RU2404527C2 - Интерфейс и способ питания контура шины - Google Patents

Интерфейс и способ питания контура шины Download PDF

Info

Publication number
RU2404527C2
RU2404527C2 RU2008146963/07A RU2008146963A RU2404527C2 RU 2404527 C2 RU2404527 C2 RU 2404527C2 RU 2008146963/07 A RU2008146963/07 A RU 2008146963/07A RU 2008146963 A RU2008146963 A RU 2008146963A RU 2404527 C2 RU2404527 C2 RU 2404527C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
supply
voltage
current
loop
control module
Prior art date
Application number
RU2008146963/07A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2008146963A (ru
Inventor
Стиг ЛИНДЕМАНН (DK)
Стиг ЛИНДЕМАНН
Original Assignee
Майкро Моушн, Инк.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Майкро Моушн, Инк. filed Critical Майкро Моушн, Инк.
Publication of RU2008146963A publication Critical patent/RU2008146963A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2404527C2 publication Critical patent/RU2404527C2/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F1/00—Details not covered by groups G06F3/00 - G06F13/00 and G06F21/00
    • G06F1/26—Power supply means, e.g. regulation thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L25/00—Baseband systems
    • H04L25/02—Details ; arrangements for supplying electrical power along data transmission lines
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F1/00—Details not covered by groups G06F3/00 - G06F13/00 and G06F21/00
    • G06F1/26—Power supply means, e.g. regulation thereof
    • G06F1/28—Supervision thereof, e.g. detecting power-supply failure by out of limits supervision
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L25/00—Baseband systems
    • H04L25/02—Details ; arrangements for supplying electrical power along data transmission lines
    • H04L25/0264—Arrangements for coupling to transmission lines
    • H04L25/0278—Arrangements for impedance matching
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L25/00—Baseband systems
    • H04L25/02—Details ; arrangements for supplying electrical power along data transmission lines
    • H04L25/0264—Arrangements for coupling to transmission lines
    • H04L25/0292—Arrangements specific to the receiver end

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Sources (AREA)
  • Dc Digital Transmission (AREA)
  • Small-Scale Networks (AREA)
  • Amplifiers (AREA)
  • Devices For Supply Of Signal Current (AREA)
  • Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)
  • Continuous-Control Power Sources That Use Transistors (AREA)
  • Logic Circuits (AREA)
  • Cable Transmission Systems, Equalization Of Radio And Reduction Of Echo (AREA)
  • Direct Current Feeding And Distribution (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

Изобретение относится к интерфейсу и способу питания контура для шины подключения контрольно-измерительных приборов. Интерфейс (100) питания контура шины содержит модуль (110) регулировки напряжения, принимающий напряжение контура VLOOP и генерирующий заданное напряжение питания VSUPPLY, модуль (120) регулировки импеданса, подключенный к модулю (110) регулировки напряжения, причем модуль (120) регулировки импеданса принимает ток контура ILOOP и генерирует заданный ток питания ISUPPLY, и обратную связь (115), связанную между модулем (110) регулировки напряжения и модулем (120) регулировки импеданса. Обратная связь (115) обеспечивает сигнал обратной связи для модуля (110) регулировки напряжения, что дает возможность модулю (110) регулировки напряжения по существу поддерживать заданное напряжение питания VSUPPLY. Технический результат - повышение стабильности электрических параметров. 3 н. и 29 з.п. ф-лы, 4 ил.

