專利名稱：測量變送器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測量變送器，包括電源，該電源可連接到外部能源供應(yīng)，并且具有用于產(chǎn)生穩(wěn)定直流電壓的直流電壓發(fā)生器；數(shù)字單元；以及兩個或更多個連接器模塊，在每一種情況下，特別是傳感器、用于將測量變送器連接到上級模塊的測量值輸出或通信單元都可連接到該兩個或更多個連接器模塊，在與測量變送器的所有其它組件和與該兩個或更多個連接器模塊連接的所有其它單元進行流電隔離的每一種情況下，都經(jīng)由測量變送器來對該可連接單元進行供應(yīng)直流電壓。
背景技術(shù)：
測量變送器適用于工業(yè)測量技術(shù)的所有領(lǐng)域。測量變送器通常用于將由與之連接的傳感器所測量的一個或多個物理變量轉(zhuǎn)換成反映所測量的變量的電輸出信號，并且經(jīng)由 例如電流輸出的輸出單元或者例如總線接口的通信單元來將這些電輸出信號傳送到上級單元，例如處理控制系統(tǒng)。出于安全原因，當今對于這樣的測量變送器的工業(yè)使用，通常要求獨立單元彼此隔離并且與測量變送器的能源供應(yīng)流電隔離。為此，通常需要與相應(yīng)的測量變送器的單元的數(shù)目相對應(yīng)的多個流電隔離裝置。這些流電隔離裝置中的每一個通常是設(shè)置在各個連接器模塊中的電源IC;經(jīng)由電源IC來對每個流電隔離單元都供應(yīng)能量。對每個電源IC饋送直流電壓，并且在其初級側(cè)具有切換控制器；切換控制器用于將直流電壓轉(zhuǎn)換為交流電壓，其然后經(jīng)由變壓器被流電隔離地傳送到二次級側(cè)，其中將所變換的交流電壓轉(zhuǎn)換成對各個單元進行供應(yīng)所需要的直流電壓。此外，為了對可用于單元的次級側(cè)的直流電壓的穩(wěn)定，在初級側(cè)上通常設(shè)置與次級側(cè)流電隔離的反饋回路；基于反饋，對相應(yīng)地調(diào)節(jié)初級側(cè)電壓。在用于具有要與之連接的許多傳感器以及不同的通信單元和輸出單元的多傳感器系統(tǒng)的測量變送的情況下，必須特別設(shè)置相對多的這些流電隔離裝置。測量變送器中所需要的組件和空間的數(shù)目相應(yīng)地高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種測量變送器，通過該測量變送器對其供應(yīng)直流電壓的兩個或更多個單元可相對于彼此和該測量變送器的其它組件被流電隔離地連接到該測量變送器，并且其在考慮了安裝空間和流電隔離裝置所需要的組件的數(shù)目時進行優(yōu)化。為此，本發(fā)明在于一種測量變送器，包括-電源，一該電源具有直流電壓發(fā)生器，該直流電壓發(fā)生器用于產(chǎn)生穩(wěn)定直流電壓；-斬波器，該斬波器連接到直流電壓發(fā)生器，-該斬波器從穩(wěn)定直流電壓中產(chǎn)生矩形交流電壓；-數(shù)字單元，該數(shù)字單元用于操作斬波器；以及
-兩個或更多個連接器模塊，該兩個或更多個連接器模塊彼此并聯(lián)地連接到斬波器；-其中，每個連接器模塊都具有變壓器，該變壓器對矩形交流電壓進行變壓；一其中，每個連接器模塊都具有在相應(yīng)的變壓器下游的整流器；該整流器從所變壓后的矩形交流電壓中產(chǎn)生直流電壓；并且--其中，可連接單元可連接到每個連接器模塊，—其中，經(jīng)由每個可連接單元的連接器模塊與測量變送器的所有其它組件流電隔離地對每個可連接單元供應(yīng)直流電壓。在本發(fā)明的實施例中，可連接單元是傳感器、測量變送器的電流輸出和/或用于 將測量變送器連接到上級單元的通信單元。在其他實施例中，經(jīng)由配備有流電隔離裝置的數(shù)字數(shù)據(jù)線將可連接單元中的至少一個連接到數(shù)字單元。在這樣的情況下，流電隔離裝置是例如光耦合器或變壓器，并且在每一種情況下優(yōu)選地被布置在特定可連接單元要與之連接的相關(guān)連接器模塊中。