提供輸出電壓和輸出電流的儀器功率控制器和方法
【專(zhuān)利摘要】本申請(qǐng)涉及用于自適應(yīng)地提供共同保持基本上恒定的電輸出功率的輸出電壓和輸出電流的儀器功率控制器和方法，其中控制器包括用于接收輸入功率PI的輸入、用于將基本上恒定的輸出功率PO提供給可變阻抗負(fù)載L的輸出以及用于接收負(fù)載電壓VL的通信路徑。所述儀器功率控制器被配置為確定輸入電壓VI和輸入電流II，確定負(fù)載L的有效電阻RL并且根據(jù)輸入電壓VI、輸入電流II和有效電阻RL來(lái)設(shè)置輸出電壓VO和輸出電流IO。所述輸出電壓VO基本上與輸入電壓VI無(wú)關(guān)。所述輸出電壓VO和輸出電流IO發(fā)生改變以便在保持基本上恒定的電輸出功率PO的同時(shí)使負(fù)載功率PL最大化。
【專(zhuān)利說(shuō)明】提供輸出電壓和輸出電流的儀器功率控制器和方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種儀器功率控制器和方法，并且更特別地涉及一種用于自適應(yīng)地提 供共同保持基本上恒定的電輸出功率Pc)的輸出電壓％和輸出電流L的儀器功率控制器和 方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 流量計(jì)被用于測(cè)量流動(dòng)材料的質(zhì)量流速、密度和其它特性。流動(dòng)材料可以包括液 體、氣體、組合的液體和氣體、懸浮于液體中的固體、包含氣體以及懸浮固體的液體等。流量 計(jì)可以被用于測(cè)量流速（即通過(guò)測(cè)量穿過(guò)流量計(jì)的質(zhì)量流)，并且可以進(jìn)一步被用于確定流 量流（flow stream)中成分的相應(yīng)比例。
[0003] 在許多過(guò)程控制或者工業(yè)自動(dòng)化設(shè)置中，總線(xiàn)回路或者儀表總線(xiàn) (instrumentation bus)被用來(lái)連接到各種類(lèi)型的裝置，諸如流量計(jì)?？偩€(xiàn)回路一般被用于 將電能輸送給各種附接的儀器或裝置。另外，總線(xiàn)回路還一般被用于與傳感器或裝置來(lái)回 通信數(shù)據(jù)。因此，總線(xiàn)回路被連接到主裝置，其可以通過(guò)總線(xiàn)提供調(diào)整的電壓并且可以通過(guò) 總線(xiàn)交換通信。主裝置可以將命令和/或程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)、校準(zhǔn)和其它設(shè)置等發(fā)送給各種連 接裝置。主裝置還可以從連接裝置接收數(shù)據(jù)，包括標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)、校準(zhǔn)數(shù)據(jù)、測(cè)量數(shù)據(jù)、操作數(shù)據(jù) 等。
[0004] 主裝置可以進(jìn)一步包括連接到電功率源的電源（power supply)。主裝置通常通過(guò) 限制電流、限制電壓并且限制功率的總線(xiàn)回路提供電功率。
[0005] 在對(duì)振動(dòng)流量計(jì)諸如比重計(jì)或科里奧利（Coriolis)流量計(jì)）進(jìn)行正常操作期間， 電流消耗和電壓需求相對(duì)穩(wěn)定。然而，當(dāng)流量計(jì)開(kāi)始被通電時(shí)，計(jì)流管（meter flow tube) 的振動(dòng)在頻率和幅度方面逐漸增加。由于流管的構(gòu)造和材料并且由于流管中流動(dòng)材料增加 的質(zhì)量，流管不能立刻提高到目標(biāo)振動(dòng)幅度。由此，啟動(dòng)階段將需要高于正常操作所需要的 電流。因此，啟動(dòng)時(shí)的電流汲取高于正常操作期間的電流汲取。
[0006] 總線(xiàn)回路可以包括例如4-20毫安（mA)總線(xiàn)回路。4-20mA總線(xiàn)是雙線(xiàn)儀表總線(xiàn)標(biāo) 準(zhǔn)，其通常被用于連接到單個(gè)儀器并且還能夠被用于提供儀器與主裝置之間的通信?？商?換地，總線(xiàn)回路可以包括其它的總線(xiàn)協(xié)議或標(biāo)準(zhǔn)。
[0007] 根據(jù)本質(zhì)安全保護(hù)方法的需求，由主裝置/電源輸送的電功率出于安全目的被嚴(yán) 格限制。例如，4-20mA總線(xiàn)協(xié)議可以被限制為20mA的電流并且可以進(jìn)一步被限制為16-32 伏（V)。總線(xiàn)上裝置可用的電功率因此受到限制。