Description

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Данное изобретение относится к интерфейсу питания контура шины и, более конкретно, к интерфейсу и способу питания контура шины для шины подключения контрольно-измерительных приборов (инструментальная шина).
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
Расходомеры используются для измерения расхода массы, плотности и других характеристик текучих материалов. Текучие материалы могут содержать жидкости, газы, комбинированные жидкости и газы, твердые тела, взвешенные в жидкостях, и жидкости, включающие в себя газы и взвешенные твердые тела. Например, расходомеры широко используются в добыче при помощи скважин и очистке нефти и нефтепродуктов. Расходомер может использоваться для определения производительности скважины путем измерения расхода (т.е. путем измерения расхода массы через расходомер) и может даже использоваться для определения относительных пропорций газовых и жидких компонентов потока.
Во многих установках управления процессами или промышленной автоматизации процессов контур шины (или измерительная шина) используется для подключения к различным устройствам, таким как датчики и другие измерительные устройства. Контур шины обычно используется для доставки электрической энергии к различным присоединенным измерительным устройствам или датчикам. Кроме того, контур шины также обычно используется для передачи данных как к датчику или измерительному устройству, так и от них. Поэтому контур шины подключен к ведущему устройству, которое может обеспечивать регулируемую электрическую энергию по шине и которое может осуществлять передачу по шине. Ведущее устройство может программировать и/или посылать команды, данные, калибровки и другие установки, например, к датчику и измерительным устройствам. Ведущее устройство может также принимать данные от датчика и измерительных устройств, включающие идентификационные данные, данные калибровки, данные измерения, рабочие данные и т.д.
Фиг. 1 показывает контур 1 двухпроводной шины согласно известному уровню техники. Контур 1 шины может включать в себя ведущее устройство 2, которое управляет контуром 1 шины, множественные датчики или измерительные устройства 3-5 и терминаторы 6. Ведущее устройство 2 может пропускать цифровые сигналы связи к внешним устройствам, таким как, например, станции мониторинга и управления. Ведущее устройство 2 подключено к источникам электропитания и обеспечивает электрическую энергию по контуру 1 двухпроводной шины. Ведущее устройство 2 обычно обеспечивает электроэнергию, которая ограничена по току, ограничена по напряжению и ограничена по мощности.
Контур 1 шины может содержать, например, контур шины FIELDBUS. Термин FIELDBUS относится к стандарту двухпроводной шины для подключения измерительных устройств, который обычно используется для соединения вместе множественных измерительных устройств и далее может использоваться для обеспечения цифровых связей между измерительными устройствами. Альтернативно, контур 1 шины может содержать другие шины, такие как PROFIBUS, HART, контур шины 4-20 мА и т.д.
Фиг. 2 показывает схему регулирования мощности известного уровня техники для устройства 3 шины известного уровня техники, подключенного к контуру 1 шины. Устройство 3 шины известного уровня техники включает в себя регулятор 8 напряжения и нагрузку 9, подключенную последовательно к регулятору 8 напряжения. Регулятор 8 напряжения поддерживает постоянный уровень напряжения для нагрузки 9.
Однако эта регулировка мощности известного уровня техники имеет недостатки. Максимальная электрическая мощность (P), обеспечиваемая в этой компоновке известного уровня техники, содержит выходное напряжение последовательного регулятора (V), умноженное на ток контура (I). Интерфейс контура, который использует этот вид линейной регулировки, имеет низкую передачу мощности, так как параметр V мощности в уравнении доступной мощности (P=V×I) по существу фиксирован. Кроме того, напряжение шины снижается, когда ток контура возрастает, из-за относительно высокого импеданса контура.
Одним возможным решением могло бы быть использование источника питания с режимом переключения (SMPS). SMPS также называется источником питания с переключаемым режимом или переключаемым источником питания. SMPS генерирует изменяющийся во времени сигнал из постоянного напряжения на шине, выполняет пошаговое увеличение напряжения и преобразует результирующий изменяющийся во времени сигнал обратно в постоянное напряжение, которое может иметь более высокий уровень напряжения, чем первоначальное постоянное напряжение шины. В результате, член V в уравнении для мощности может быть увеличен.
Однако недостаток SMPS устройства состоит в том, что SMPS устройство обычно имеет низкую характеристику входного импеданса. Это не совместимо с устройством, питаемым от контура 1 шины, где импеданс контура поддерживается высоким для того, чтобы дать возможность сигналам связи проходить по контуру 1 шины.
СУЩНОСТЬ РЕШЕНИЯ
Интерфейс питания контура шины представлен согласно некоторому варианту осуществления изобретения. Интерфейс питания контура шины содержит модуль регулировки напряжения, принимающий напряжение контура VLOOP и генерирующий заданное напряжение питания VSUPPLY, модуль регулировки импеданса, связанный с модулем регулировки напряжения, причем модуль регулировки импеданса принимает ток контура ILOOP и генерирует заданный ток питания ISUPPLY, и обратную связь между модулем регулировки напряжения и модулем регулировки импеданса. Обратная связь обеспечивает сигнал обратной связи для модуля регулировки напряжения, что дает возможность модулю регулировки напряжения по существу поддерживать заданное напряжение питания VSUPPLY.