在其他開發(fā)中，本發(fā)明包括本發(fā)明的測量變送器，其中-斬波器具有連接到由電壓發(fā)生器所生成的直流電壓的P-導(dǎo)電型場效應(yīng)晶體管、以及與該P-導(dǎo)電型場效應(yīng)晶體管串聯(lián)的連接到地的n-導(dǎo)電型場效應(yīng)晶體管；-該兩個場效應(yīng)晶體管通過經(jīng)由其控制輸入所供應(yīng)的預(yù)定時鐘速率的控制電壓來以下述方式進行操作在由該時鐘速率預(yù)定的頻率處，該兩個場效應(yīng)晶體管中的一個被交替地切換成導(dǎo)通而另一個截止；并且-矩形交流電壓可經(jīng)由布置在兩個場效應(yīng)晶體管之間的分接頭來移除。在其他開發(fā)的另一開發(fā)中，-數(shù)字單元產(chǎn)生隨預(yù)定時鐘速率變化的第一矩形控制電壓和第二矩形控制電壓；-兩個控制電壓相對于彼此在時間上偏移半個周期；-斬波器包括電平位移器，該電平位移器基于第一控制電壓來產(chǎn)生具有較高電壓電平并且隨第一控制電壓同步變化的矩形控制電壓；其中，該具有較高電壓電平的矩形控制電壓被施加到P-導(dǎo)電型場效應(yīng)晶體管的控制輸入，并且從而控制P-導(dǎo)電型場效應(yīng)晶體管；并且-第二控制電壓處于n-導(dǎo)電型場效應(yīng)晶體管的控制輸入上，并且經(jīng)由第二控制電壓來控制n-導(dǎo)電型場效應(yīng)晶體管。在其他開發(fā)的另外開發(fā)中，在場效應(yīng)晶體管的各個切換過程之間設(shè)置死區(qū)時間(dead time);在該死區(qū)時間期間,兩個場效應(yīng)晶體管是不導(dǎo)通的。在具有死區(qū)時間的開發(fā)的其他開發(fā)中，-斬波器包括串聯(lián)連接并且以反相偏壓進行操作的兩個二極管；該二極管被布置成與兩個場效應(yīng)晶體管并聯(lián)，并且位于這兩個場效應(yīng)晶體管的下游；-將兩個場效應(yīng)晶體管之間的分接頭連接到布置在兩個二極管之間的分接頭；并且-矩形交流電壓可從布置在兩個二極管之間的分接頭移除。在其他開發(fā)的另外開發(fā)中，斬波器在其輸入側(cè)和/或輸出側(cè)包括干擾抑制電路；該干擾抑制電路對由該斬波器中的場效應(yīng)晶體管的切換事件所引起的高頻電流分量，特別是具有兆赫范圍中的頻率的電流小分量，進行衰減。在其他開發(fā)中，斬波器在其輸出側(cè)包括直流電壓去耦合裝置；該直流電壓去耦合裝置消除包含在斬波器中生成的交流電壓中的直流電壓分量。在另外的其他開發(fā)中，由斬波器產(chǎn)生的交流電壓具有小于IOOkHz特別是小于50kHz的頻率。在優(yōu)選實施例中，整流器是具有連接在下游的平滑電容器(smoothingcapacitor)的橋式整流器。本發(fā)明的測量變送器提供了以下優(yōu)點對于所有連接的單元的能源供應(yīng)的流電隔離裝置所需要的交流電壓由單個斬波器來集中地產(chǎn)生并且可并聯(lián)用于所有隔離裝置。


現(xiàn)將基于附圖來更詳細地解釋本發(fā)明和其它優(yōu)點，在附圖中呈現(xiàn)了實施例的示例。附圖中相同的元素具有相同的附圖標記。附圖中的圖如下示出圖I本發(fā)明的測量變送器的方框圖；圖2圖I的斬波器的電路框圖；圖3作為用于操作斬波器的時間的函數(shù)的由數(shù)字單元生成的控制電壓；圖4由斬波器生成的矩形交流電壓；以及圖5具有在下游連接的整流器的連接到交流電壓的兩個平行的變壓器。