[0008] 在一些操作環(huán)境中，流管啟動(dòng)可能是有問(wèn)題的。啟動(dòng)時(shí)功率限制的一種結(jié)果是流 管啟動(dòng)時(shí)間被大大延長(zhǎng)，因?yàn)檫^(guò)電流不能被用于推進(jìn)流管或多個(gè)流管的振動(dòng)幅度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例提供一種用于自適應(yīng)地提供共同保持基本上恒定的電輸出功 率匕的輸出電壓％和輸出電流L的儀器功率控制器。所述儀器功率控制器包括用于接收 輸入功率h的輸入、用于將基本上恒定的輸出功率匕提供給可變阻抗負(fù)載L的輸出、以及 用于從負(fù)載L接收負(fù)載電壓'的通信路徑。所述儀器功率控制器被配置為確定輸入電壓 %和輸入電流L，確定負(fù)載L的有效電阻&并且根據(jù)輸入電壓％、輸入電流L和有效電阻 1^來(lái)設(shè)置輸出電壓和輸出電流1〇。所述輸出電壓V〇基本上與輸入電壓無(wú)關(guān)。所述輸 出電壓％和輸出電流1〇發(fā)生改變以便使傳輸給可變阻抗負(fù)載L的負(fù)載功率最大化而同 時(shí)保持基本上恒定的電輸出功率P。。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明提供一種用于自適應(yīng)地提供共同保持基本上恒定的電輸出功率匕的 輸出電壓I和輸出電流L的電功率控制方法。所述方法包括確定輸入電壓L和輸入電流 L，和確定可變阻抗負(fù)載L的有效電阻&。所述方法進(jìn)一步包括根據(jù)輸入電壓％、輸入電流 L和有效電阻&來(lái)設(shè)置輸出電壓％和輸出電流L。所述輸出電壓V?；旧吓c輸入電壓 無(wú)關(guān)。所述輸出電壓％和輸出電流L發(fā)生改變以便使傳輸給可變阻抗負(fù)載L的負(fù)載功率 最大化而同時(shí)保持基本上恒定的電輸出功率Pp
[0011] 根據(jù)本發(fā)明提供一種用于自適應(yīng)地提供共同保持基本上恒定的電輸出功率匕的 輸出電壓I和輸出電流L的電功率控制方法。所述方法包括確定輸入電壓L和輸入電流 I:，和確定可變阻抗負(fù)載L的有效電阻&。所述方法進(jìn)一步包括確定所述有效電阻&是否 在預(yù)先確定的正常操作范圍內(nèi)。所述方法進(jìn)一步包括，如果所述有效電阻&不在預(yù)先確定 的正常操作范圍內(nèi)，則根據(jù)輸入電壓 '、輸入電流L和有效電阻&來(lái)設(shè)置輸出電壓％和輸 出電流L。所述輸出電壓％基本上與輸入電壓％無(wú)關(guān)。所述輸出電壓V。和輸出電流、發(fā) 生改變以便使傳輸給可變阻抗負(fù)載L的負(fù)載功率最大化而同時(shí)保持基本上恒定的電輸 出功率Py
[0012] 在所述儀器功率控制器的一個(gè)方面，所述輸入電壓'包括基本上固定的輸入電壓 V
[0013] 在所述儀器功率控制器的另一方面，所述有效電阻&包括RfCi'。
[0014] 在所述儀器功率控制器的又一方面，所述輸出電壓％包括

【權(quán)利要求】
1. 一種用于自適應(yīng)地提供共同保持基本上恒定的電輸出功率P〇的輸出電壓和輸出 電流L的儀器功率控制器（120)，所述儀器功率控制器（120)包括用于接收輸入功率P 1的 輸入（121)、用于將基本上恒定的輸出功率匕提供給可變阻抗負(fù)載L的輸出（122)以及用于 從負(fù)載L接收負(fù)載電壓'的通信路徑（126)，其中所述儀器功率控制器（120)的特征在于： 所述儀器功率控制器（120)被配置為：確定輸入電壓V1和輸入電流I1 ;確定負(fù)載L的 有效電阻&，其中所述有效電阻&包括& = C1'，其中C1包括轉(zhuǎn)換因子并且其中負(fù)載電壓 '是可變阻抗負(fù)載L兩端的電壓并且包括V emf和由于所述可變阻抗負(fù)載L的電阻的電壓； 并且根據(jù)輸入電壓V1、輸入電流I1和有效電阻&來(lái)設(shè)置輸出電壓I和輸出電流'其中所 述輸出電壓V。包括V0= C2^V1I1Rli ,其中C2包括非理想的功率損失因子或者效率乘數(shù)，其 中輸出電壓I基本上與輸入電壓V1無(wú)關(guān)，并且其中輸出電壓Vtj和輸出電流Itj發(fā)生改變以 便使傳輸給可變阻抗負(fù)載L的負(fù)載功率最大化而同時(shí)保持基本上恒定的電輸出功率匕。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制器（120)，其中所述輸入電壓V1包括基本上固定的輸入 電壓
