网络现场总线电源的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及网络电源电压适配器和相关方法以及网络总线系统，并且特别地但是非排外地涉及现场总线电源(fieldbus power supply)适配器，以及相关系统和方法。
【背景技术】
[0002]在包括电力、控制和测量信号的各种信号将被传递到各种网络化的终端装置以及从该网络化的终端装置被传递回来的情况下，通常采用总线网络系统。在许多实例中，可向网络装置提供具有特定特征(并且特别是它的电压电平)的信号的确定性可以证明对装置以及甚至整个网络系统的有效的/安全的操作是关键的。这特别是在各种网络装置的存在和运行可同样对遍及网络提供以及特别地借助于公共总线系统提供的信号有影响的方案中的情况。
[0003]在许多实例中，总线系统必须根据说明和设定标准来操作，其可以证明依靠这种分立的网络装置的依从性以便达到整体总线系统依从性是不利地受限制的且不适当的。这种已知系统的架构可以进一步证明对网络并且特别是网络总线系统的位置和物理尺寸进行约束是不利的。
【发明内容】
[0004]本发明试图提供一种优于已知的这种适配器、方法和系统的网络电源适配器、供电的相关方法以及相关的网络总线系统。
[0005]根据本发明的一个方面，提供了网络电源电压适配器，其被布置成当输入电压或部分输入电压的电平在阈值之上时，从网络干线电缆(network trunk cable)接收输入电压，以调节接收到的输入电压从而提供基本上处于恒定DC电源电平的输出DC电源电压，该恒定DC电源电平独立于在阈值之上的输入电压电平或部分输入电压电平中的变化。
[0006]有利地，然后可以以独立于一个或多个网络化的终端装置的依从性的方式并且以特别有效的、可靠的和高效率的方式来调节电压。因此，如果到适配器的输入电压超过预定输出电压限制，则适配器电路调节其输出以达到预定电压限制。
[0007]作为部分进一步优点，适配器可包括至少一个通信馈通布置，用于基本上不变的通信信号通过适配器的通道。
[0008]馈通布置可包括电容耦接和/或有源控制电路。
[0009]进一步地，可向通信信号的频谱的相应的不同区域提供多个馈通布置。
[0010]因此根据需要，传递到网络干线电缆的电压电平可处于充分允许使用比另外可能的情况更长的干线电缆的电平。
[0011 ]在一个布置中，恒定输出电压或部分恒定输出电压的电平可等同于阈值电压的电平。
[0012]进一步地，可将适配器布置成使得如果输入电压或部分输入电压降至阈值之下则基本上不施加电压下降，并且然后将输出电压布置成简单地跟随输入电压。
[0013]有利地，可在适配器中以允许通信信号被基本上不变地在输入和输出之间或在输出和输入之间传递的方式来达到所有所需功能。
[0014]作为进一步的特征，适配器可包括过电压保护电路，和/或热保护电路。
[0015]在一个特定实施例中，将适配器布置成使得借助于电压下降器(dropper)电路来施加电压下降，该电压下降器电路可包含被布置成提供线性电压降的电压下降器。
[0016]—个特定有利的实施例包括使用至少一个控制回路。
[0017]在另一个实施例中，电压下降器可包括开关模式装置。
[0018]根据本发明的另一个方面，提供了包括如上限定的网络电源电压适配器的总线网络系统。
[0019]根据本发明的进一步的方面，提供了一种方法，该方法适应来自网络干线电缆的电源电压，并且包括步骤:当输入电压或部分输入电压的电平在阈值之上时，向接收到的输入电压施加电压调节以提供处于基本上恒定的DC电源电平的输出DC电源电压，该基本上恒定的DC电源电平小于输入电压的电平并且独立于在阈值之上的输入电压电平中的变化。
[0020]如以上关于适配器所指出的，在方法中采用的恒定输出电压可以等于阈值电压的电平。
[0021]同样地，方法可被布置成使得如果输入电压或部分输入电压降至阈值之下则基本上不施加电压下降，并且然后输出电压跟随输入电压。
[0022]进一步地，可借助于电压下降器电路来施加电压下降的步骤，并且这种电压下降器可被布置成提供线性电压降。