具體實施例方式圖I示出了本發(fā)明的測量變送器的框圖。如常規(guī)測量變送器，本發(fā)明的測量變送器包括電源1，該電源I可連接到外部能源供應(yīng)(未示出)，并且配備有用于生成穩(wěn)定的直流電壓Udc的直流電壓發(fā)生器3;以及中央數(shù)字單元5。根據(jù)應(yīng)用，兩個或更多個分立單元7、9可連接到測量變送器。單元7、9是傳感器、測量變送器的電流輸出和/或用于將測量變送器連接到諸如處理控制系統(tǒng)或可編程邏輯控制器的上級單元(未示出)的通信單元。為了更好的概述，在此，單元7、9與其功能相對應(yīng)地被劃分成用于測量值登記的單元7和用于測量值輸出的單元9。特別地，用于測量值登記的單元I包括連接到測量變送器的傳感器。傳感器優(yōu)選地是數(shù)字傳感器，該傳感器用于測量物理測量變量，例如PH值、導(dǎo)電率或其使用位置處的氧濃度，并且用于以數(shù)字測量信號的形式向中央數(shù)字單元5供應(yīng)物理測量變量。中央數(shù)字單元5處理傳入的測量信號，并且使其以適當調(diào)整的形式提供到適用于其輸出的單元9。例如，用于測量值輸出的單元9是電流輸出單元，其使流過與之連接的雙電線線路的電流作為與常見的工業(yè)標準相對應(yīng)的測量的物理變量的值(例如在4mA與20mA之間)的函數(shù)而變化。類似地，單元9可以是用于將測量變送器連接到諸如處理控制系統(tǒng)或可編程邏輯控制器的上級單元(未示出)的通信單元。單元9的示例由此包括例如用于公知現(xiàn)場總線系統(tǒng)(諸如例如以太網(wǎng)、ModBus、Profibus、Foundation Fieldbus (基金會現(xiàn)場總線)或WLAN)的總線適配器、以及根據(jù)諸如例如HART標準的工業(yè)標準運行的通信模塊。
在圖I中，通過示例的方式呈現(xiàn)了兩個單元7、9。當然，本發(fā)明的測量變送器完全類似地可擴展為遠遠更大數(shù)目的可連接單元7、9。數(shù)字單元5是例如數(shù)字電路、微控制器(U C)或現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)。電壓發(fā)生器3產(chǎn)生穩(wěn)定直流電壓UDC，例如12V DC，并且用作用于包括數(shù)字單元5以及與之連接的所有單元7、9的總體測量變送器的能源供應(yīng)。根據(jù)本發(fā)明，測量變送器包括布置在中心的單個斬波器11，該斬波器11連接到電壓發(fā)生器3，用于所有單元7、9彼此之間以及所有單元7、9與能源供應(yīng)之間的流電隔離；通過電壓發(fā)生器3對斬波器11饋送穩(wěn)定直流電壓UDC，并且從其產(chǎn)生具有精確穩(wěn)定的電壓電平的穩(wěn)定矩形交流電壓Ua。，例如+/-6V。在這樣情況下，斬波器11 (如隨后詳細地解釋的)由數(shù)字單元5來操作，該數(shù)字單元5產(chǎn)生具有預(yù)定時鐘速率TaktpTakt2的需要的控制電壓 Ustl、Ust2。如現(xiàn)今在測量變送器中所應(yīng)用的，該功能作為規(guī)則在任何情況下都存在于數(shù)字單元5中，使得不需要額外的組件，否則可能需要測量變送器中的額外空間并且將增加制造成本。圖2示出了斬波器11的實施例的優(yōu)選示例。在輸入側(cè)，斬波器11包括位于直流電壓Udc的第一線路LI和連接到地GND或連接到參考電勢的第二線路L2。斬波器11的核心元件是連接到直流電壓Udc的P-導(dǎo)電型場效應(yīng)晶體管p-FET以及連接到地GND的n_導(dǎo)電型場效應(yīng)晶體管n-FET。這兩個場效應(yīng)晶體管p-FET和n_FET被串聯(lián)地布置在將第一線路LI連接到第二線路L2的第一橫向支路Ql中，并且以下述方式進行操作經(jīng)由對其控制輸入Gp、Gn供應(yīng)的控制電壓，使得兩個場效應(yīng)晶體管中的一個，P-FET或n-FET，交替地導(dǎo)通而另一個，n-FET或p-FET，截止。因此，控制電壓是預(yù)定頻率f的矩形的交流電壓。由產(chǎn)生具有相應(yīng)的預(yù)定時鐘速率Taktp Takt2的兩個控制電壓Ustl、Ust2的數(shù)字單元5來操作斬波器11。時鐘速率Taktp Takt2 二者都具有用于生成交流電壓Uac所期望的頻率f。利用現(xiàn)今通常安裝在測量變送器中的數(shù)字單元5，可以產(chǎn)生具有大約3伏特的幅度的最大電壓電平Uhigh的控制電壓。這足夠以經(jīng)由數(shù)字單元5所生成的控制電壓Ust2來直接切換連接到地GND的n-導(dǎo)電型場效應(yīng)晶體管n-FET。