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制器（120)，其中所述輸入電壓V1和輸入電流I1遵守總線(xiàn) 回路標(biāo)準(zhǔn)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制器（120)，其中所述輸入電壓V1和輸入電流I1遵守本質(zhì) 安全（IS)標(biāo)準(zhǔn)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制器（120)，其中所述負(fù)載L包括振動(dòng)流量計(jì)（5)，并且其 中所述負(fù)載電壓\與所述振動(dòng)流量計(jì)（5)的一個(gè)或多個(gè)流管道（103)的振動(dòng)幅度有關(guān)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制器（120)，其中所述負(fù)載L包括科里奧利流量計(jì)（5)，并 且其中所述負(fù)載電壓'與所述科里奧利流量計(jì)（5)的一個(gè)或多個(gè)流管道（103)的振動(dòng)幅度 有關(guān)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制器（120)，其中所述負(fù)載L包括振動(dòng)比重計(jì)（5)，并且其 中所述負(fù)載電壓'與所述振動(dòng)比重計(jì)（5)的一個(gè)或多個(gè)流管道（103)的振動(dòng)幅度有關(guān)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制器（120)，其中所述儀器功率控制器（120)被進(jìn)一步配置 為確定所述有效電阻&是否在預(yù)先確定的正常操作范圍內(nèi)，并且如果所述有效電阻&不在 預(yù)先確定的正常操作范圍內(nèi)，則根據(jù)輸入電壓V 1、輸入電流I1和有效電阻&來(lái)設(shè)置輸出電 壓和輸出電流1〇。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制器（120)，其中所述儀器功率控制器（120)進(jìn)一步包括： 被配置為設(shè)置輸出電壓％的電壓供應(yīng)器（510);以及 被配置為設(shè)置輸出電流L的電流供應(yīng)器（520)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制器（120)，其中所述儀器功率控制器（120)進(jìn)一步包 括： 被配置為設(shè)置輸出電壓％的驅(qū)動(dòng)電壓轉(zhuǎn)換器（615); 被配置為提供輸出電流L的驅(qū)動(dòng)電流源（625);以及 被耦合到所述驅(qū)動(dòng)電壓轉(zhuǎn)換器（615)、負(fù)載L和回路電流控制（610)的控制（620)，其中 所述控制（620)被配置為控制所述驅(qū)動(dòng)電壓轉(zhuǎn)換器（615)和驅(qū)動(dòng)電流源（625)以在設(shè)定輸 出電壓％和輸出電流Itj二者時(shí)生成基本上恒定的輸出功率Pp
11. 一種用于自適應(yīng)地提供共同保持基本上恒定的電輸出功率P〇的輸出電壓v〇和輸 出電流L的電功率控制方法，所述方法包括確定輸入電壓V 1和輸入電流I1，其中所述方法 的特征在于： 確定可變阻抗負(fù)載L的有效電阻&，其中所述有效電阻&包括& = C1'，其中C1包括 轉(zhuǎn)換因子并且其中負(fù)載電壓'是可變阻抗負(fù)載L兩端的電壓并且包括Vemf和由于所述可變 阻抗負(fù)載L的電阻的電壓；以及 根據(jù)輸入電壓V1、輸入電流I1和有效電阻Rli來(lái)設(shè)置輸出電壓V。和輸出電流I。，其中所 述輸出電壓V。包括Vd= C2 ^V1I1Rli ,其中C2包括非理想的功率損失因子或者效率乘數(shù)，其 中所述輸出電壓％基本上與輸入電壓V1無(wú)關(guān)，并且其中所述輸出電壓％和輸出電流I。發(fā) 生改變以便使傳輸給可變阻抗負(fù)載L的負(fù)載功率最大化而同時(shí)保持基本上恒定的電輸 出功率Pp
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述輸入電壓V1包括基本上固定的輸入電壓 V
13. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述輸入電壓V1和輸入電流I1遵守總線(xiàn)回路 標(biāo)準(zhǔn)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述輸入電壓V1和輸入電流I1遵守本質(zhì)安全 (IS)標(biāo)準(zhǔn)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述負(fù)載L包括振動(dòng)流量計(jì)，并且其中所述負(fù) 載電壓\與所述振動(dòng)流量計(jì)的一個(gè)或多個(gè)流管道的振動(dòng)幅度有關(guān)。
16. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述負(fù)載L包括科里奧利流量計(jì)，并且其中所述 負(fù)載電壓\與所述科里奧利流量計(jì)的一個(gè)或多個(gè)流管道的振動(dòng)幅度有關(guān)。
17. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述負(fù)載L包括振動(dòng)比重計(jì)，并且其中所述負(fù)載 電壓 '與所述振動(dòng)比重計(jì)的一個(gè)或多個(gè)流管道的振動(dòng)幅度有關(guān)。
18. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，進(jìn)一步包括： 確定所述有效電阻&是否在預(yù)先確定的正常操作范圍內(nèi)；以及 如果所述有效電阻&不在預(yù)先確定的正常操作范圍內(nèi)，則根據(jù)輸入電壓V1、輸入電流 I1和有效電阻&來(lái)設(shè)置輸出電壓V。和輸出電流I。。
19. 一種用于自適應(yīng)地提供共同保持基本上恒定的電輸出功率P〇的輸出電壓V〇和輸 出電流L的電功率控制方法，所述方法包括確定輸入電壓V 1和輸入電流I1，其中所述方法 的特征在于： 確定可變阻抗負(fù)載L的有效電阻&，其中所述有效電阻&包括& = C1'，其中C1包括 轉(zhuǎn)換因子并且其中負(fù)載電壓'是可變阻抗負(fù)載L兩端的電壓并且包括Vemf和由于所述可變 阻抗負(fù)載L的電阻的電壓； 確定所述有效電阻&是否在預(yù)先確定的正常操作范圍內(nèi)；以及 如果所述有效電阻&不在預(yù)先確定的正常操作范圍內(nèi)，則根據(jù)輸入電壓V1、輸入 電流I1和有效電阻&來(lái)設(shè)置輸出電壓V。和輸出電流I。，其中所述輸出電壓V。包括 V0=C2^ViIiRl ,其中C2包括非理想的功率損失因子或者效率乘數(shù)，其中輸出電壓Vtj基本 上與輸入電壓V1無(wú)關(guān)，并且其中輸出電壓Vtj和輸出電流Itj發(fā)生改變以便在保持基本上恒 定的電輸出功率Ptj的同時(shí)使傳輸給可變阻抗負(fù)載L的負(fù)載功率1\最大化。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述輸入電壓V1包括基本上固定的輸入電壓 V
21. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述輸入電壓V1和輸入電流I1遵守總線(xiàn)回路 標(biāo)準(zhǔn)。
22. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述輸入電壓V1和輸入電流I1遵守本質(zhì)安全 (IS)標(biāo)準(zhǔn)。
23. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述負(fù)載L包括振動(dòng)流量計(jì)，并且其中所述負(fù)載 電壓 '與所述振動(dòng)流量計(jì)的一個(gè)或多個(gè)流管道的振動(dòng)幅度有關(guān)。
24. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述負(fù)載L包括科里奧利流量計(jì)，并且其中所述 負(fù)載電壓'與所述科里奧利流量計(jì)的一個(gè)或多個(gè)流管道的振動(dòng)幅度有關(guān)。
25. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述負(fù)載L包括振動(dòng)比重計(jì)，并且其中所述負(fù)載 電壓 '與所述振動(dòng)比重計(jì)的一個(gè)或多個(gè)流管道的振動(dòng)幅度有關(guān)。
【文檔編號(hào)】H03K17/567GK104378096SQ201410457152
【公開(kāi)日】2015年2月25日 申請(qǐng)日期:2007年6月28日 優(yōu)先權(quán)日:2007年6月28日
【發(fā)明者】W.M.曼斯菲爾德 申請(qǐng)人:微動(dòng)公司