Интерфейс питания контура шины представлен согласно некоторому варианту осуществления изобретения. Интерфейс питания контура шины содержит источник питания с режимом переключения (SMPS) U2, принимающий напряжение контура VLOOP и генерирующий заданное напряжение питания VSUPPLY. Интерфейс питания контура шины дополнительно содержит измеряющий ток резистор R1, принимающий ток контура ILOOP, операционный усилитель U1, включающий в себя входные контакты на измеряющем ток резисторе R1, и транзистор Q1, смещаемый операционным усилителем U1. Транзистор Q1 принимает ток контура ILOOP и генерирует заданный ток питания ISUPPLY. Выход операционного усилителя U1 регулирует характеристику импеданса транзистора Q1 и заданный ток питания ISUPPLY. Интерфейс питания контура шины дополнительно содержит транзистор Q2, связанный с SMPS U2. Транзистор Q2 смещается напряжением контура VLOOP. Интерфейс питания контура шины дополнительно содержит резистор R2 цепи обратной связи, подключенный между транзистором Q2 и заземлением. Резистор R2 цепи обратной связи принимает ток IF в цепи обратной связи от транзистора Q2. Напряжение VFB в цепи обратной связи на резисторе R2 цепи обратной связи принимается входом FB цепи обратной связи SMPS U2. Транзистор Q2 и резистор R2 цепи обратной связи дают возможность SMPS U2 по существу поддерживать заданное напряжение питания VSUPPLY.
Способ регулировки электрической мощности в интерфейсе питания контура шины представлен согласно некоторому варианту осуществления изобретения. Этот способ предусматривает принятие электрической мощности от измерительной шины при напряжении контура VLOOP и при токе контура ILOOP, генерацию заданного напряжения питания VSUPPLY из напряжения контура VLOOP и генерацию заданного тока питания ISUPPLY с заданным током питания ISUPPLY, связанным с заданной характеристикой импеданса интерфейса питания контура шины.
АСПЕКТЫ
В одном аспекте интерфейса питания контура шины заданный ток питания ISUPPLY по существу фиксирован.
В другом аспекте интерфейса питания контура шины заданный ток питания ISUPPLY изменяется.
В еще одном аспекте интерфейса питания контура шины модуль регулировки импеданса регулирует электрический импеданс в интерфейсе питания контура шины.
В еще одном аспекте интерфейса питания контура шины модуль регулировки импеданса дополнительно содержит линию регулировки импеданса, причем линия регулировки импеданса выполнена с возможностью регулировки заданного тока питания ISUPPLY и регулировки электрического импеданса модуля регулировки импеданса.
В еще одном аспекте интерфейса питания контура шины интерфейс питания контура шины дополнительно содержит пару входных контактов и пару выходных контактов, где модуль регулировки импеданса принимает ток контура ILOOP от входных контактов и где модуль регулировки напряжения подключен к паре выходных контактов.
В еще одном аспекте интерфейса питания контура шины модуль регулировки напряжения дополнительно содержит источник питания с режимом переключения (SMPS) U2.
В еще одном аспекте интерфейса питания контура шины модуль регулировки импеданса дополнительно содержит измеряющий ток резистор R1, принимающий ток контура ILOOP, операционный усилитель U1, включающий в себя входные контакты на измеряющем ток резисторе R1, и транзистор Q1, смещаемый операционным усилителем U1 и принимающий ток контура ILOOP, причем выход операционного усилителя U1 регулирует характеристику импеданса транзистора Q1 и заданный ток питания ISUPPLY.
В еще одном аспекте интерфейса питания контура шины обратная связь содержит транзистор Q2, который смещается напряжением контура VLOOP, и резистор R2 цепи обратной связи, подключенный между транзистором Q2 и землей, причем резистор R2 цепи обратной связи принимает ток IF в цепи обратной связи от транзистора Q2, где напряжение VFB в цепи обратной связи на резисторе R2 принимается входом FB цепи обратной связи SMPS U2.
В еще одном аспекте интерфейса питания контура шины SMPS U2 содержит модуль регулировки напряжения.
В еще одном аспекте интерфейса питания контура шины измеряющий ток резистор R1, операционный усилитель U1 и транзистор Q1 входят в состав модуля регулировки импеданса.
В еще одном аспекте интерфейса питания контура шины транзистор Q2 и резистор R2 цепи обратной связи входят в состав обратной связи.
В еще одном аспекте интерфейса питания контура шины измеряющий ток резистор R1, операционный усилитель U1 и транзистор Q1 регулируют электрический импеданс в интерфейсе питания контура шины.
В еще одном аспекте интерфейса питания контура шины интерфейс питания контура шины дополнительно содержит линию регулировки импеданса, выполненную с возможностью регулировки заданного тока питания ISUPPLY и регулировки электрического импеданса модуля регулировки импеданса.
В еще одном аспекте интерфейса питания контура шины интерфейс питания контура шины дополнительно содержит линию регулировки импеданса, связанную с операционным усилителем U1, причем линия регулировки импеданса выполнена с возможностью регулировки напряжения смещения транзистора Q1.
В одном аспекте способа способ максимизирует электрическую мощность, доступную для интерфейса питания контура шины.
В другом аспекте способа способ максимизирует электрическую мощность, доступную для интерфейса питания контура шины при поддержании по существу высокого импеданса.
В еще одном аспекте способа способ максимизирует электрическую мощность, доступную для интерфейса питания контура шины посредством максимизации заданного напряжения питания VSUPPLY и заданного тока питания ISUPPLY.