因此，如圖2中所示，經(jīng)由連接到第二線路L2的并聯(lián)電阻器Rp將該場效應(yīng)晶體管n-FET的控制輸入端Gn直接連接到數(shù)字單元5所生成的第二控制電壓Ust2。相反，對于連接到直流電壓Udc的P-導(dǎo)電型場效應(yīng)晶體管p-FET的控制，根據(jù)直流電壓Udc的值需要實際上更高的電壓電平。在12V的直流電壓Udc和3V的切換間隔的情況下，要求在9V與12V之間的控制電壓電平。為了產(chǎn)生這些更高的控制電壓電平，采用電平位移器13，該電平位移器13基于由數(shù)字單元5所生成的控制電壓Ustl來生成具有相應(yīng)增加的電壓電平的控制電壓。例如，電平位移器13包括連接到橫向支路Q1的額外的橫向支路Q2 ;電阻器R和另外的n-導(dǎo)電型場效應(yīng)晶體管n-FEIYs被串聯(lián)地布置在橫向支路Q2中。正如布置在第一橫向支路Q1中的n-導(dǎo)電型場效應(yīng)晶體管n-FET,該另一 n-導(dǎo)電型場效應(yīng)晶體管n-FEIYs被連接到地，并且包括控制輸入端Gw該控制輸入端Gu經(jīng)由連接到第二線路L2的并聯(lián)電阻器Rp來連接到由數(shù)字單元3生成的控制電壓Ustlo布置在第一橫向支路Q1中的連接到直流電壓Udc的場效應(yīng)晶體管p-FET的控制輸A Gp被連接到設(shè)置在電阻器R與額外的n-導(dǎo)電型場效應(yīng)晶體管FEIYs之間的第二橫向支路02中的分接頭P:。因此，p_導(dǎo)電型場效應(yīng)晶體管p-FET的控制輸入Gp處于直流電壓Udc的電壓電平，而另一 n-導(dǎo)電型場效應(yīng)晶體管n-FEIYs不導(dǎo)通。在該狀態(tài)中,p_導(dǎo)電型場效應(yīng)晶體管p_FET不導(dǎo)通。如果使另一 n-導(dǎo)電型場效應(yīng)晶體管n-FET。導(dǎo)通,則更低的電壓電平位于在分接頭P1處，并且于是該更低的電壓電平處于P-導(dǎo)電型場效應(yīng)晶體管P-FET的控制輸入Gp。該電壓電平的值可經(jīng)由電阻器R的值來調(diào)節(jié)。這是以下述方式與P-導(dǎo)電型場效應(yīng)晶體管P-FET的切換間隔相對應(yīng)地進行選擇的在使n-導(dǎo)電型場效應(yīng)晶體管n-FEIYs導(dǎo)通的情況下使P-導(dǎo)電型場效應(yīng)晶體管P-FET導(dǎo)通。于是，P-導(dǎo)電型場效應(yīng)晶體管p-FET與附加的n-導(dǎo)電型場效應(yīng)晶體管FEIYs同步地導(dǎo)通和截止。因此，其可由控制電壓Ustl來控制。以下述方式建立控制電壓Ustl和Ust2 :兩個場效應(yīng)晶體管中的一個，p-FET或n-FET,被交替地切換成導(dǎo)通而另一個，n-FET或p_FET，被切換成截止。圖3示出了兩個控制電壓Ustl和Ust2的時間曲線。控制電壓Ustl、Ust2 二者是矩形交流電壓，其交替地具有OV的最小電壓電平和最大電壓電平Uhigh，并且相對于彼此偏移半個周期。以該方式，生成具有兩個時鐘速率Takt UTakt 2的頻率f的交流電壓；經(jīng)由在兩個場效應(yīng)晶體管P-FET和n-FET之間布置的分接頭P2可得到該交流電壓。在這樣的情況下，當P-導(dǎo)電型場效應(yīng)晶體管P-FET導(dǎo)通，并且n-導(dǎo)電型場效應(yīng)晶體管n-FET不導(dǎo)通時，分接頭P2處于直流電壓Udc的電勢。相反，當P-導(dǎo)電型場效應(yīng)晶體管p-FET不導(dǎo)通并且n-導(dǎo)電型場效應(yīng)晶體管n-FET導(dǎo)通時，分接頭處于地GND。由斬波器11生成的交流電壓Uac的頻率f優(yōu)選地被故意地設(shè)置得非常低。頻率f例如低于IOOkHz，優(yōu)選地甚至低于50kHz。于是，頻率f處于遠遠低于通常用于流電隔離裝置的切換控制器的頻率。后者通常處于幾百千赫的范圍內(nèi)。