＡのソースで利用できる電圧を引き立たせる）。ダーリントン・トランジスタ４１８は、ツェナー・ダイオード４１６の電力処理能力を押し上げる。

電圧検出器４２２は、利用可能な十分な電圧があるとき、電力変換器４３０を始動可能にする。動作時、電力変換器ドライバ４３２はループ信号の一部を受信し、その部分の電圧を、フィールド機器の少なくともいくつかの構成部品に適した別の他の電圧に変換する。電力変換器ドライバ４３２は、信号のエネルギを貯蔵するインダクタ４３４に変換された信号を一定の期間出力する。この電力変換器ドライバ４３２がインダクタ４３４に変換信号を出力するのを止めたとき、インダクタ中のエネルギはコンデンサ４３６に整流される。フィールド機器の構成部品はこのコンデンサからエネルギを引き出すことができる。コンデンサ４３６の出力は電力変換器ドライバ４３２にフィード・バックされる。そして、コンデンサ上の電圧が低いとき、この電力変換器ドライバは再びインダクタ４３４にエネルギを与える。電力変換器は、例えば、入力電圧（Ｖｉｎ）を３．３ボルトに変換することができる。

電力調整器４００には様々な特徴がある。例えば、電力調整器は、小電流のときの方が大電流のときより多くの電圧が利用できる事実を利用して負荷により多くの電力を配給する。電力調整器の見かけ上負の動的インピーダンスは、４〜２０ｍＡのループ電流源の抵抗損失を相殺する方向に働く。電力調整器４００は、また、調整可能な電圧調整器を入力ループ電流の関数として設定することにより、制御された負のインピーダンスを提供し、二次的なプロトコル通信に必要な周波数依存性のインピーダンスを提供する。さらに、電力調整器４００は信頼性の高い始動を提供する。

図４に電力調整器の一実装形態を示すが、他の実装形態では、より少ない構成部品、追加の構成部品、および／または異なる配置の構成部品を含んでよい。例えば、電力調整器は、信号が電力調整器に到着するとすぐにこの信号に与えることができる信号処理および信号保護を含んでよい。一般に、信号処理と信号保護はループ信号を処理し、有害な信号が電力調整器４００の残部に到達するのを防ぐことができる。例えば、信号処理と信号保護は、過剰な電圧が電力調整器の残部に到達するのを防ぐこと（例えば、入力端子と出力端子との間に結合したツェナー・ダイオード対を用いることによって）、バラン変圧器を用いて入力信号からノイズを除去すること（例えば、入力端子と出力端子との間に結合したインダクタ対を用いて）、ノイズをフィルタリングすること（例えば、入力端子と出力端子との間に結合したコンデンサ対を用いて）、逆電圧が電力調整器４００の残部に到達するのを防ぐこと（例えば、正の入力端子に結合したショトッキ・ダイオードを用いて）、および／または、過剰電流（例えば、３０ｍＡを超える）が電力調整器の残部に到達するのを防ぐこと（ループ電流の表示を監視する演算増幅器の制御のもとで作動するトランジスタを用いて）を含んでよい。

別の例として、調整可能な電圧調整器は、１つまたは複数の調整不能な電圧調整器（例えば、従来のツェナー・ダイオード）を含んでよい。これらの電圧調整器は信頼性向上させることができる。例えば、入力電圧が１２Ｖ未満のとき、調整可能な電圧調整器が動作可能になり、そして、入力電圧が１２Ｖを超えるとき、あるいは調整可能な電圧調整器が故障したとき、調整不能な電圧調整器が動作可能になる。したがって、入力電圧が不意に大きくなるとき、電圧調整は行われ続け、冗長部で行われることができる。冗長部は本質安全装置を提供する部分でよい。

電力監視のさらなる例としては、ループ信号中の電圧および電流を監視することを含んでよい。電力変換器は、不十分な電力しか得られないとき、作動が妨げられ得る。

具体的な実装形態では、一時的な電源を含んでよい。一時的な電源は、例えば、調整可能な電圧調整器と電力変換器の間に結合してよく、ループ信号の遮断が生じたとき、電力変換器に一時的に電力を供給することに関与する。一時的な電源は、例えば、かなり大きなコンデンサによって比較的緩やかに充電し、ダイオードによってかなり速やかに放電するコンデンサを含む。

