專利名稱：能量供給裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于本質安全的負載電路的本質安全的能量供給的能量供給裝置，其具有電壓源、功率限制電路、電流限制電路和負載電路端子，其中在負載電路端子上可連接負載電路，其中功率限制電路和電流限制電路在電壓源與負載電路端子之間起作用，和其中功率限制電路由至少兩個可控制的半導體器件構成。
背景技術：
由標準IEC 60079-11確定針對確定用于氣體爆炸危險區(qū)域中的本質安全的運行裝置的構造和檢驗的規(guī)定以及針對用于連接在通往這樣的區(qū)域的本質安全的電路的所屬運行裝置的規(guī)定。所述標準還適用于位于氣體爆炸危險區(qū)域以外或者通過根據(jù)IEC 60079-0的其他點火保護類型保護的電運行裝置或者電運行裝置的部分，只要氣體爆炸危險區(qū)域中的電路的本質安全性可能與所述電運行裝置或者所述運行裝置的部分的設計和結構相關。點火保護類型“本質安全性(Eigensicherheit) ”基于將遭受可爆炸的氣氛的運行裝置和連接線路內的電能限制到如下水平，其中在該水平之下或者通過火花形成或者加熱均不再能夠引起點火。在有關標準內，概念“故障”是特別重要的。其指的是任意部件的、部件之間的分離、絕緣或連接的每個缺陷，其未由IEC 60079-11確定為非易受干擾的并且電路的本質安全性與其相關。這些故障區(qū)分為可計算的故障和不可計算的故障?？捎嬎愕墓收鲜窃陔娺\行裝置的與IEC 60079-11的結構要求相一致的部件中出現(xiàn)的故障。其他故障稱作不可計
算的故障。由標準中例如對于保護水平“ia”的電運行裝置得出以下要求在定義的施加電壓下，運行裝置的本質安全的電路在不受干擾的運行中以及在存在兩個可計算的故障加上由最不利條件得出的不可計算的故障時不允許造成點火。為了避免熱點火，必須在最高溫方面評價和/或檢驗部件、外殼和/或布線的所有可能與可爆炸的氣體氣氛相聯(lián)系的表面。由此對于器件根據(jù)表面大小和最大環(huán)境溫度得出允許的損耗功率的上限。因此，需要限制最大提供給所述器件的功率。然而，用于電流限制的允許的器件的選擇是有限的?？煽刂频陌雽w器件僅僅在保護水平“ib”和“ic”的電運行裝置中用作串聯(lián)的電流限制元件。然而，對于用于保護水平“ia”的運行裝置的功率限制，允許使用由可控制的和不可控制的半導體器件組成的串聯(lián)電流限制器。由DE 3622268C1公知一種用于保護位于爆炸危險區(qū)域中的通過線路與位于爆炸危險區(qū)域以外的電路部分連接的耗電器和/或測量值傳送器的電安全電池。在所述安全電池中的情況下，使用兩個串聯(lián)的縱向控制環(huán)節(jié)，其通過四個控制回路控制。在此，控制回路的控制電壓是電流測量環(huán)節(jié)的輸出電壓的至少一部分和相應于縱向控制環(huán)節(jié)中的電壓降的電壓的至少一部分的總和。尤其是，電流測量環(huán)節(jié)是歐姆電阻，并且縱向控制環(huán)節(jié)和控制回路由晶體管構成。在此，如此選擇歐姆電阻，使得在所期望的極限電流時在所述電阻上產(chǎn)生這樣的電壓降，使得控制電壓達到足夠高的值、例如0. 6V，以便導通控制回路的晶體管， 由此又使所分配的縱向控制環(huán)節(jié)的晶體管轉換到非導通狀態(tài)中。在此，歐姆電阻不用于限制所連接的耗電器中的短路電流而是用于調節(jié)所期望的極限電流，其導致半導體器件的相應驅動。電安全電池也不滿足保護水平“ia”，因為在兩個縱向控制環(huán)節(jié)或第一縱向控制環(huán)節(jié)或所屬的控制回路的晶體管短路時不確保對所連接的耗電器中的短路電流的足夠限制。由現(xiàn)有技術公知，使用熔斷保險裝置用于電流或功率限制。然而在導致熔斷保險裝置的觸發(fā)和熔斷的故障情況下，必須更換熔斷保險裝置，這在難以接近的能量供給裝置時會導致巨大的耗費。同樣，由現(xiàn)有技術公知，使用電阻進行功率限制。例如為了將功率限制到避免熱點火所需的值1瓦特上，在12伏特的給定電壓下需要至少144歐姆的電阻。然而，使用電阻進行功率限制具有以下缺點在所述電阻處分到(abfallen)不受歡迎的高損耗功率。