這些低頻率f具有下述優(yōu)點在這種情況下，在非常長的連接線路上沒有問題地將傳送交流電壓Ua。傳送到測量變送器的其它組件、與之連接(例如通過電容耦合)的單元7、9或與之連接(例如通過電容耦合)的總線線路而不傳送干擾。為了在反相期間防止該兩個場效應(yīng)晶體管p-FET和n-FET在短時間中導(dǎo)通，在每個獨立的切換過程之間設(shè)置了短暫的死區(qū)時間At12、At21;在死區(qū)時間At12、At21期間，兩個場效應(yīng)晶體管P-FET和n-FET都不導(dǎo)通。在死區(qū)時間A t12、A t21期間，這個通過將兩個控制電壓Ustl和Ust2設(shè)置為低電壓電平(在這里為0V)來發(fā)生。以該方式，防止經(jīng)由第一橫向支路Ql的短路。在確定死區(qū)時間A t12、At21中，優(yōu)選地考慮各種切換相關(guān)的信號延遲時間。例如，這些由電平位移器13引起，其針對用于P-導(dǎo)電型場效應(yīng)晶體管p-FET的低高沿和高低沿，可以具有不同的信號延遲時間。在該情況下，建議利用兩個不同的死區(qū)時間At12、At21R替單個死區(qū)時間At來運行；死區(qū)時間At12適用于第一時鐘速率Takt I的高低轉(zhuǎn)變，而另一死區(qū)時間At21適用于第二時鐘速率Takt 2的高低轉(zhuǎn)變。兩個死區(qū)時間At12、A t21彼此相差由電平位移器13中的不同的信號延遲時間所給出的時間差。在死區(qū)時間At期間，場效應(yīng)晶體管p-FET和n-FET 二者都不導(dǎo)通。以該方式，未定義的電壓電平在分接頭P2上上升。為了防止由于切換固有的寄生電感而導(dǎo)致的不受控制的回零(flyback)電壓的形成，優(yōu)選地在第一橫向支路Q1的下游設(shè)置了第三橫向支路Q3;串聯(lián)連接并且在相反方向上操作的兩個二極管Zp Z2被布置在第三橫向支路Q3中。此外，第一橫向支路Q1中的分接頭P2連接到位于第三橫向支路Q3中的兩個二極管rLx' Z2之間的分接頭P3。在關(guān)斷連接到直流電壓Udc的P-導(dǎo)電型場效應(yīng)晶體管p-FET的情況下出現(xiàn)的回零電壓現(xiàn)在以電流流動計數(shù)器(current flowing counter)的形式引入到二極管Z1的反向，而連接到地的n-導(dǎo)電型場效應(yīng)晶體管n-FET仍然被關(guān)斷。相反，在關(guān)閉連接到地GND的n-導(dǎo)電型場效應(yīng)晶體管n_FET的情況下出現(xiàn)的回零電壓以電流流動計數(shù)器的形式引入到二極管Z2反向，而連接到直流電壓Udc的P-導(dǎo)電型場 效應(yīng)晶體管P-FET仍然被關(guān)斷。由于場效應(yīng)晶體管p-FET、n-FET、FETls的矩形激活而導(dǎo)致在斬波器11中執(zhí)行了非?？焖俚那袚Q事件；這些切換事件可能導(dǎo)致非常高頻率的干擾信號，例如，在特定條件下具有50MHz或更大的頻率的干擾信號。為了防止這些干擾信號到達外部，斬波器11優(yōu)選地在輸入側(cè)并且在輸出側(cè)包括干擾抑制電路15、17，該干擾抑制電路15、17排出在給定情況下由于切換事件而產(chǎn)生的高頻電流分量。輸入側(cè)的干擾抑制電路15包括例如在第一線L1中應(yīng)用的電感I1 ;電感I1在配備有電容器C1的橫向支路Q4的下游；此外，電感I1在同樣地配備有電容器C2的橫向支路Q5的上游。以該方式，形成濾波器以衰減高頻電流分量，特別是在兆赫范圍中的頻率的電流分量，但是允許直流分量不受阻礙地通過。斬波器11在輸出側(cè)包括第一輸出線路A1和第二輸出線路A2。第一輸出線路A1經(jīng)由布置在第三橫向支路Q3中的兩個二極管Zp Z2之間的額外的分接頭P3被連接到分接頭P20第二輸出線路A2被連接到第二線路L2并且于是處于在地GND處。設(shè)置在輸出側(cè)的干擾抑制電路17應(yīng)用于例如輸出線路Ap A2,并且包括第一輸出線路A1中的電感I2 ;配備有電容器C3并且連接輸出線路ApA2 二者的橫向支路Q6被連接在電感I2的下游。