あるいくつかのある実装形態では、ハート・プロトコル用の電力調整器のインピーダンスを調節するためのインピーダンス調整器を含んでよい。ハート信号（例えば、２，２００Ｈｚで１ｍＡのピーク間信号であり、これはループ信号に全体で２ｍＡの振れを生じさせるはずである）は通信ループ信号上に加えることができ、全通信ループを通ってハート・モデムまで流れる。このインピーダンス調整器は、バイアスがかけられ、したがって、低周波数でダイオード（低インピーダンス）のように動作するトランジスタを含んでよい。このトランジスタは、コンデンサと結合したとき、高周波数でハート・インピーダンスの要件と一致する定電流（高インピーダンス）装置により似た動作をすることができる。したがって、インピーダンス調整器は、低周波数で低い動的インピーダンス、交流で高い動的インピーダンスを提供することができる。実際、このインピーダンス調整器は、直流での固定電圧のように見ることができる。具体的な実装形態では、インピーダンス調整器は、ハート信号の周波数（例えば、約１０００Ｈｚ）で約３００Ωのインピーダンスと低周波数で一定の０．７Ｖの電圧を有することができる。

図５に、ループから電力を供給されるフィールド機器での電力調整器についてのプロセス５００を示す。このプロセス５００は、システム１００用の電力調整器１３４の動作の一例となり得る。

プロセス５００は待機して通信ループ信号を受信することから始まる（オペレーション５０４）。通信ループ信号は、例えば、４〜２０ｍＡの信号でよい。通信ループ信号が受信されるとすぐに、プロセス５００は、信号を修正して不適切な信号特性を較正することを指示する（オペレーション５０８）。例えば、信号中の雑音は相殺かつ／またはフィルタリングされ得、過剰な電圧は遮断され得る。プロセス５００は、信号電力（例えば、電流および／または電圧）が電圧調整にとって適切かどうかを判断することも指示する（オペレーション５１２）。信号電力が電圧制御にとって適切でないとき、プロセスは適切な信号電力を待つことを指示する。

プロセス５００は、信号電流に基づく電力変換器用の電圧の調節を継続する（オペレーション５１６）。例えば、電力変換器電圧は、大電流（例えば、２０ｍＡの信号の場合７Ｖ）の場合には低く、小電流（例えば、４ｍＡの信号の場合９Ｖ）の場合には高くてよい。例えば、電圧は電流に関してほぼ線形ベースで調節してよい。

プロセス５００は、また、信号電力が電力変換にとって適切がどうかを判断することを指示もする（オペレーション５２０）。信号電力が適切でない（例えば、電力変換にとって低すぎる）とき、プロセス５００は、信号電力が適切になるまで待機することを指示する。しかし、信号電力が適切なとき、プロセス５００は、信号の電力を電力変換器で変換することを指示する（オペレーション５２４）。例えば、９Ｖで４ｍＡの信号は、３．３Ｖで１０ｍＡの信号に変換してよい。次いで、変換された信号は負荷（例えば、プロセッサ）に運ばれる（オペレーション５２８）。

プロセス５００は、周波数に基づく第２の通信用インピーダンスの調節を継続する（オペレーション５３２）。例えば、インピーダンスは、ハート修正周波数の領域での周波数の関数として増大することができる。

プロセス５００は、通信ループ信号が遮断されたかどうかの判断を継続する（オペレーション５３６）。通信ループ信号が遮断されていないとき、プロセス５００は信号の修正を指示し（オペレーション５０８）、信号電流に基づいた電力変換電圧の調節を指示し（オペレーション５１６）、信号電力の変換を指示する（オペレーション５２４）。

しかし、通信ループ信号が遮断されているとき、プロセス５００は電力変換器への一時的な電力供給を継続する（オペレーション５４０）。また、プロセス５００は、電力変換器への電力供給時間時間が超過したかどうか判断することも指示する（オペレーション５４４）。時間を超過していないときプロセスは、信号電力を変換し続ける（オペレーション５２４）。また、プロセスは、通信ループ信号が回復したかどうかを判断もする（オペレーション５３６）。通信ループ信号が回復したとき、プロセスは信号の修正（オペレーション５０８）、信号電流に基づく電力変換器電圧の調節（オペレーション５１６）、および信号電力の変換（オペレーション５２４）を継続する。しかし、時間が超過したときプロセスは、待機して通信ループ信号を受信することを指示する（オペレーション５０４）。

