具有开关转换器电路的现场设备的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种具有至少一个开关转换器电路和至少一个用于确定至少一个测 量参量的测量电路的现场设备，其中，在输入侧向开关转换器电路馈送电功率，并且开关转 换器电路在输出侧与测量电路连接，并且开关转换器电路向测量电路供应电功率。
【背景技术】
[0002] 上文提到的类型的现场设备早已在过程自动化中所公知，并且由于运些现场设备 的确定一个或者多个测量参量的能力而使用它们来监视过程和在过程中引导的介质。例如 设立运类的现场设备用于求得经过管或通道的可流动的介质的流量，其方式是：例如应用 如下的测量设备，所述测量设备根据科里奥利（Coriolis)法或满流法在使用超声波信号 的情况下工作，或所述测量设备W量热的方式求得流量。为了确定介质的料位，可W设计其 它的按类属的现场设备，其中，介质例如可W是液体或者散料。在此，在现有技术中公知的 是，根据雷达法或特别是TDR法评估电磁信号的传播时间。也可W应用多普勒效应或使用 测键。此外，存在许多用于W电容、电感的方式或通过能机械振荡的元件识别达到料位的现 场设备。其它配备有测量电路的现场设备用于检测过程中的感兴趣介质的抑值、溫度、粘 度或导电性。详细地，下面阐述的发明更确切地能应用到所有具有开关转换器电路和测量 电路的现场设备中，而不取决于利用现场设备的测量电路检测或确定的测量参量。
[0003] 在现场设备中设置的开关转换器电路基本上用于测量电路的能量供应，其中，使 用开关转换器电路用于在输出侧提供定义的电压（大多是直流电压），测量电路需要该电 压用于按规定地运行。测量电路往往不仅用于检测粗测量参量，而且也用于信号准备、信号 滤波、信号匹配和信号转化。
[0004] 经常也被称为开关调节器的开关转换器W至少一个时钟式接线的能量存储器的 原理为基础。因此，例如可能的是，通过时钟式地中断电流路径利用线圈作为能量存储器和 随后对如此产生的电压尖峰进行平滑也将输入侧的直流电压转换成高的。公知完全不同的 开关转换器类型：降压转换器、之前所述的升压转换器和反向转换器，运些开关转换器在输 出侧不仅可W提供比在开关转换器的输入侧所提供的电压更高的电压，而且可W在输出侧 提供更低的（反向的）电压。 阳〇化]在现代的现场设备中，开关转换器电路大部分不再分立地构建，而是尤其使用为 了实施开关转换器电路而设置的半导体构件，运些半导体构件根据使用目的配备有外部的 接线。外部的接线大多包括始终是必需的电能存储器（大多呈线圈的形式）和其它的电路 部件，例如反馈网络和滤波电路。根据输入电压和电流、开关转换器电路的输出侧的负载W 及相应所期望的输出电压和电流，运些开关部件通常根据半导体组件的制造商的说明来确 定尺寸，W便使开关转换器电路总地在对于应用情况来说最有利的工作点中运行。
[0006] 由于时钟式的运行方式，开关转换器电路发出干扰信号，运些干扰信号例如W不 期望的方式影响在输出侧连接的测量电路。特别有问题的是，出现不同类型且在时间上变 化的干扰，因为在电路技术上仅能很差地对运些干扰作出反应。
【发明内容】
[0007] 本发明的任务在于，说明一种具有开关转换器电路的现场设备，在该现场设备中， 通过开关转换器电路减小了可变化的干扰信号杂散的问题。
[0008] 根据本发明看出，一个特别的问题在于，针对特定的工作点且针对特定的输出侧 提取的功率所设计的开关转换器电路在偏离的工作点运行，例如因为连接到开关转换器电 路处的测量电路的功耗发生变化。运可W例如在测量电路具有交替出现的不同的运行模式 时是运种情况。在开头所述的具有开关转换器电路的现场设备中，之前指出且引出的任务 通过如下方式来解决，即，负载电路由负载控制电路如此操控，使得开关转换器电路的输出 侧的电负载不低于最小电负载。
[0009] 根据本发明的设置附加的负载电路的措施的基本思想在于，首先针对测量电路具 有比较高的功耗的运行情况设计开关转换器电路。针对运种情况，开关转换器电路被设计 为，使得通过电路技术上的措施、例如滤波电路来抑制可能杂散的干扰。测量电路的功耗的 下降使工作点移动，开关转换器电路W该工作点来运行，由此在开关转换器内的时钟式的 操控尤其发生改变。首先，脉宽调制信号（PWM信号）的占空比发生改变。在非常低的功耗 的情况下，在开关转换器电路中甚至中止整个时钟周期，运通常相对于在一些开关转换器 电路中也被称为"PWM模式"的连续时钟式的模式被称为"突发模式"。
[0010] 通过负载电路被负载控制电路如此操控使得开关转换器电路的输出侧的电负载 无法下降到特定的界限W下，即所述输出侧的电复杂不能降到最小电负载W下，防止了开 关转换器电路的运行特性经受强烈的波动。在附加的负载电路被负载控制电路如此操控使 得在开关转换器电路处始终施加针对电路设计所考虑的高负载时，开关转换器电路的工作 点仅仍在极其小的范围内变化或必要时也根本不变。