該干擾抑制電路17還形成濾波器，該濾波器對高頻電流分量，特別是在兆赫范圍中的頻率的電流分量進行衰減，但是允許由斬波器11生成的交流電壓UA。的非常低頻率的交流電流分量不受阻礙地通過。優(yōu)選地，斬波器11在其輸出側(cè)包括直流電壓去耦合裝置，該直流電壓去耦合裝置消除存在于所產(chǎn)生的交流電壓中的直流電壓部分。例如，這是施加到第一輸出線路A1的直流電壓去耦合電容器CDC。于是，在斬波器11的輸出處得到不包含直流電壓部分的圖4中所示的交流電壓Uac。測量變送器包括并聯(lián)連接到斬波器11的兩個或更多個連接器模塊19、21 ;通過斬波器11向連接器模塊19、21并行地饋送矩形交流電壓UAC。每個連接器模塊19、21包括變壓器23和在每個變壓器23的下游的整流器25。圖5示出了該實施例的示例，其中存在兩個變壓器23，其被并聯(lián)連接并且饋送有交流電壓Ua。，其中在下游具有整流器25。在該情況下，整流器25的每個都由被連接為典型橋式整流器的四個二極管DpD2、D3、D4組成，該橋式整流器優(yōu)選地被連接到在下游的濾波電容器Ce。在這樣的情況下，先前描述的在斬波器11中的直流電壓去耦合裝置提供了下述優(yōu)點變壓器23的初級繞組沒有必要加載直流分量，直流分量將導(dǎo)致變壓器23中不期望的熱量的蓄積。
由于通過斬波器11來生成的在此為+/-6V的具有精確穩(wěn)定的電壓電平的矩形交流電壓Ua。，位于變壓器23的初級側(cè)，所以在其次級側(cè)可獲得同樣的具有精確穩(wěn)定的電壓電平的矩形次級電壓。在這樣的情況下，次級電壓的矩形形狀提供了下述優(yōu)點能夠利用簡單的整流直接從其產(chǎn)生的大程度恒定的直流電壓UDa、UDC2。這將是應(yīng)用正弦交流電壓的情況。因此，在此，有能力使用非常小的平滑電容器Ctj，諸如例如更加經(jīng)濟的陶瓷電容器。其他優(yōu)點在于，在整流器25的輸出上可用的直流電壓UDC1、UDC2的電壓電平可經(jīng)由每個變壓器23的變壓系數(shù)來自由地調(diào)節(jié)。上述單元7、9中的一個可連接到每個連接器模塊19、21。然后，對每個單元供應(yīng)由相應(yīng)的連接器模塊19、21所產(chǎn)生的直流電壓UDa、UDe2 ;每個單元通過連接器模塊19、21與測量變送器的所有其它組件流電隔離。在這樣的情況下，需要完全不同的直流電壓來對其進行供應(yīng)的單元7、9能夠通過對變壓器23的相應(yīng)選擇來進行連接。與此并行地，在給定的情況下，在單元7、9與數(shù)字單元5之間所需要的數(shù)字通信經(jīng) 由數(shù)字數(shù)據(jù)線路29、31來進行，該數(shù)字數(shù)據(jù)線路29、31配備有流電隔離裝置27，例如光耦合器或變壓器；數(shù)字數(shù)據(jù)線路29、31將特定單元7、9連接到數(shù)字單元5。在此，流電隔離裝置27被優(yōu)選地容納在相應(yīng)的連接器模塊19、21中。I 電源3 直流電壓發(fā)生器5 數(shù)字單元7 單元9 單元11 斬波器13 電平位移器15 輸入側(cè)干擾抑制電路17 輸出側(cè)干擾抑制電路19 連接器模塊21連接器模塊23 變壓器25 整流器27 流電隔離裝置29 數(shù)據(jù)線路31 數(shù)據(jù)線路
權(quán)利要求
1.一種測量變送器，包括 -電源(1)， -所述電源(I)具有直流電壓發(fā)生器(3 )，所述直流電壓發(fā)生器(3 )用于產(chǎn)生穩(wěn)定直流電壓(UD。)