図５は電力調整についての一プロセスを示すが、電力調整の他のプロセスでは、より少ないオペレーション、追加のオペレーション、および／または異なる配置のオペレーションを含んでよい。例えば、電力調整プロセスは電力が信号電圧制御または電力変換に適切かどうか判断することを含まなくてもよい。別の例として、電力調整プロセスは、通信ループ信号が遮断されたとき電力変換器に電力を一時的に供給することを含まなくてもよい。さらなる例として、電力調整プロセスは第２の電力変換器で通信ループ信号の電力を変換することを含んでもよい。例えば、第１の電力変換器は第１の電圧への信号電力を変換し、第２の電力変換器は第２の電圧への信号電力を変換してよい。

図６に、ループから電力を供給されるフィールド機器用の電力変換器６００を示す。電力変換器６００は通信ループ電圧調整器６１０と通信ループ電力モニタ６２０と第１のバック・コンバータ６３０と第２のバック・コンバータ６４０とを含んでいる。

電圧調整器６１０は、通信ループ６５０からの電圧を調整する。例えば、４〜２０ｍＡのループでは、電圧はほぼ１２Ｖと２４Ｖの間の範囲にあってよい。（しかし、障壁および他の安全部品により生成された電圧降下によって、この電圧は電力変換器６００に到達するときこの範囲より低いことがある。）電圧調整器６１０は、電圧がかなり一貫した値（例えば、約１０Ｖ）になるように電圧を調整することができる。しかし、ある実装形態では、電圧調整器６１０は電圧を入力電流と共に変化する（例えば、４ｍＡの場合１１Ｖおよび２０ｍＡの場合９Ｖ）ように調整することができる。電圧を調整することによってバック・コンバータの性能を増大させることができる。

電力モニタ６２０は、始動時の通信ループを監視し、また十分な電力（電圧および／または電流）が利用可能になるまで、変換器が機能するのを妨げる。十分な量の電力が通信ループにできる前に変換器が作動し始めるとき、発振および／またはスプリアスな出力が生じることがある。この実装形態では、電力モニタ回路は十分な電力が利用可能なとき（点線で表す）、変換器を動作可能にする。他の実装形態では、この電力モニタ回路は、他の任意の適切な技法（例えば、回路の短絡）によって変換器が作動するのを妨げることができる。

バック・コンバータ６３０およびバック・コンバータ６４０は、１種類の電力変換器であって、互いに平行に結合される。したがって、通信ループ信号は、２つの部分に分割され、バック・コンバータ６３０がこの信号の第１の部分を３．３Ｖに変換し、バック・コンバータ６４０がこの信号の第２の部分を１．８Ｖに変換する。これらのバック・コンバータは、電流出力が負荷に基づいて変化することを許容する一方、一貫した電圧出力を生成することができる。これらの電力変換器は、パルス降下法、パルス幅修正法、または他の適切な技法に従って作動することができ、また特に、低電力（例えば、＜２Ｗ）で作動するようになっていてよい。したがって、これらは、ループから電力を与えられるフィールド機器に特に役立ち得る。フィールド機はしばしば低電力の信号（例えば、１２〜２４Ｖで４〜２０ｍＡ）から電力を引き出している。適切な変換器には、テキサス州ダラスのテキサス・インスツルメンツ社製のＴＰＳ６２０５４ＤＧＳおよびＴＰＳ６２０５６ＤＧＳがある。

一オペレーション・モードでは、電圧調整器６１０は、待機して通信ループ信号を受信し、通信ループ信号を受信するとこの信号をほぼ１０Ｖに調整する。この調整によって増大した電流は電圧調整器を介して短絡することができる。電力モニタ回路６２０も待機して通信ループ信号を受信する。しかし、電力モニタ６２０は、信号中の電力を監視し、またループ信号中の電力が所定のしきい値（例えば、４８ｍＷ）を超えるとき、バック・コンバータ６３０とバック・コンバータ６４０とを動作可能にする。動作可能になると、バック・コンバータ６３０が電圧調整されたループ信号の部分を３．３Ｖに変換し、バック・コンバータ６４０が電圧調整されたループ信号の部分を１．８Ｖに変換する。１１．５Ｖで４ｍＡの場合、バック・コンバータ６３０の出力は３．３Ｖで１２．７ｍＡになり得る。次いで、これら変換された信号部分は、本明細書で負荷６６０と負荷６７０として表された、フィールド機器の適切な構成部品に供給される。ループ信号の電流は各バック・コンバータの負荷に基づいてバック・コンバータ間で分割することができる。