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明的任務在于說明一種能量供給裝置，其具有盡可能小的損耗功率。事先引出和指明的任務從開頭所述的能量供給裝置出發(fā)通過以下方式解決電流限制電路由至少一個電阻構成，其中所述電阻具有恰好足夠將短路電流限制到不存在火花點火危險的電流強度上的電阻值。由IEC 60079-11的表格A. 1得出，為了僅僅將短路電流限制到對于運行裝置組 IIC而言在12伏特的給定電壓下所允許的最高值上，大約3. 6歐姆的電阻已經(jīng)足夠了。在此，在電阻處分到比在使用電阻進行功率限制時小得多的損耗功率。另一優(yōu)點在于，在根據(jù)本發(fā)明的能量供給裝置中不使用原則上(prinzipbedingt)在一次觸發(fā)后必須更換的熔斷保險裝置。在根據(jù)本發(fā)明的能量供給裝置中，電阻被構造為根據(jù)IEC 60079-11的非易干擾的電阻，如其對于保護水平“ia”和“ib”所要求的那樣。由多個電阻、即尤其是由電阻網(wǎng)絡組成的電阻的擴展方案也處于本發(fā)明的范疇內，只要由此繼續(xù)保證本質安全性。一般根據(jù)本發(fā)明規(guī)定，如此設計能量供給裝置，使得其滿足IEC 60079-11的要求。屬于此的尤其是，在能量供給裝置設置用于保護水平“ia”或“ib”的情況下如此設計能量供給裝置，使得既在不受干擾的運行中也在應用對于相應的保護水平所確定的故障條件之后，剩余的部件(點火保護類型與其相關)(除如變壓器、保險裝置、熱觸發(fā)器、繼電器、 光耦合器和開關以外)以不大于其最大電流、其最大電壓和其最大功率的三分之二運行； 在此最大電流、最大電壓和最大功率涉及部件的測定值、安裝條件和所確定的溫度范圍。根據(jù)本發(fā)明的能量供給裝置的電壓源同樣根據(jù)本質安全性的要求來設計，尤其是由電壓源提供的輸入電壓例如通過齊納二極管限制到最高電壓上。根據(jù)本發(fā)明的能量供給裝置尤其是適于流量測量設備(例如科氏(Coriolis)質量流量測量設備或者磁感應的流量測量設備)的本質安全的能量供給。根據(jù)本發(fā)明的一個有利的改進方案規(guī)定，功率限制電路和電流限制電路串行地串聯(lián)，尤其是電流限制電路與負載電路端子連接。由此確保在每種情況下，負載電路端子既由電流限制電路也由功率限制電路得到保障。替代地，也可以如下進行串行地串聯(lián)功率限制電路與負載電路端子連接。3/4頁
根據(jù)本發(fā)明的另一有利的改進方案規(guī)定，利用電流測量裝置測量從負載電路端子提取的負載電流，并且借助所測量的負載電流通過功率控制裝置控制可控制的半導體器件中的至少一個。通過所述功率控制裝置以簡單且有效的方式保證在負載電路的威脅本質安全性的高功率消耗的情況下如下控制可控制的半導體器件功率消耗不超過需遵守的上限。尤其有利的是，在負載電路的威脅本質安全性的高功率消耗的情況下如此控制可控制的半導體器件，使得完全中斷流過可控制的半導體器件的通過電流；在此情況下由功率控制裝置在開關運行中運行可控制的半導體器件。在本發(fā)明的一個優(yōu)選擴展方案中規(guī)定，兩個可控制的半導體器件中的至少一個可通過至少一個被設計為定時開關的功率控制裝置來控制。在此，定時開關指的是在其通過相應的激活信號激活以后對于預先確定的時間間隔提供定義的輸出信號的電子部件。根據(jù)本發(fā)明，使用這樣的定時開關，以便控制兩個可控制的半導體器件中的至少一個。尤其是， 為每個定時開關分配比較器，通過所述比較器又可對定時開關進行控制。本發(fā)明的一個完全特別有利的改進方案在于，設有兩個定時開關，其中分別一個定時開關控制兩個可控制的半導體器件中的一個，尤其是如此控制，使得在負載電路的威脅本質安全性的高功率消耗的情況下兩個可控制的半導體器件對于預先確定的時間間隔完全中斷通過電流。在預先確定的時間間隔期滿之后，兩個可控制的半導體器件重新轉換到導通狀態(tài)，只要不再存在負載電路的威脅本質安全性的高功率消耗。隨后可以繼續(xù)正常運行。根據(jù)本發(fā)明的一個有利的改進方案規(guī)定，用于測量負載電流的電流測量裝置至少部分地由電阻構成。