[0011] 根据特别有利的构型规定，最小电负载如此大，使得开关转换器电路W PWM运行 模式连续地工作，尤其避免了开关转换器电路的突发运行模式。关于在开关转换器电路的 输出端处的何种电负载的情况下电路转换器的中央控制从常规的时钟式的PWM运行模式 转入之前所述的突发运行模式的说明，可W要么从开关转换器电路或在开关转换器电路的 中央位置处所设置的开关转换器半导体构件的制造商的数据页中获悉，在两种运行模式之 间进行切换的功率界限必要时也可W通过测量发现。
[0012] 在开关转换器电路一-只要其保持在常规时钟式的PWM运行模式中，就仅改变控 制PWM信号的占空比变化一一引起相对保持不变的干扰信号杂散期间，干扰在过渡到突发 运行模式时和在突发运行模式中的持续运行时是可变的，尤其是干扰的频率分量移动并且 必要时干扰总的变得带宽更宽，运是要避免的。
[0013] 具有其负载电路的现场设备优选如此设计，使得最小电负载几乎相应于测量电路 的最大负载，尤其相应于在测量电路的正常测量运行中测量电路的最大负载。正常测量运 行指的是在主动测量电路的情况下现场设备的规则的测量运行，尤其不是指例如现场设备 在首次投入运行时或例如在复位时或在错误引起的现场设备重启时的开动。
[0014] 在本发明的一种构型中规定，负载电路与测量电路并联，在本发明的另一种构型 中规定，负载电路作为测量电路的一部分来实现。在两种情况下，负载电路无论如何都如 此设计，使得只要测量电路的单独地运行不再足W降低开关转换器电路的输出侧的最小负 载，该负载电路就将由开关转换器电路在输出侧提供的电负载至少提升到最小电负载。
[0015] 在现场设备的一种特别简单的构型中规定，负载电路具有能通过负载控制电路来 切换的开关。经由所述开关闭合一电流路径，在该电流路径中消耗了运样的功率，使得开关 转换器电路处的必需的最小负载不被低于。可W设想多个运样切换的电流路径，利用运些 电流路径可W接上不同的附加的负载。
[0016] 按照根据本发明的现场设备的另一变型方案规定，负载电路包括由负载控制电路 操控的至少一个晶体管。因此，也实现在开关转换器电路处可变的附加的负载，从而开关转 换器电路的工作点可W非常准确地保持恒定，即恒定在最小负载上或者恒定地在最小负载 W上。
[0017] 在一种有利的进一步开发中规定，在使用至少一个微控制器的情况下来实现负载 电路和负载控制电路，其中，电功率通过操控微控制器的至少一个I/O端口被消耗。微控制 器的I/O端口例如可W经由电阻对地驱动电流，并且因此负责附加的功率消耗。该变型方 案的优点是，为此例如可W使用已经设置在现场设备的测量电路中的微控制器。
[001引现场设备的有利的构型的突出之处在于，负载控制电路根据测量电路的运行模式 来操控负载电路。因此，在运里无需在测量技术上准确地检测测量电路的功耗有多大，而仅 需确定，测量电路处于哪种工作模式中，因为运经常足够指示测量电路的功耗。
[0019] 现场设备例如可W是用于距离测量的雷达测量设备。所考察的现场设备具有至少 一个用于发射和接收HF(高频）福射W及用于数字化和保存已发射和接收的HF福射的第 一运行模式。所考察的现场设备还具有第二运行模式，该第二运行模式用于评估所保存的 数字化的已发射和接收的HF福射。在运种构造为雷达测量设备的现场设备中，与第一运行 模式相比，经常在第二运行模式中存在在功率方面更高的电加载。于是根据本发明在运样 的现场设备中规定，负载控制电路在第一运行模式中操控并且因此接通负载电路，使得在 第一运行模式中也出现针对开关转换器电路的加载，如其在第二模式中没有附加地接通负 载电路的情况下出现的那样。
[0020] 在现场设备的进一步开发中规定，通过检测负载控制电路的至少一个电特征参量 求得在开关转换器电路的输出侧的电负载，并且负载电路根据所求得的电负载由负载控制 电路来操控。优选地规定，至少一个电特征参量是由开关转换器电路在总体上驱动的输出 侧的电流，因为在固定地调整开关转换器电路的输出侧电压的情况下可W因此总地确定功 率输出和功率提取。在运样直接在测量技术上确定所提取的功率的情况下，实际上可W经 由负载电路和负载控制电路实现任意精细的功率调节。
【附图说明】
[0021] 详细地，现在存在多种构造和改进根据本发明的现场设备的可能性。为此，一方面 参见排在权利要求1后面的从属权利要求，另一方面参见W下与附图相关联的实施例的描 述。在附图中：
[0022] 图1示出具有开关转换器电路的现场设备，其中，负载电路在测量电路之外实现， 并且负载控制电路在测量电路的范围内实现；
[0023] 图2曰、图2b、图2c示出实现负载电路的不同的可能性；
[0024] 图3示出构造为两导线设备(Zwei-Leiter-Gei^t)的现场设备，在该现场设备中，负 载电路和负载控制电路在测量电路之外实现；
[0025] 图4示出如下的现场设备，在该现场设备中，负载电路和负载控制电路完全在测 量电路之内实现；
[0026] 图5示出根据图4的现场设备，在该现场设备中，负载控制电路在测量电路的微控 制器的范围内实现；
[0027] 图6示出如下的现场设备，在该