図６により示された実装形態電力変換器の実装形態は様々な特徴を有する。例えば、１１．５Ｖで４ｍＡの信号を３．３Ｖで１２．７ｍＡの信号に変換できることにより９０％を超える変換効率を実現することができる。この変換効率は、スイッチド・キャパシタ電圧変換器または線形電圧変換器などの電流電圧変換器によって実現できる効率（一般に、６０〜７０％の範囲にある）よりもかなり勝っている。したがって、したがって、より多くの電流をフィールド機器の構成部品に与えることができる。また、この実装形態は、一貫した電圧を有する電力信号によりフィールド機器の電子部品の２つの異なる組に電力供給することも可能にする。さらに、この実装形態は、それが有効であり得ない少なくともいくつかの環境下での電圧変換を妨げる。

電力変換器６００は、２つのバック・コンバータを有するように図示されているが、他の実装形態では、電力変換器は任意の適切な数（例えば、１つまたは複数の）のバック・コンバータを有することができる。また、通信ループの電圧および／または電力が安定で適切なとき、電圧調整器６１０および／または電力モニタは省略することができる。また、他の性能向上用構成部品（例えば、電力遮断保護）を含むこともできる。

図７に、ループから電力を供給されるフィールド機器についての電力変換のプロセス７００を示す。プロセス７００は、例えば、電力変換器６００についてのオペレーション・モードを例示することができる。

プロセス７００は、待機して通信ループ信号を受信することから始まる（オペレーション７０４）。この通信ループ信号は外部装置によって生成され、適切な時および／または間隔で、または連続的に供給することができる。具体的な実装形態では、通信ループ信号はおよそ１２〜２４Ｖの間で与えられる４〜２０ｍＡの信号である。したがって、ループ信号の電力特性は変わることができる。

通信ループ信号を受信すると、プロセス７００はこの信号が適切な電力であるかどうかを判断することを指示する（オペレーション７０８）。信号が適切な電力でないとき、プロセスは待機して信号が適切な電力を実現することを指示する。

通信ループ信号が適切な電力になると、プロセス７００は、通信ループ信号の電圧が適切かどうかの判断を継続する（オペレーション７１２）。例えば、広範囲（例えば、１２〜２４Ｖ）にわたって変化する電圧は、ループから電力を供給されるフィールド機器の構成部品にとって扱いにくいことがある。したがって、電圧は、許容できるレベル（例えば、約１０Ｖ）まで段階的に下げてよい。通信ループ信号の電圧が適切でないとき、この通信ループ信号電圧は適切なレベルまで修正される（オペレーション７１６）。

プロセス７００は、通信ループ信号を２つの部分に分割することを継続する（オペレーション７２０）。信号の第１の部分は、第１のバック・コンバータによって生成されて第１の電圧（例えば、１０Ｖ〜３．３Ｖの）を有する第１の電力信号になる（オペレーション７２４）。また、信号の第２の部分は、第２のバック・コンバータによって生成されて第２の電圧（例えば、１０Ｖ〜１．８Ｖの）を有する第２の電力信号になる（オペレーション７２８）。第１の電力信号は、フィールド機器の構成部品の第１の組に送信される（オペレーション７３２）。また、第２の電力信号は、フィールド機器の構成部品の第２の組に送信される（オペレーション７３６）。

プロセス７００は、通信ループ信号を受信し、この信号の適切さを評価し、この信号を２つの部分に分割し、任意の適切な数の期間あるいは任意の適切な量の時間に対する部分から電力信号を生成することを継続してよい。

図７に、ループから電力を供給されるフィールド機器についての電力変換のプロセスを示すが、ループから電力を供給されるフィールド機器についての他の電力変換プロセスは、より少ないオペレーション、追加のオペレーション、および／または異なる配置のオペレーションを含んでよい。例えば、電力変換プロセスは、通信ループ信号をある１つの電圧にダウン・コンバートすることのみができる。別の例として、電力変換プロセスは、通信ループ信号を２つ以上の信号に分割し、ダウン・コンバートすることができる。さらなる例として、電力変換プロセスは、通信ループ信号の電力が適切かどうかを判断することができない。追加の例として、電力変換プロセスは、通信ループ信号の電力の一部分を保存して過渡的電力減少の効果を緩和する。別の例としては、プロセス７００の１つまたは複数のオペレーション（オペレーション７２４およびオペレーション７２８）が同時に生じることができる。