В еще одном аспекте способа способ дополнительно предусматривает регулировку заданного тока питания ISUPPLY для генерации сигнала связи.
В еще одном аспекте способа способ дополнительно предусматривает принятие входа регулировки импеданса и генерацию заданного тока питания ISUPPLY на основе входа регулировки импеданса.
В еще одном аспекте способа интерфейс питания контура шины содержит модуль регулировки напряжения, принимающий напряжение контура VLOOP и генерирующий заданное напряжение питания VSUPPLY, модуль регулировки импеданса, связанный с модулем регулировки напряжения, причем модуль регулировки импеданса принимает ток контура ILOOP и генерирует заданный ток питания ISUPPLY, и обратную связь, связанную между модулем регулировки напряжения и модулем регулировки импеданса, причем обратная связь обеспечивает сигнал обратной связи для модуля регулировки напряжения, что дает возможность модулю регулировки напряжения по существу поддерживать заданное напряжение питания VSUPPLY.
В еще одном аспекте способа заданный ток питания ISUPPLY по существу фиксирован.
В еще одном аспекте способа заданный ток питания ISUPPLY изменяется.
В еще одном аспекте способа модуль регулировки импеданса дополнительно содержит линию регулировки импеданса, причем линия регулировки импеданса выполнена с возможностью регулировки заданного тока питания ISUPPLY и регулировки электрического импеданса модуля регулировки импеданса.
В еще одном аспекте способа модуль регулировки напряжения дополнительно содержит источник питания с режимом переключения (SMPS) U2.
В еще одном аспекте способа модуль регулировки импеданса дополнительно содержит измеряющий ток резистор R1, принимающий ток контура ILOOP, операционный усилитель U1, включающий в себя входные контакты на измеряющем ток резисторе R1, и транзистор Q1, смещаемый операционным усилителем U1 и принимающий ток контура ILOOP, причем выход операционного усилителя U1 регулирует характеристику импеданса транзистора Q1 и заданный ток питания ISUPPLY.
В еще одном аспекте способа обратная связь дополнительно содержит транзистор Q2, который смещается напряжением контура VLOOP, и резистор R2 цепи обратной связи, подключенный между транзистором Q2 и землей, причем резистор R2 цепи обратной связи принимает ток IF в цепи обратной связи от транзистора Q2, где напряжение VFB в цепи обратной связи на резисторе R2 цепи обратной связи принимается входом FB SMPS U2.
ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 показывает контур двухпроводной шины согласно известному уровню техники.
Фиг. 2 показывает схему регулировки мощности известного уровня техники для устройства шины известного уровня техники, подключенного к контуру шины.
Фиг. 3 показывает интерфейс питания контура шины согласно некоторому варианту осуществления изобретения.
Фиг. 4 показывает интерфейс питания контура шины согласно некоторому варианту осуществления изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Фиг. 3-4 и следующее описание показывают конкретные примеры для изучения специалистами в данной области техники того, как создать и использовать лучший вариант осуществления изобретения. С целью изучения принципов изобретения некоторые стандартные аспекты были упрощены или опущены. Специалистам в данной области техники будут ясны вариации из этих примеров, которые попадают в пределы объема изобретения. Специалистам в данной области техники будет ясно, что особенности, описываемые ниже, могут быть скомбинированы различными способами для образования множественных вариаций изобретения. В результате, изобретение не ограничено конкретными примерами, описанными ниже, а ограничено лишь формулой изобретения и ее эквивалентами.
Фиг. 3 показывает интерфейс 100 питания контура шины согласно некоторому варианту осуществления изобретения. Интерфейс 100 питания контура шины обеспечивает электрическую мощность для устройства шины, присоединенного к контуру 1 измерительной шины (не показано). Интерфейс 100 питания контура шины может быть единственным устройством, присоединенным к контуру 1 шины, или одним из многих измерительных устройств шины.
Устройство шины в одном варианте осуществления содержит расходомер, такой как расходомер Кориолиса или колебательный денсиметр, например. Однако и другие устройства шины рассматриваются и находятся в пределах объема описания и формулы изобретения.
Интерфейс 100 питания контура шины включает в себя модуль 110 регулировки напряжения, модуль 120 регулировки импеданса и обратную связь 115, связанную между модулем 110 регулировки напряжения и модулем 120 регулировки импеданса. Интерфейс 100 питания контура шины включает в себя пару входных контактов 101, выполненных с возможностью соединения с контуром 1 шины, и пару выходных контактов 102, выполненных с возможностью соединения с датчиком или измерительным устройством (также не показано). Модуль 120 регулировки импеданса принимает ток контура ILOOP от входных контактов 101, и модуль 110 регулировки напряжения подключен к паре выходных контактов 102. Интерфейс 100 питания контура шины принимает напряжение контура VLOOP от шины и обеспечивает заданное напряжение питания VSUPPLY на выходных контактах 102. Кроме того, интерфейс 100 питания контура шины принимает ток контура ILOOP от шины и обеспечивает заданный ток питания ISUPPLY на выходных контактах 102.
Модуль 110 регулировки напряжения обеспечивает заданное напряжение питания VSUPPLY из напряжения контура VLOOP. Модуль 110 регулировки напряжения включает в себя источник питания с режимом переключения (SMPS) в некоторых вариантах осуществления. Напряжение питания VSUPPLY модуля 110 регулировки напряжения (и интерфейса 100 питания контура шины) может содержать постоянное (DC) напряжение в некоторых вариантах осуществления. Альтернативно, напряжение питания VSUPPLY может содержать DC напряжение, включающее в себя наложенный цифровой сигнал связи.