[0023]有利地，方法包括传递基本上不变的通信信号通过适配器。
[0024]可同样在本发明的方法内采用一个或更多个通信馈通布置，从而以对电源携带的任何数据信令透明的方式达到所需的电压降。
[0025]方法可进一步包括通过不同的相应馈通布置传递来自通信信号的频谱中的不同区域的信号。就这一点而言可采用电容耦接和/或有源控制回路。
[0026]方法对于提供到本质安全的环境的输出是特别有用的。
[0027]如应了解，本发明可特别根据用于本质安全的IEC60079-11标准来证明提供达到Ex ic依从性的方法是特别有利的，并且本发明可找到关于复杂总线网络系统的现有应用。本发明可找到关于基础现场总线H1或实际上其它类似网络的特别应用。
[0028]如下文讨论所证明并且非限制性地参考本发明的基础现场总线实现，可从本发明获得进一步的好处。
[0029]典型的基础现场总线段(fieldbus segment)由现场总线电源单元组成，将该现场总线电源单元布置成借助于长度可长达1.9千米的现场总线电缆来向现场总线支线布线集线器(fieldbus spur wiring hub)提供电流。然而应了解本发明可找到关于超过该值的电缆/干线长度的现有应用，并且其中该长度取决于特定网络系统的操作特征/要求或由特定网络系统的操作特征/要求来确定。
[0030]在本发明的许多可能的非限制性示例中的一个示例中，可找到在把现场总线支线连接到在本质安全的危险区中的装置的情况下的应用，并且其中有必要施加电流限制，以及这通常借助于布线集线器来达到。同样地在这里，将限制电源电压并且这种限制通常借助于现场总线电源单元来提供。为允许使用具有17.5V Ui的本质安全的装置，将所提供的最大电压限制为17.5V并且这意味着将现场总线电源标称地设定为17V或更少。通常已知现场总线支线布线集线器具有大约10V的最小操作电压。因此，考虑IV的容差，可推断沿着从现场总线电源单元到布线集线器的电缆的最大允许电压降应该大约为6V。采用标准A类现场总线电缆(44欧姆/回路千米)，这对干线电缆长度和电流施加了不利限制;对于380mA的供应电流，该限制是大约358米的电缆长度，并且对于136mA的供应电流，长度是大约1千米。[0031 ]通过使用本发明，可采用远远大于上文所述的干线电缆长度。
【附图说明】
[0032]仅借助于示例，参考附图，在下文中进一步描述了本发明，在附图中:
[0033]图1是根据本发明的实施例的现场总线布置的示意性框图；
[0034]图2和3是根据本发明的实施例并且如在参考图1所示的系统中采用的电源适配器的电压调节元件的示例的示意性框图；
[0035]图4和5是根据本发明的实施例并且如在参考图1所示的系统中采用的电源适配器的电压限制元件的示例的示意性框图；以及
[0036]图6是示出根据本发明实施例的适配器的示例的进一步细节的电路图。
【具体实施方式】
[0037]现在转向所示出的图1，将现场总线系统10布置成用于从第一区带12向第二区带14提供电力和信令，该第一区带12包括无危险的环境，该第二区带14包括危险环境并且处于本质安全的方式。
[0038]如在第一区带12中示出的现场总线系统10的元件采用标准设计和配置，并且在该示例中包括大容量电源(bulk power supply) 16，该大容量电源被布置成接收电网电力(mains power)并传递24V DC信号到现场总线电源单元18，该现场总线电源单元18被布置成根据需要提供本质安全的隔离。
[0039]然后现场总线电源单元18借助于现场总线干线20将其输出电源信号传递到位于第二危险区带14中的诸如终端设备的网络元件。
[0040]同样以标准方式位于第一区带12中的是分布式控制系统22，其同样接收电网电源并且其旨在提供在电网电源到主机H1现场总线卡24的连接之前的隔离，它们依次连接到现场总线干线20。
[0041]因此众所周知，现场总线干线20被布置成不仅提供在第二区带14中运行的终端设备所需的电力，还同样提供在分布式