電力調整を実現するためのいくつかの実装形態が論じられ、また、他のいくつかの実装形態が言及されまたは示唆されてきた。さらに、これらの実装形態に対する様々な追加、削除、置換、および／または修正は、当業者によって、依然として電力調整を達成する一方で容易に提案されるであろう。少なくともこれらの理由で、本発明は、１つまたは複数の実装形態を含むことができる以下の特許請求の範囲によって評価されるはずである。

ループから電力を供給されるフィールド機器の一実装形態を示すブロック図である。ループから電力を供給されるフィールド機器用の電力調整器２００の一実装形態を示すブロック図である。ループから電力を供給されるフィールド機器用の電力調整器の一実装形態を示す単純化された概念図である。ループから電力を供給されるフィールド機器用の電力調整器の一実装形態を示す詳細な概念図である。ループから電力を供給されるフィールド機器用の電力調整のためのプロセスの一実装形態を示すフロー・チャートである。ループから電力を供給されるフィールド機器用の電力変換器の一実装形態を示すブロック図である。ループから電力を供給されるフィールド機器についての電力変換プロセスの一実装形態を示すフロー・チャートである。

Claims

通信信号を受信するステップと、前記通信信号の電流に基づいて電力変換器への供給電圧を調整するステップと、調整された供給電圧を用いて前記電力変換器で前記通信信号の電力を変換するステップと、前記通信信号の電圧が適切かどうか判定するステップと、前記通信信号の電圧が適切でない場合、前記電力変換器で前記通信信号の電力を変換することを拒否するステップとを含む、フィールド機器のための電力調整方法。
前記通信信号が前記フィールド機器に到着したとき、不適切な特性を求めて前記通信信号を監視するステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
不適切な特性が、不適切な電圧レベル、不適切な電流レベルおよび不適切な雑音レベルの少なくとも１つを含む請求項２に記載の方法。
前記不適切な信号特性を補正するために前記通信信号を修正するステップをさらに含む請求項２に記載の方法。
前記通信信号の電流に基づいて電力変換器への供給電圧を調整するステップが、信号電流が小さい場合、電圧を増加するステップと、信号電流が大きい場合、電圧を減少するステップとを含む請求項１に記載の方法。
電圧が前記通信信号の電流に対してほぼ線形に調整される請求項５に記載の方法。
前記通信信号が通信ループ信号であり、電流が約４ｍＡのとき供給電圧が約９Ｖであり、電流が約２０ｍＡのとき供給電圧が約７Ｖである請求項５に記載の方法。
前記通信信号に遮断が発生したかどうか判定するステップと、前記通信信号に遮断が発生した場合、前記電力変換器に一時的に電力を供給するステップとをさらに含む請求項１に記載の方法。
第２の電力変換器で前記通信信号の電力を変換するステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
前記通信信号が前記フィールド機器向けの電流ベースの制御信号を含む請求項１に記載の方法。
通信信号を受信するように動作可能な通信インターフェースと、前記通信インターフェースに結合され、供給された電圧を用いて前記通信信号の電力を変換するように動作可能な電力変換器と、前記電力変換器に結合され、前記通信信号の電流に基づいて前記電力変換器に供給される電圧を調整するように動作可能な可調電圧調整器と、前記通信インターフェースおよび前記電力変換器に結合され、前記通信信号の電圧が適切かどうか判定し、前記通信信号の電圧が適切である場合、前記電力変換器を動作させるように動作可能な電力モニタとを備えるフィールド機器。
前記可調電圧調整器が、信号電流が小さい場合、供給電圧を増加し、信号電流が大きい場合、供給電圧を減少して、前記通信信号の電流に基づいて前記電力変換器に供給される電圧を調整するように動作可能である請求項１１に記載のフィールド機器。
前記通信インターフェースおよび前記電力変換器に結合された電源をさらに備え、前記通信信号が遮断された場合、前記電源が、前記電力変換器に一時的に電力を供給するように動作可能である請求項１１に記載のフィールド機器。
前記通信インターフェースに結合された第２の電力変換器をさらに備え、前記第２の電力変換器が前記通信信号の電力を変換するように動作可能である請求項１１に記載のフィールド機器。