Напряжение питания VSUPPLY может быть меньше, чем напряжение контура VLOOP. Напряжение питания VSUPPLY может быть больше или равно напряжению контура VLOOP. Напряжение питания VSUPPLY может быть на фиксированном или изменяющемся уровне.
Модуль 120 регулировки импеданса регулирует электрический импеданс в интерфейсе 100 питания контура шины. Модуль 120 регулировки импеданса обеспечивает заданный ток питания ISUPPLY из тока контура ILOOP. Ток питания ISUPPLY генерируется посредством изменения импеданса, обеспечиваемого модулем 120 регулировки импеданса. В результате, импеданс интерфейса 100 питания контура шины может поддерживаться на относительно высоком уровне импеданса.
В некоторых вариантах осуществления заданный ток питания ISUPPLY, создаваемый модулем 120 регулировки импеданса, является по существу фиксированным. Альтернативно, в других вариантах осуществления заданный ток питания ISUPPLY изменяется, как, например, в вариантах осуществления, где изменяющийся ток используется для генерации сигнала связи.
В некоторых вариантах осуществления модуль 120 регулировки импеданса включает в себя линию 106 регулировки импеданса. Линия 106 регулировки импеданса выполнена с возможностью регулировки заданного тока питания ISUPPLY и электрического импеданса модуля 120 регулировки импеданса.
Линия 106 регулировки импеданса может использоваться в некоторых вариантах осуществления для изменения тока питания ISUPPLY, как, например, в вариантах осуществления, которые используют электрический ток для генерации сигнала связи. Альтернативно, в других вариантах осуществления линия 106 регулировки импеданса может содержать фиксированное значение, которое генерирует по существу фиксированное значение импеданса (и, следовательно, по существу фиксированный ток питания ISUPPLY).
Обратная связь 115 генерирует обратную связь от модуля 120 регулировки импеданса к модулю 110 регулировки напряжения. Обратная связь 115 обеспечивает сигнал обратной связи для модуля 110 регулировки напряжения, что дает возможность модулю 110 регулировки напряжения по существу поддерживать заданное напряжение питания VSUPPLY. Обратная связь 115 может включать в себя обратную связь уровня напряжения, например, где модуль 110 регулировки напряжения использует обратную связь уровня напряжения для поддержания напряжения питания VSUPPLY. Кроме того или альтернативно, обратная связь 115 может передавать ток ошибки в модуль 110 регулировки напряжения, где ток ошибки генерирует напряжение в цепи обратной связи, которое используется модулем 110 для поддержания напряжения питания VSUPPLY (см. фиг. 4 и сопутствующий текст).
Обратная связь 115 используется для генерации и поддержания регулируемого напряжения питания VSUPPLY. Кроме того, обратная связь 115 также используется для максимизации электрической мощности, выдаваемой интерфейсом 100 питания контура шины, и, следовательно, для достижения максимальной передачи мощности. Обратная связь 115 может гарантировать, что интерфейс 100 питания контура шины отслеживает конкретную рабочую точку электрической мощности. Даже когда напряжение питания VSUPPLY изменяется, интерфейс 100 максимизирует доступную мощность. Устройство шины, связанное с парой входных контактов 101, возможно, должно работать при конкретном токе питания ISUPPLY, который определяется значением процесса. В этом случае интерфейс 100 питания контура шины все еще может максимизировать доступную мощность.
Интерфейс 100 питания контура шины может использоваться с любыми шинами для подключения измерительных устройств, такими как FIELDBUS, PROFIBUS или HART шина, например. В этих приложениях цифровой сигнал связи может быть наложен на подаваемую электрическую мощность. Альтернативно, интерфейс 100 питания контура шины может использоваться для контура шины 4-20 мА, например, где выход электрического тока модулируется для генерации наложенного сигнала связи.
В некоторых вариантах осуществления интерфейс 100 питания контура шины может использоваться в средствах с требованиями по искробезопасности (IS). IS среда может содержать пары, газы, жидкости, пыль и т.д., что представляет опасность возгорания или взрыва. Следовательно, совместимая с IS шина ограничена по доступному току и/или напряжению, которое она может подавать.
Выгодно, что интерфейс 100 питания контура шины может максимизировать подаваемую электрическую мощность посредством максимизации как доступного напряжения, так и доступного тока. Это достигается при поддержании высокого входного импеданса. Интерфейс 100 питания контура шины будет по существу поддерживать напряжение питания VSUPPLY над различными уровнями тока. Интерфейс 100 питания контура шины, следовательно, облегчает связь при доставке максимальной электрической мощности.
Интерфейс 100 питания контура шины реализует способ регулировки электрической мощности согласно некоторому варианту осуществления изобретения. Интерфейс 100 питания контура шины принимает электрическую мощность от измерительной шины при напряжении контура VLOOP и при токе контура ILOOP, генерирует заданное напряжение питания VSUPPLY из напряжения контура VLOOP и генерирует заданный ток питания ISUPPLY. Заданный ток питания ISUPPLY связан с заданной характеристикой импеданса интерфейса питания контура шины.