測量電阻處的負載電流是監(jiān)視負載電流的簡單且成本低的可能性，因為這樣可以不設置附加的電阻用以測量負載電流。本發(fā)明的一個優(yōu)選的改進方案的特征在于，電阻上的電壓降對于至少一個接線為差分放大器的運算放大器用作輸入信號并且所述運算放大器的輸出信號用作負載電流的度量。所述用作負載電流的度量的輸出信號在根據(jù)本發(fā)明的能量供給裝置中優(yōu)選通過相應的以電路方式的連接輸送給功率控制裝置。已經(jīng)證實特別有利的是，直接由另一功率控制裝置控制本質安全的負載電路的功率消耗。因此，所述附加且直接起作用的另一功率控制裝置僅僅干預負載電路本身，從能量供給裝置來看即在負載電路端子那一邊的負載側。通過所述控制已經(jīng)在負載電路側限制功率消耗，從而在額定運行中不觸發(fā)根據(jù)本發(fā)明的能量供給裝置的功率限制電路，因為已經(jīng)通過直接作用于負載電路的另一功率控制裝置將本質安全的負載電路的功率消耗限制到本質安全的值上。根據(jù)本發(fā)明的另一擴展方案規(guī)定，所述另一功率控制裝置具有數(shù)/模轉換器。這主要是在結合本發(fā)明的另一特別的擴展方案的情況下是有利的，其中由微處理器向數(shù)/模轉換器提供數(shù)字輸入信號，并且數(shù)/模轉換器的模擬輸出信號提供給本質安全的負載電路用于控制本質安全的負載電路的功率消耗。結合微處理器使用數(shù)/模轉換器能夠實現(xiàn)爆炸危險區(qū)域以外的本質安全的負載電路的功率消耗的自動化控制。因為所述另一功率控制裝置與負載電路導電地連接，所有有利的是，所述另一功率控制裝置也滿足IEC 60079-11的要求。根據(jù)本發(fā)明的最后在這里描述的改進規(guī)定，電壓源基于功率i (Power i)技術。


詳細地，現(xiàn)在存在用于設計和改進根據(jù)本發(fā)明的能量供給裝置的多種可能性。對此，參考布置在權利要求1之后的權利要求以及參照附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例的以下詳細描述。在附圖中示出圖1示意性地示出與由另一功率控制裝置控制的負載電路連接的根據(jù)本發(fā)明的
能量供給裝置。
具體實施例方式在圖1中，在能量供給裝置1上連接有本質安全的負載電路2。能量供給裝置1具有電壓源3，其提供本質安全的、受限制的輸入電壓。能量供給裝置1還具有功率限制電路、 電流限制電路和負載電路端子4，在所述負載電路端子上連接有負載電路2。功率限制電路由兩個可控制的半導體器件5構成。電流限制電路由電阻6構成。兩個可控制的半導體器件5串行地串聯(lián)并且布置在電壓源3與電阻6之間。電阻6以其未連接到可控制的半導體器件5上的端子構成負載電路端子4。現(xiàn)在，對于所示能量供給裝置1重要的是，構成電流限制電路的電阻6具有恰好足夠將短路電流限制到不存在火花點火危險的電流強度上的電阻值。通過電阻值的該測定得出比在使用電阻6既用于電流限制也用于功率限制時小得多的損耗功率。能量供給裝置1的特別特性是借助于可控制的半導體器件5進行所需的功率限制。在兩個可控制的半導體器件5的控制端子上分別通過安全電阻7連接定時開關8。定時開關8的輸入信號通過接線為差分放大器的運算放大器9提供。對于兩個運算放大器9， 電阻6上的電壓降用作輸入信號，并且兩個運算放大器9提供用作負載電流的度量的輸出信號。借助于所述電路根據(jù)所測量的負載電流進行從負載電路端子4提取的負載電流的功率控制。通過其他安全電阻7將整個能量供給裝置1劃分為本質安全地分離的區(qū)域，尤其是布置在爆炸危險區(qū)域中的負載電路2本質安全地與位于爆炸危險區(qū)域以外的運行裝置連接。這樣分離的區(qū)域之間的界限在圖1中以虛線示出。本質安全的負載電路2的功率消耗由另一功率控制裝置10控制。所述另一功率控制裝置10將本質安全的負載電路2的功率消耗限制到以下值上，所述值排除爆炸危險區(qū)域中的熱表面處的點火。所述另一功率控制裝置10具有數(shù)/模轉換器11，由微處理器12 向所述數(shù)/模轉換器提供數(shù)字輸入信號。