前記通信信号が前記フィールド機器向けの電流ベースの制御信号を含む請求項１１に記載のフィールド機器。
通信ループ信号を受信するように動作可能な通信インターフェースと、前記通信インターフェースに結合され、前記通信ループ信号の電力を変換するように動作可能な第１の電力変換器と、前記通信インターフェースに結合され、前記通信ループ信号の電力を変換するように動作可能な第２の電力変換器と、前記電力変換器に結合され、前記通信ループ信号の電流に基づいて前記電力変換器に供給される電圧を調整するように動作可能な可調電圧調整器であって、前記調整が、信号電流が小さいとき電圧を増加すること、および信号電流が大きいとき電圧を減少することを含む可調電圧調整器と、前記通信インターフェースおよび前記電力変換器に結合され、前記通信ループ信号の電圧が適切かどうか判定し、前記通信ループ信号の電圧が適切である場合、前記電力変換器を動作させるように動作可能な電力モニタと、前記通信インターフェースおよび少なくとも１つの前記電力変換器に結合され、前記通信信号が遮断されたとき前記電力変換器の少なくとも１つに一時的に電力を供給するように動作可能である電源とを備えるフィールド機器。
通信信号を受信するステップと、前記通信信号の電流に基づいて電力変換器への供給電圧を調整するステップと、前記調整された供給電圧を用いて前記電力変換器で前記通信信号の電力を変換するステップと、前記通信信号に遮断が発生したかどうか判定するステップと、前記通信信号に遮断が発生した場合、前記電力変換器に一時的に電力を供給するステップとを含む、フィールド機器のための電力調整方法。
前記通信信号が前記フィールド機器に到着したとき、不適切な特性を求めて前記通信信号を監視するステップをさらに含む請求項１７に記載の方法。
不適切な特性が、不適切な電圧レベル、不適切な電流レベルおよび不適切な雑音レベルの少なくとも１つを含む請求項１８に記載の方法。
前記不適切な信号特性を補正するために前記通信信号を修正するステップをさらに含む請求項１８に記載の方法。
前記通信信号の電流に基づいて電力変換器への供給電圧を調整するステップが、信号電流が小さいとき電圧を増加するステップと、信号電流が大きいとき電圧を減少するステップとを含む請求項１７に記載の方法。
電圧が前記通信信号の電流に対してほぼ線形に調整される請求項２１に記載の方法。
前記通信信号が通信ループ信号であり、電流が約４ｍＡのとき供給電圧が約９Ｖであり、電流が約２０ｍＡのとき供給電圧が約７Ｖである請求項２１に記載の方法。
前記通信信号の電圧が適切かどうか判定するステップと、前記通信信号の電圧が適切でない場合、前記電力変換器で前記通信信号の電力を変換することを拒否するステップとを含む請求項１７に記載の方法。
第２の電力変換器で前記通信信号の電力を変換するステップをさらに含む請求項１７に記載の方法。
前記通信信号が前記フィールド機器向けの電流ベースの制御信号を含む請求項１７に記載の方法。
通信信号を受信するように動作可能な通信インターフェースと、前記通信インターフェースに結合され、供給された電圧を用いて前記通信信号の電力を変換するように動作可能な電力変換器と、前記電力変換器に結合され、前記通信信号の電流に基づいて前記電力変換器に供給される電圧を調整するように動作可能な可調電圧調整器と、前記通信インターフェースおよび前記電力変換器に結合され、前記通信信号が遮断されたとき前記電力変換器に一時的に電力を供給するように動作可能である電源とを備えるフィールド機器。
前記可調電圧調整器が、信号電流が小さい場合、供給電圧を増加し、信号電流が大きい場合、供給電圧を減少して、前記通信信号の電流に基づいて前記電力変換器に供給される電圧を調整するように動作可能である請求項２７に記載のフィールド機器。
前記通信インターフェースおよび前記電力変換器に結合され、前記通信信号の電圧が適切かどうか判定し、前記通信信号の電圧が適切である場合、前記電力変換器を動作させるように動作可能な電力モニタをさらに備える請求項２７に記載のフィールド機器。
前記通信インターフェースに結合され、前記通信信号の電力を変換するように動作可能な第２の電力変換器をさらに備える請求項２７に記載のフィールド機器。
前記通信信号が前記フィールド機器向けの電流ベースの制御信号を含む請求項２７に記載のフィールド機器。