Данный способ максимизирует электрическую мощность, доступную для интерфейса 100 питания контура шины. Способ максимизирует электрическую мощность, доступную для интерфейса 100 питания контура шины при поддержании по существу высокого импеданса. Способ максимизирует электрическую мощность, доступную для интерфейса 100 питания контура шины путем максимизации заданного напряжения питания VSUPPLY и заданного тока питания ISUPPLY. Это достигается даже тогда, когда напряжение питания VSUPPLY или ток питания ISUPPLY могут быть ограничены значением процесса соответствующего устройства шины.
Способ может регулировать заданный ток питания ISUPPLY для генерации сигнала связи. Способ может принимать вход регулировки импеданса и может генерировать заданный ток питания ISUPPLY на основе этого входа регулировки импеданса.
Фиг. 4 показывает интерфейс 100 питания контура шины согласно некоторому варианту осуществления изобретения. Интерфейс 100 питания контура шины в этом варианте осуществления включает в себя модуль 110 регулировки напряжения, модуль 120 регулировки импеданса и обратную связь 115, как обсуждалось выше.
Модуль 110 регулировки напряжения в этом варианте осуществления включает в себя источник питания с режимом переключения (SMPS) U2, катушку индуктивности L1, конденсаторы С1 и С2, диод D1 и диод Зенера Z1. Как обсуждалось ранее, заданное напряжение питания VSUPPLY может содержать DC напряжение, которое выше, равно или меньше, чем DC напряжение контура VLOOP. Компоненты конденсаторов, катушки индуктивности и диодов могут быть выбраны для достижения заданного напряжения питания VSUPPLY.
Модуль 120 регулировки импеданса в этом варианте осуществления включает в себя операционный усилитель U1, резистор R1, вход напряжения V_Iset и транзистор Q1. Операционный усилитель U1 включает в себя входные контакты на резисторе R1. Транзистор Q1 смещается операционным усилителем U1. Резистор R1 принимает ток контура ILOOP, и транзистор Q1 принимает ток контура ILOOP и генерирует заданный ток питания ISUPPLY. Операционный усилитель U1 выполнен с возможностью измерения напряжения на резисторе R1, где напряжение генерируется электрическим током (т.е. ILOOP), текущим через резистор R1. Измеренный ток используется для регулировки напряжения затвора (G) транзистора Q1. Изменение смещения напряжения затвора транзистора Q1 изменяет импеданс сток-исток транзистора Q1.
Вход напряжения V_Iset в некоторых вариантах осуществления содержит вход 106 регулировки импеданса фиг. 3. Линия 106 регулировки импеданса подключена к операционному усилителю U1 и, следовательно, может регулировать напряжение смещения транзистора Q1.
Транзистор Q1 может содержать мощный транзистор. В показанном варианте осуществления транзистор Q1 содержит полевой (FET) транзистор или полевой транзистор с изолированным затвором (MOSFET), такой как BSP 149 транзистор, доступный от Infineon Technologies AG. Однако любой подходящий транзистор может использоваться и находится в пределах объема описания и формулы изобретения.
Обратная связь 115 в этом варианте осуществления включает в себя транзистор Q2 и резистор R2 цепи обратной связи. Транзистор Q2 смещается напряжением контура VLOOP. Резистор R2 цепи обратной связи подключен между транзистором Q2 и землей. Резистор R2 цепи обратной связи принимает ток IF в цепи обратной связи от транзистора Q2. Напряжение VFB в цепи обратной связи на резисторе R2 цепи обратной связи принимается входом FB обратной связи SMPS U2. Когда фактическое напряжение питания VSUPPLY увеличивается до значения выше целевого напряжения питания, напряжение смещения на базе транзистора Q2 будет увеличиваться. Если напряжение на коллекторном переходе транзистора Q2 (т.е. VBC Q2) становится выше чем 0,7 вольт, то ток IFB положительной обратной связи будет течь через резистор R2 цепи обратной связи на землю. Это в свою очередь вызывает увеличение напряжения на резисторе R2 цепи обратной связи и последующее помещение более высокого напряжения в цепи обратной связи на штырек обратной связи (FB) SMPS U2. В результате, напряжение питания VSUPPLY будет уменьшено SMPS U2. Наоборот, если фактическое напряжение питания VSUPPLY падает ниже заданного напряжения питания, то напряжение в цепи обратной связи на FB штырьке уменьшится, и SMPS U2 повысит фактическое напряжение питания VSUPPLY по существу вплоть до того же самого уровня, что и заданное целевое напряжение питания VSUPPLY. Транзистор Q2 и резистор R2 цепи обратной связи дают возможность SMPS U2 по существу поддерживать заданное напряжение питания VSUPPLY.
Изобретение может выгодно максимизировать доступную мощность в паре выходных контактов 102. Мощность может быть представлена следующим образом:
P=[VLOOP-(VBE Q2)]·ILOOP·(Е U2) (1)
где (VBE Q2) - напряжение на эмиттерном переходе транзистора Q2 и где (Е U2) - эффективность переключения SMPS U2. Член [VLOOP-(VBE Q2)] содержит напряжение VC1 на конденсаторе С1 и равно напряжению питания VSUPPLY.
В одном варианте осуществления транзистор Q2 содержит биполярный плоскостной транзистор (BJT), такой как BC 859 транзистор, доступный от Fairchild Semiconductor Corporation. Однако следует понимать, что и другие транзисторы рассматриваются и находятся в пределах объема описания и формулы изобретения.
Интерфейс и способ питания контура шины согласно изобретению могут применяться согласно любому из вариантов осуществления для обеспечения нескольких преимуществ, если это желательно. Изобретение обеспечивает регулируемое электрическое напряжение. Изобретение обеспечивает регулируемый электрический ток. Изобретение обеспечивает высокий входной импеданс. Изобретение обеспечивает возможность регулировки тока. Изобретение обеспечивает возможность регулировки импеданса. Изобретение обеспечивает максимизируемую электрическую мощность.

