用于保护两线电流环路的至少一个部件的电路布置的制作方法

文档序号:9602776阅读:370来源:国知局
用于保护两线电流环路的至少一个部件的电路布置的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于保护两线电流环路中的至少一个部件的电路布置,该两线电流环路与负载一起串联连接至AC/DC电源,其中两线电流环路具有整流器、时钟信号发生器和开关,其中整流器形成直流电路,其中开关连接在直流电路中,并且其中时钟信号发生器将时钟信号输出至开关以便对直流电路计时。
【背景技术】
[0002]在过程和自动化技术的现场装置中经常应用两线电流环路。在过程技术中以及在自动化技术中,常常应用用于记录和/或影响过程变量的现场装置。测量装置用于记录过程变量,这样的测量装置诸如填充料位测量装置、流量测量装置、压力和温度测量装置、pH测量装置、导电性测量装置等,分别记录对应的过程变量:填充料位、流量、压力、温度、pH值和导电性。致动器诸如阀或栗用于影响过程变量,经由致动器改变例如管线中的液体的流动或容器中的介质的填充料位。原则上,被称为现场装置的是靠近过程应用的并且传递或处理过程相关信息的所有装置。大量这样的现场装置可由Endress+Hauser公司的下属公司制造和出售。与本发明相关,术语现场装置因此包含所有类型的测量装置和致动器。此夕卜,概念现场装置还包括集成在/可集成在总线系统中的例如网关、无线电适配器或其它总线参与者(bus participants) ο
[0003]如果具有两线电流环路的这样的现场装置停止工作,则最终损害会是显著的。因此,重要的是提供被保护免于故障的现场装置。特别地,两线电流环路必须被保护免于产生过电流。
[0004]在两线电流环路的情况下存在可以如何出现过电流的多种可能性。因此,存在许多应用,在这种情况下,串联的两线电流环路连同负载一起串联连接到电流供应装置。负载为例如接触器。在启动的情况下,或当连接电流供应装置时,可能发生的是,负载被忽略并且未连接。进一步可能的是,跨负载发生短路。在这些情况下,不存在跨负载的压降。如果部件与负载串联连接,跨该部件的压降高于正常操作的情况,在这种正常操作的情况下,不存在过电流状态。部件可以为例如开关。如果部件对于过高电流敏感,则在发生过大电流的情况下,部件会受损。例如,FET(场效应晶体管)作为两线电流中的开关被越来越多地应用。当FET作为开关应用并且过电流状态发生时,FET将在短时间内受到不能恢复的损害。
[0005]用于两线电流环路的部件的保护的电路布置是已知的。因此,W0 86/03079公开了用于切换直流电路和交流电路中的电阻性用电器和电感性用电器的电路布置。电路布置包括控制电子装置,以及用于供应控制电子装置的电压供应装置,以及短路和过载保护装置。在电路布置中提供用于检测过载状态的装置,过载状态例如作为晶体管的不容许的高温或不容许的高负载电流的结果。在过载状态的情况下,开关被供应控制信号。用于检测过载状态的装置包括电流测量电阻器以及阈值开关,负载电流流经电流测量电阻器。
[0006]从DE 39 24 824 A1获知具有用于保护计时半导体开关的控制电路的电路布置,计时半导体开关与其开关路径一起置于负载电流电路中。电路布置包括实际值传感器,实际值传感器形成在半导体开关的开关路径中流动的负载电流的实际值。半导体开关的计时启动经由控制电路发生。测量电阻器与半导体开关的开关路径串联。跨测量电阻器产生的压降代表实际值传感器的输入变量。实际值传感器包括:第一二极管,其阴极与实际值传感器的输入连接;第二二极管,其阴极与第一二极管的阳极连接,并且其阳极经由第一电阻器与实际值传感器的输出连接以及还经由第二电阻器与第一操作电压源连接。控制单元的输出与Schmitt触发器的输入连接,Schmitt触发器的输出与控制电路的输入连接,并且控制电路的输出控制场效应晶体管的栅电极。
[0007]从DE 101 25 210 B4获知用于借助于半导体闸流管供给负载的电路布置。负载与整流器电路的输入连接。半导体闸流管的阳极阴极路径与整流器电路的正负输出相联接并且受到保护免于负载的短路。为此,正输出经由晶体管和二极管与电容器的一侧连接,负输出作为电路零点(电路接地)与电容器的另一侧连接。晶体管和电阻器与半导体闸流管并联地连接。晶体管和电阻器的汇合部置于比较器的一个输入上;而基准电压置于另一个输入上。在负载短路的情况下,测量发送器的切换电压借助于开关从半导体闸流管的栅极断开。
[0008]所有这些解决方案具有一种测量电阻器,该测量电阻器连接在待保护免受电路布置影响的开关或部件的下游。然而,某些缺点与此相关联。因为测量电阻器与开关串联连接,所以在正常操作的情况下,存在连续的能量损耗。此外,在过电流状态的情况下,测量电阻器会例如因过热而受损。
[0009]本发明的目的是提供一种电路布置,在过载电流状态的情况下,该电路布置以节能的方式保护两线电流环路的部件。

【发明内容】

[0010]根据本发明,该目的由如权利要求1中所限定的电路布置来实现。
[0011]因此该目的通过以下特征来实现,该特征包括:电路布置具有二极管,其中二极管的导通方向从二极管的阳极指向二极管的阴极,二极管的阴极连接到直流电路,二极管的阳极被供应来自第一电压源的周期性的或恒定的电压,该电压至少周期性地大于预定阈值,并且电路布置具有至少一个开关元件,所述至少一个开关元件用于接通或断开时钟信号,其中开关元件根据二极管的阳极具有的电压与阈值之间的比较结果使时钟信号通过或阻断时钟信号。
[0012]如果开关元件使时钟信号通过,则时钟信号到达开关,并且直流电路的电流可以以时钟脉冲流动。因此,在正常操作下,现场装置的电流供应被启用。在过载电流状态期间,开关元件阻断时钟信号。因此,没有电流可以流入直流电路中,并且开关被保护免受过高电流。
[0013]优选实施例提供的是,第一电压源被实施为时钟信号发生器。在这样的情况下,二极管的阳极被供应的电压至少周期性地大于预定阈值。在这种情况下,时钟信号发生器用于履行多项任务:制造成本比其它情况低,并且不需要附加电压供应装置。因此,紧凑装置结构是可能的。
[0014]在实施例的示例的有利的进一步开发的情况下,二极管的阳极连接到比较器的第一输入,并且可调节第二电压源连接到比较器的第二输入。比较器提供二极管的阳极上的电压与阈值之间的简单比较,其中,阈值在此处由可调节第二电压源提供。
[0015]在本发明的电路布置的有利的进一步发展的情况下,可调节第二电压源包括分压器。分压器用作用于设定上述阈值的成本有效的装置,且不存在对现场装置的能量消耗或可靠性的值得一提的影响。
[0016]在本发明的电路布置的有利的进一步发展的情况下,比较器的输出与开关元件连接,其中开关元件是逻辑元件。逻辑元件例如与非门在现场装置的设计的情况下提供许多灵活性,使得关于特定目标设定的最佳实施例是可实现的。在优选实施例中,在临时产生的且可校正的错误的情况下,现场装置可以进一步通过将单稳态触发器(即,单稳多谐振荡器)整合到逻辑元件中而起作用。
[0017]在本发明的电路布置的有利的进一步开发的情况下,逻辑元件的输出与微控制器连接,其中微控制器基于逻辑元件的输出信号检测直流电路中的过电流状态。如果微控制器检测到过电流状态,则微控制器可以用作二级保险。在本发明的意义中,一级保险是开关元件的迅速反应硬件功能。微控制器可以例如通过控制电路布置使得时钟信号永久地断开或使得输出错误报告来用作二级保险。
[0018]在本发明的电路布置的有利的进一步发展中,半导体开关连接在二极管的阳极与地之间,其中微控制器控制半导体开关使得比较器的第一输入上的电压短时间低于阈值。如果半导体开关短时间接通从二极管的阳极到地的路径,则比较器的第一输入上的电压短时间下降至参考地。由于地电位低于阈值,所以时钟信号被置回在开关上。该过程使得在临时发生的且可校正的错误的情况下启用现场装置的进一步的功能,而无需手动重启现场装置。因此,节省了时间和/或维护费用。
[0019]在本发明的电路布置的实施例中,时钟信号发生器被集成到微控制器中或被实施为独立的微控制器单元。在这种情况下,微控制器用于履行多项任务。在这样的情况下,制造成本保持比其它情况低。此外,实现了紧凑的装置结构,例如使得时钟信号发生器直接由微控制器驱动。
[0020]在本发明的电路布置的实施例中,时钟信号经
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