微處理器12以硬件方式實現(xiàn)在這里未詳細研究的用于控制或調節(jié)負載電路2的功率消耗的方法，所述方法在所述微處理器上以軟件方式實現(xiàn)并且提供用于負載電路2的額定功率消耗的數(shù)字預給定值。數(shù)/模轉換器11的相應于數(shù)字預給定值的模擬輸出信號通過安全電阻7提供給本質安全的負載電路2用于控制功率消耗。負載電路2在這里示出的示例中具有傳感器線圈13 ；負載電路可以具有任意的其他負載，這取決于具體的應用。通過與線圈13并聯(lián)的齊納二極管14，傳感器線圈13的通常非常大的電感是不起作用的，也就是說，在傳感器線圈13中通過快速的電流變化感應出的電壓由齊納二極管限制到本質安全的值上。
權利要求
1.用于本質安全的負載電路O)的本質安全的能量供給的能量供給裝置(1)，其具有電壓源(3)、功率限制電路、電流限制電路和負載電路端子G)，其中所述負載電路(2)可連接到所述負載電路端子(4)上，其中所述功率限制電路和所述電流限制電路在所述電壓源 (3)與所述負載電路端子(4)之間起作用，和其中所述功率限制電路由至少兩個可控制的半導體器件(5)構成，其特征在于，所述電流限制電路由至少一個電阻(6)構成，其中所述電阻(6)具有恰好足夠將短路電流限制到不存在火花點火危險的電流強度上的電阻值。
2.根據(jù)權利要求1所述的能量供給裝置(1)，其特征在于，所述功率限制電路和所述電流限制電路串行地串聯(lián)，尤其是所述電流限制電路與所述負載電路端子(4)連接。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的能量供給裝置(1)，其特征在于，利用電流測量裝置測量從所述負載電路端子(4)提取的負載電流，并且根據(jù)所測量的負載電流通過功率控制裝置控制所述可控制的半導體器件(5)中的至少一個。
4.根據(jù)權利要求3所述的能量供給裝置(1)，其特征在于，可通過至少一個被構造為定時開關(8)的功率控制裝置控制所述兩個可控制的半導體器件(5)中的至少一個。
5.根據(jù)權利要求3或4所述的能量供給裝置(1)，其特征在于，用于測量負載電流的電流測量裝置至少部分地由所述電阻(6)構成。
6.根據(jù)權利要求5所述的能量供給裝置(1)，其特征在于，所述電阻(6)上的電壓降對于至少一個接線為差分放大器的運算放大器(9)用作輸入信號，并且所述運算放大器(9) 的輸出信號用作所述負載電流的度量。
7.根據(jù)權利要求1至6中任一項所述的能量供給裝置(1)，其特征在于，所述本質安全的負載電路O)的功率消耗直接由另一功率控制裝置(10)控制。
8.根據(jù)權利要求7所述的能量供給裝置(1)，其特征在于，所述另一功率控制裝置(10) 具有數(shù)/模轉換器(11)。
9.根據(jù)權利要求8所述的能量供給裝置(1)，其特征在于，由微處理器(1 向所述數(shù) /模轉換器(11)提供數(shù)字輸入信號，并且所述數(shù)/模轉換器(11)的模擬輸出信號提供給所述本質安全的負載電路(2)用于通過所述另一功率控制裝置(10)來控制所述本質安全的負載電路O)的功率消耗。
10.根據(jù)權利要求1至9中任一項所述的能量供給裝置(1)，其特征在于，所述電壓源 (3)基于功率i技術。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于本質安全的負載電路(2)的本質安全的能量供給的能量供給裝置(1)，其具有電壓源(3)、功率限制電路、電流限制電路和負載電路端子(4)，其中所述負載電路(2)可連接到所述負載電路端子(4)上，其中所述功率限制電路和所述電流限制電路在所述電壓源(3)與所述負載電路端子(4)之間起作用，和其中所述功率限制電路由至少兩個可控制的半導體器件(5)構成。根據(jù)本發(fā)明，通過以下方式實現(xiàn)具有盡可能少的損耗功率的能量供給裝置(1)所述電流限制電路由至少一個電阻(6)構成，其中所述電阻(6)具有恰好足夠將短路電流限制到不存在火花點火危險的電流強度上的電阻值。
文檔編號H02H9/02GK102377174SQ20111028066
公開日2012年3月14日 申請日期2011年8月10日 優(yōu)先權日2010年8月10日
發(fā)明者A·波倫巴, J·萊姆庫爾 申請人:克洛納測量技術有限公司