Claims (31)

1. Интерфейс (100) питания контура шины, содержащий
модуль (110) управления напряжением, принимающий напряжение контура VLOOP и генерирующий заданное напряжение питания VSUPPLY;
модуль (120) управления импедансом, связанный с модулем (110) управления напряжением, причем модуль (120) управления импедансом принимает ток контура ILOOP и генерирует заданный ток питания ISUPPLY; и обратную связь (115), связанную между модулем (110) управления напряжением и модулем (120) управления импедансом, причем обратная связь (115) обеспечивает сигнал обратной связи для модуля (110) управления напряжением, что дает возможность модулю (110) управления напряжением, по существу, поддерживать заданное напряжение питания VSUPPLY.
2. Интерфейс (100) питания контура шины по п.1, в котором заданный ток питания ISUPPLY, по существу, является фиксированным.
3. Интерфейс (100) питания контура шины по п.1, в котором заданный ток питания ISUPPLY изменяют.
4. Интерфейс (100) питания контура шины по п.1, причем модуль (120) управления импедансом регулирует электрический импеданс в интерфейсе (100) питания контура шины.
5. Интерфейс (100) питания контура шины по п.1, причем модуль (120) управления импедансом дополнительно содержит линию (106) управления импедансом, причем линия (106) управления импедансом выполнена с возможностью управления заданным током питания ISUPPLY и электрическим импедансом модуля (120) управления импедансом.
6. Интерфейс (100) питания контура шины по п.1, причем интерфейс (100) питания контура шины дополнительно содержит
пару входных контактов (101); и
пару выходных контактов (102);
где модуль (120) управления импедансом принимает ток контура ILOOP от входных контактов (101), и где модуль (110) управления напряжением подключен к паре выходных контактов (102).
7. Интерфейс (100) питания контура шины по п.1, причем модуль (110) управления напряжением дополнительно содержит источник питания с режимом переключения (SMPS) U2.
8. Интерфейс (100) питания контура шины по п.1, причем модуль (120) управления импедансом дополнительно содержит
измеряющий ток резистор R1, принимающий ток контура ILOOP;
операционный усилитель U1, включающий в себя входные контакты на измеряющем ток резисторе R1;
транзистор Q1, смещаемый операционным усилителем U1 и принимающий ток контура ILOOP, причем выход операционного усилителя U1 управляет характеристикой импеданса транзистора Q1 и управляет заданным током питания ISUPPLY.
9. Интерфейс (100) питания контура шины по п.7, причем обратная связь (115) содержит
транзистор Q2, который смещают напряжением контура VLOOP; и
резистор R2 цепи обратной связи, подключенный между транзистором Q2 и землей, причем резистор R2 цепи обратной связи принимает ток IF цепи обратной связи от транзистора Q2, где напряжение VFB цепи обратной связи на резисторе R2 цепи обратной связи принимают входом FB обратной связи SMPS U2.
10. Интерфейс (100) питания контура шины, содержащий
источник питания с режимом переключения (SMPS) U2, принимающий напряжение контура VLOOP и генерирующий заданное напряжение питания VSUPPLY;
измеряющий ток резистор R1, принимающий ток контура ILOOP;
операционный усилитель U1, включающий в себя входные контакты на измеряющем ток резисторе R1;
транзистор Q1, смещаемый операционным усилителем U1, причем транзистор Q1 принимает ток контура ILOOP и генерирует заданный ток питания ISUPPLY, причем выход операционного усилителя U1 управляет характеристикой импеданса транзистора Q1 и управляет заданным током питания ISUPPLY;
транзистор Q2, связанный с SMPS U2, причем транзистор Q2 смещают напряжением контура VLOOP; и
резистор R2 цепи обратной связи, подключенный между транзистором Q2 и землей, причем резистор R2 цепи обратной связи принимает ток IF цепи обратной связи от транзистора Q2, где напряжение VFB цепи обратной связи на резисторе R2 цепи обратной связи принимают входом FB обратной связи SMPS U2, и где транзистор Q2 и резистор R2 цепи обратной связи дают возможность SMPS U2, по существу, поддерживать заданное напряжение питания VSUPPLY.
11. Интерфейс (100) питания контура шины по п.10, в котором заданный ток питания ISUPPLY является, по существу, фиксированным.
12. Интерфейс (100) питания контура шины по п.10, в котором заданный ток питания ISUPPLY изменяют.
13. Интерфейс (100) питания контура шины по п.10, причем SMPS U2 содержит модуль (110) управления напряжением.
14. Интерфейс (100) питания контура шины по п.10, причем измеряющий ток резистор R1, операционный усилитель U1 и транзистор Q1 входят в состав модуля (120) управления импедансом.
15. Интерфейс (100) питания контура шины по п.10, причем транзистор Q2 и резистор R2 цепи обратной связи входят в состав обратной связи (115).
16. Интерфейс (100) питания контура шины по п.10, причем измеряющий ток резистор R1, операционный усилитель U1 и транзистор Q1 регулируют электрический импеданс в интерфейсе (100) питания контура шины.
17. Интерфейс (100) питания контура шины по п.10, дополнительно содержащий линию (106) управления импедансом, выполненную с возможностью управления заданным током питания ISUPPLY и электрического импеданса модуля (120) управления импедансом.
18. Интерфейс (100) питания контура шины по п.10, дополнительно содержащий линию (106) управления импедансом, связанную с операционным усилителем U1, причем линия (106) управления импедансом выполнена с возможностью управления напряжением смещения транзистора Q1.
19. Способ управления электрической мощности в интерфейсе питания контура шины, содержащий
прием модулем управления напряжением электрической мощности от инструментальной шины при напряжении контура VLOOP и токе контура ILOOP;
генерирование модулем управления напряжением заданного напряжения питания VSUPPLY из напряжения контура VLOOP; и
генерирование модулем управления импедансом заданного тока питания ISUPPLY, причем заданный ток питания ISUPPLY связан с заданной характеристикой импеданса интерфейса питания контура шины; и
обеспечение модулем управления импедансом сигнала обратной связи для модуля управления напряжением, что дает возможность модулю управления напряжением, по существу, поддерживать заданное напряжение питания VSUPPLY.
20. Способ по п.19, причем это способ максимизирует электрическую мощность, доступную для интерфейса питания контура шины.
21. Способ по п.19, причем этот способ максимизирует электрическую мощность, доступную для интерфейса питания контура шины при поддержании, по существу, высокого импеданса.
22. Способ по п.19, причем этот способ максимизирует электрическую мощность, доступную для интерфейса питания контура шины посредством максимизации заданного напряжения питания VSUPPLY и заданного тока питания ISUPPLY.
23. Способ по п.19, дополнительно содержащий регулировку заданного тока питания ISUPPLY для генерации сигнала связи.
24. Способ по п.19, дополнительно содержащий
прием модулем управления входного сигнала управления импедансом; и генерирование модулем управления напряжением заданного тока питания ISUPPLY на основе этого входного сигнала управления импедансом.
25. Способ по п.19, причем интерфейс питания контура шины содержит
модуль управления напряжением, принимающий напряжение контура VLOOP и генерирующий заданное напряжение питания VSUPPLY;
модуль управления импедансом, связанный с модулем управления напряжением, причем модуль управления импедансом принимает ток контура ILOOP и генерирует заданный ток питания ISUPPLY.
26. Способ по п.25, в котором заданный ток питания ISUPPLY является, по существу, фиксированным.
27. Способ по п.25, в котором заданный ток питания ISUPPLY изменяют.
28. Способ по п.25, причем модуль управления импедансом дополнительно содержит линию управления импедансом, причем линия управления импедансом выполнена с возможностью управления заданным током питания ISUPPLY и электрического импеданса модуля управления импедансом.
29. Способ по п.25, причем модуль управления напряжением дополнительно содержит источник питания с режимом переключения (SMPS) U2.
30. Способ по п.25, причем модуль управления импедансом дополнительно содержит
измеряющий ток резистор R1, принимающий ток контура ILOOP;
операционный усилитель U1, включающий в себя входные контакты на измеряющем ток резисторе R1;
транзистор Q1, смещаемый операционным усилителем U1 и принимающий ток контура ILOOP, причем выход операционного усилителя U1 управляет характеристикой импеданса транзистора Q1 и управляет заданным током питания ISUPPLY.
31. Способ по п.25, причем обратная связь содержит
транзистор Q2, который смещают напряжением контура VLOOP; и
резистор R2 цепи обратной связи, подключенный между транзистором Q2 и землей, причем резистор R2 цепи обратной связи принимает ток IF цепи обратной связи от транзистора Q2, где напряжение VFB цепи обратной связи на резисторе R2 цепи обратной связи принимают входом FB обратной связи SMPS U2.
RU2008146963/07A 2006-04-28 2006-04-28 Интерфейс и способ питания контура шины RU2404527C2 (ru)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/US2006/016439 WO2007130017A1 (en) 2006-04-28 2006-04-28 Bus loop power interface and method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2008146963A RU2008146963A (ru) 2010-06-10
RU2404527C2 true RU2404527C2 (ru) 2010-11-20