； -斬波器(11)，所述斬波器(11)連接到所述直流電壓發(fā)生器(3 ); --所述斬波器(11)從所述穩(wěn)定直流電壓(Udc)中產(chǎn)生矩形交流電壓(Uac)； -數(shù)字単元(5 )，所述數(shù)字単元(5 )用于操作所述斬波器(11);以及-兩個或更多個連接器模塊(19、21 )，所述兩個或更多個連接器模塊(19、21)彼此并聯(lián)地連接到所述斬波器(11)， 一其中，每個連接器模塊(19、21)都具有變壓器(23)，所述變壓器(23)對所述矩形交流電壓(Uac)進行變壓， 一其中，每個連接器模塊(19、21)都具有在相應(yīng)的變壓器(23)下游的整流器(25);所述整流器(25)從所變壓后的矩形交流電壓中產(chǎn)生直流電壓(UDa、Udc2);并且—其中，可連接單元(7、9)可連接到每個連接器模塊(19、21); 一-其中，經(jīng)由每個可連接単元(7、9)的連接器模塊(19、21)與所述測量變送器的所有其它組件流電隔離地對所述每個可連接單元(7、9 )供應(yīng)直流電壓(Udci、Udc2 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的測量變送器，其中，所述可連接単元(7、9)是傳感器、所述測量變送器的電流輸出和/或用于將所述測量變送器連接到上級單元的通信単元。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的測量變送器，其中，所述可連接単元(7、9)中的至少ー個經(jīng)由配備有流電隔離裝置(27 )的數(shù)字數(shù)據(jù)線路(29、31)被連接到所述數(shù)字単元(5 )。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的測量變送器，其中，所述流電隔離裝置(27)被布置在所述可連接單元(7、9)要與之連接的所述連接器模塊(19、21)中。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的測量變送器，其中，所述流電隔離裝置(27)是光耦合器或變壓器。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的測量變送器，其中 -所述斬波器(11)具有連接到由所述電壓發(fā)生器(3)所生成的直流電壓(Udc)的P-導(dǎo)電型場效應(yīng)晶體管(P-FET)、以及與所述P-導(dǎo)電型場效應(yīng)晶體管(P-FET)串聯(lián)的連接到地(GND)的η-導(dǎo)電型場效應(yīng)晶體管(n-FET)； -所述兩個場效應(yīng)晶體管(P-FET、n-FET)通過經(jīng)由其控制輸入(Gp、Gn)所供應(yīng)的預(yù)定時鐘速率(Taktp Takt2)的控制電壓來以下述方式進行操作在由所述時鐘速率(TaktpTakt2)預(yù)定的頻率(f)處，所述兩個場效應(yīng)晶體管(p-FET或n-FET)中的ー個被交替地切換成導(dǎo)通而另ー個場效應(yīng)晶體管(n-FET或p-FET)截止；并且 -矩形交流電壓可經(jīng)由布置在所述兩個場效應(yīng)晶體管(P-FET、n-FET)之間的分接頭(P2)來移除。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的測量變送器，其中 -所述數(shù)字単元(5)產(chǎn)生隨預(yù)定時鐘速率(Takt1, Takt2)變化的第一矩形控制電壓和第ニ矩形控制電壓(Ustl、Ust2)； -所述兩個控制電壓(Ustl、Ust2)相對于彼此在時間上偏移半個周期； -所述斬波器(11)包括電平位移器(13)，該所述電平位移器(13)基于所述第一控制電壓(Ustl)來產(chǎn)生具有較高的電壓電平并且隨所述第一控制電壓(Ustl)同步變化的矩形控制電壓；其中，該具有較高的電壓電平的矩形控制電壓被施加到所述P-導(dǎo)電型場效應(yīng)晶體管(P-FET)的所述控制輸入(GP)，并且控制所述P-導(dǎo)電型場效應(yīng)晶體管(p-FET);并且 -所述第二控制電壓(Ust2)處于所述η-導(dǎo)電型場效應(yīng)晶體管(n-FET)的所述控制輸入(Gn)上，并且經(jīng)由所述第二控制電壓(Ust2)來控制所述η-導(dǎo)電型場效應(yīng)晶體管(n-FET)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的測量變送器，其中，在其間所述兩個場效應(yīng)晶體管(p-FET、n-FET)不導(dǎo)通的死區(qū)時間(Λ t)被設(shè)置在所述場效應(yīng)晶體管(p-FET、n-FET)的各個的切換過程之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的測量變送器，其中 -所述斬波器(11)具有串聯(lián)連接并且以反相偏壓進行操作的兩個ニ極管(Z1、Z2);所述兩個ニ極管(ZpZ2)被布置成與所述兩個場效應(yīng)晶體管(p-FET、n-FET)并聯(lián)，并且位于這兩個場效應(yīng)晶體管(P-FET、n-FET)的下游； -將所述兩個場效應(yīng)晶體管(P_FET、n-FET)之間的所述分接頭(P2)連接到布置在所述兩個ニ極管(Z1、Z2)之間的分接頭(P3);以及 -矩形交流電壓可經(jīng)由布置在所述兩個ニ極管(ZpZ2)之間的所述分接頭(P3)來移除。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的測量變送器，其中，所述斬波器(11)在其輸入側(cè)和/或輸出側(cè)具有干擾抑制電路(15、17);所述干擾抑制電路(15、17)對由所述斬波器(11)中的所述場效應(yīng)晶體管(P-FET、n-FET、n-FETLS)的切換事件所引起的高頻電流分量，特別是在兆赫范圍內(nèi)的頻率的電流分量，進行衰減。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的測量變送器，其中，所述斬波器(11)在其輸出側(cè)具有直流電壓去耦合裝置；所述直流電壓去耦合裝置消除包含在所述斬波器(11)中生成的所述交流電壓中的直流電壓分量。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的測量變送器，其中，由所述斬波器(11)產(chǎn)生的所述交流電壓(Uac)具有小于IOOkHz特別是小于50kHz的頻率(f)。
13.根據(jù)權(quán)利要求I所述的測量變送器，其中，所述整流器(25)是具有連接在下游的平滑電容器(Ce)的橋式整流器。
全文摘要
描述了一種測量變送器，通過該測量變送器對其供應(yīng)直流電壓(UDC1、UDC2)的兩個或更多個可連接單元(7、9)可相對于彼此和該測量變送器的其它組件被流電隔離地連接到該測量變送器，其在考慮了安裝空間和對于流電隔離裝置所需要的組件的數(shù)目時進行優(yōu)化。該測量變送器包括電源(1)，該電源(1)具有用于產(chǎn)生穩(wěn)定直流電壓(UDC)的直流電壓發(fā)生器(3)；斬波器(11)，該斬波器(11)被連接到直流電壓發(fā)生器(3)，并且從穩(wěn)定直流電壓(UDC)中產(chǎn)生矩形交流電壓(UAC)；數(shù)字單元(5)，該數(shù)字單元(5)用于操作斬波器(11)；以及彼此并聯(lián)地連接到斬波器(11)的兩個或更多個連接器模塊(19、21)；每個連接器模塊(19、21)都具有變壓器(23)，該變壓器(23)對矩形交流電壓(UAC)進行變壓；每個連接器模塊(19、21)都具有在相應(yīng)的變壓器(23)下游的整流器(25)；并且該整流器(25)從所變壓后的矩形交流電壓中產(chǎn)生直流電壓(UDC1、UDC2)。每個單元(7、9)都可連接到連接器模塊(19、21)中的相應(yīng)的一個，并且經(jīng)由其連接器模塊(19、21)與測量變送器的所有其它組件流電隔離地對每個單元(7、9)供應(yīng)直流電壓(UDC1、UDC2)。
文檔編號H02M3/28GK102687382SQ201080046168
公開日2012年9月19日 申請日期2010年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月14日
發(fā)明者比約恩·哈斯 申請人:恩德萊斯和豪瑟爾測量及調(diào)節(jié)技術(shù)分析儀表兩合公司