Family

ID=37478936

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008146963/07A RU2404527C2 (ru) 2006-04-28 2006-04-28 Интерфейс и способ питания контура шины

Country Status (13)

Country Link
US (1) US8063694B2 (ru)
EP (1) EP2027688B1 (ru)
JP (1) JP5155302B2 (ru)
KR (1) KR101128960B1 (ru)
CN (1) CN101433037B (ru)
AR (1) AR060681A1 (ru)
AU (1) AU2006343388B2 (ru)
BR (1) BRPI0621757B1 (ru)
CA (1) CA2650475C (ru)
HK (1) HK1132393A1 (ru)
MX (1) MX2008013260A (ru)
RU (1) RU2404527C2 (ru)
WO (1) WO2007130017A1 (ru)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101171509B1 (ko) * 2007-09-12 2012-08-09 발레리 바실리에비치 오브친니코프 이산적 전기 신호들을 송신하기 위한 방법
DE102008058296B4 (de) * 2008-11-20 2011-03-10 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum Bereitstellen von Strom für Verbraucher in einem Busgerät sowie Vorschalteinrichtung
BE1020122A5 (nl) * 2011-07-19 2013-05-07 Niko Nv Inrichting voor het extraheren van een voedingssignaal uit een bussignaal, en busapparaat.
BR112015006433A2 (pt) 2012-09-21 2017-07-04 Phoenix Contact Development And Mfg Inc dispositivo limitante de tensão e método para limitar a tensão dc transmitida a partir de um circuito tronco para um circuito ramal de um rede de controle distribuído.
EP2866354B1 (en) * 2013-10-25 2019-06-26 VITO NV (Vlaamse Instelling voor Technologisch Onderzoek NV) Method and system for providing pulsed power and data on a bus
CN104716953A (zh) * 2014-12-31 2015-06-17 浙江中控技术股份有限公司 二线制现场总线电源去耦电路
US11624278B2 (en) * 2019-05-08 2023-04-11 GEOSCIENCE Support Services, Inc. Wellfield management systems and methods

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1432244A1 (ru) 1986-12-10 1988-10-23 Днепропетровский горный институт им.Артема Устройство дл управлени и контрол положени шахтного регул тора воздушных потоков
JP3185948B2 (ja) * 1992-08-03 2001-07-11 横河電機株式会社 信号伝送器
CA2107519C (en) * 1992-10-05 2002-04-09 Stephen George Seberger Communication system and method
US5451023A (en) * 1994-01-12 1995-09-19 Johnston; James R. Holstered handgun retainer
DE59509491D1 (de) * 1995-05-24 2001-09-13 Endress Hauser Gmbh Co Anordnung zur leitungsgebundenen Energieversorgung eines Signalgebers vom Singnalempfänger
DE19723645B4 (de) * 1997-06-05 2006-04-13 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Anordnung zur Signalübertragung zwischen einer Geberstelle und einer Empfangsstelle
JP3398950B2 (ja) * 1997-11-04 2003-04-21 横河電機株式会社 フィールドバスインターフェース回路
US6311136B1 (en) * 1997-11-26 2001-10-30 Invensys Systems, Inc. Digital flowmeter
US6233285B1 (en) * 1997-12-23 2001-05-15 Honeywell International Inc. Intrinsically safe cable drive circuit
US6025793A (en) * 1998-03-27 2000-02-15 Samson Ag Input circuit of a field device
DE59814313D1 (de) * 1998-09-07 2008-12-11 Endress & Hauser Gmbh & Co Kg endestation
US6907082B1 (en) * 1999-02-03 2005-06-14 Invensys Systems, Inc. 4-20 mA interface circuit
US6466188B1 (en) * 2000-01-20 2002-10-15 International Business Machines Corporation DC-DC converter with current sensing for use with non-linear devices
US6662120B2 (en) * 2001-06-19 2003-12-09 Endress + Hauser Flowtec Ag Excitation circuits for coriolis mass flowmeters
DE10200768B4 (de) * 2001-12-06 2004-03-11 Krohne Ag Massendurchflussmessgerät und Verfahren zum Betrieb eines Massendurchflussmessgerätes
CN1175331C (zh) * 2002-03-28 2004-11-10 华邦电子股份有限公司 具有双向电流的电压调节器
US6933746B1 (en) * 2003-05-21 2005-08-23 Planet Ate, Inc. Method and apparatus for coupling an input node to an output node

Also Published As

Publication number Publication date
US20090278519A1 (en) 2009-11-12
AU2006343388A1 (en) 2007-11-15
HK1132393A1 (en) 2010-02-19
CA2650475A1 (en) 2007-11-15
EP2027688B1 (en) 2018-06-06
AU2006343388B2 (en) 2010-09-09
BRPI0621757B1 (pt) 2019-06-04
JP2009535892A (ja) 2009-10-01
KR20090009920A (ko) 2009-01-23
RU2008146963A (ru) 2010-06-10
US8063694B2 (en) 2011-11-22
CA2650475C (en) 2015-02-03
EP2027688A1 (en) 2009-02-25
KR101128960B1 (ko) 2012-03-28
JP5155302B2 (ja) 2013-03-06
CN101433037B (zh) 2013-02-06
CN101433037A (zh) 2009-05-13
AR060681A1 (es) 2008-07-02
BRPI0621757A2 (pt) 2012-09-18
WO2007130017A1 (en) 2007-11-15
MX2008013260A (es) 2008-10-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2404527C2 (ru) Интерфейс и способ питания контура шины
US6504489B1 (en) Process control transmitter having an externally accessible DC circuit common
RU2530352C2 (ru) Двухпроводное полевое устройство для промышленного процесса, обеспечивающее максимизацию мощности, доступной для схемы устройства при минимальном токе контура управления
CN102067048A (zh) 用于具有可变压降的现场设备的rf适配器
JP5673750B2 (ja) 電流出力回路、および同回路を有する広帯域２線式伝送器
JP5113334B2 (ja) 二線式バス機器
JP2009522990A (ja) 自動化技術のフィールド・デバイスを提供するための回路装置
CN102472634B (zh) 用于过程仪表的现场设备
CN112928899A (zh) 具有自适应反馈控制回路的电源单元
US20140184103A1 (en) Feedback control circuit and power supply apparatus using dimming adjustment and forward voltage control
US9214853B2 (en) Two-wire transmitter starter circuit and two-wire transmitter including the same
US20130159640A1 (en) System and method of reading and writing operating parameters and data for a control device
JP6229831B2 (ja) 電流出力回路、および同回路を有する広帯域２線式伝送器
US20230168655A1 (en) Automation field device
CN109061331A (zh) 测量换能器馈电装置