用于保護(hù)兩線電流環(huán)路的至少一個(gè)部件的電路布置的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于保護(hù)兩線電流環(huán)路中的至少一個(gè)部件的電路布置，該兩線電流環(huán)路與負(fù)載一起串聯(lián)連接至AC/DC電源，其中兩線電流環(huán)路具有整流器、時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器和開(kāi)關(guān)，其中整流器形成直流電路，其中開(kāi)關(guān)連接在直流電路中，并且其中時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器將時(shí)鐘信號(hào)輸出至開(kāi)關(guān)以便對(duì)直流電路計(jì)時(shí)。
【背景技術(shù)】
[0002]在過(guò)程和自動(dòng)化技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)裝置中經(jīng)常應(yīng)用兩線電流環(huán)路。在過(guò)程技術(shù)中以及在自動(dòng)化技術(shù)中，常常應(yīng)用用于記錄和/或影響過(guò)程變量的現(xiàn)場(chǎng)裝置。測(cè)量裝置用于記錄過(guò)程變量，這樣的測(cè)量裝置諸如填充料位測(cè)量裝置、流量測(cè)量裝置、壓力和溫度測(cè)量裝置、pH測(cè)量裝置、導(dǎo)電性測(cè)量裝置等，分別記錄對(duì)應(yīng)的過(guò)程變量:填充料位、流量、壓力、溫度、pH值和導(dǎo)電性。致動(dòng)器諸如閥或栗用于影響過(guò)程變量，經(jīng)由致動(dòng)器改變例如管線中的液體的流動(dòng)或容器中的介質(zhì)的填充料位。原則上，被稱為現(xiàn)場(chǎng)裝置的是靠近過(guò)程應(yīng)用的并且傳遞或處理過(guò)程相關(guān)信息的所有裝置。大量這樣的現(xiàn)場(chǎng)裝置可由Endress+Hauser公司的下屬公司制造和出售。與本發(fā)明相關(guān)，術(shù)語(yǔ)現(xiàn)場(chǎng)裝置因此包含所有類型的測(cè)量裝置和致動(dòng)器。此夕卜，概念現(xiàn)場(chǎng)裝置還包括集成在/可集成在總線系統(tǒng)中的例如網(wǎng)關(guān)、無(wú)線電適配器或其它總線參與者(bus participants) ο
[0003]如果具有兩線電流環(huán)路的這樣的現(xiàn)場(chǎng)裝置停止工作，則最終損害會(huì)是顯著的。因此，重要的是提供被保護(hù)免于故障的現(xiàn)場(chǎng)裝置。特別地，兩線電流環(huán)路必須被保護(hù)免于產(chǎn)生過(guò)電流。
[0004]在兩線電流環(huán)路的情況下存在可以如何出現(xiàn)過(guò)電流的多種可能性。因此，存在許多應(yīng)用，在這種情況下，串聯(lián)的兩線電流環(huán)路連同負(fù)載一起串聯(lián)連接到電流供應(yīng)裝置。負(fù)載為例如接觸器。在啟動(dòng)的情況下，或當(dāng)連接電流供應(yīng)裝置時(shí)，可能發(fā)生的是，負(fù)載被忽略并且未連接。進(jìn)一步可能的是，跨負(fù)載發(fā)生短路。在這些情況下，不存在跨負(fù)載的壓降。如果部件與負(fù)載串聯(lián)連接，跨該部件的壓降高于正常操作的情況，在這種正常操作的情況下，不存在過(guò)電流狀態(tài)。部件可以為例如開(kāi)關(guān)。如果部件對(duì)于過(guò)高電流敏感，則在發(fā)生過(guò)大電流的情況下，部件會(huì)受損。例如，F(xiàn)ET(場(chǎng)效應(yīng)晶體管)作為兩線電流中的開(kāi)關(guān)被越來(lái)越多地應(yīng)用。當(dāng)FET作為開(kāi)關(guān)應(yīng)用并且過(guò)電流狀態(tài)發(fā)生時(shí)，F(xiàn)ET將在短時(shí)間內(nèi)受到不能恢復(fù)的損害。
[0005]用于兩線電流環(huán)路的部件的保護(hù)的電路布置是已知的。因此，W0 86/03079公開(kāi)了用于切換直流電路和交流電路中的電阻性用電器和電感性用電器的電路布置。電路布置包括控制電子裝置，以及用于供應(yīng)控制電子裝置的電壓供應(yīng)裝置，以及短路和過(guò)載保護(hù)裝置。在電路布置中提供用于檢測(cè)過(guò)載狀態(tài)的裝置，過(guò)載狀態(tài)例如作為晶體管的不容許的高溫或不容許的高負(fù)載電流的結(jié)果。在過(guò)載狀態(tài)的情況下，開(kāi)關(guān)被供應(yīng)控制信號(hào)。用于檢測(cè)過(guò)載狀態(tài)的裝置包括電流測(cè)量電阻器以及閾值開(kāi)關(guān)，負(fù)載電流流經(jīng)電流測(cè)量電阻器。
[0006]從DE 39 24 824 A1獲知具有用于保護(hù)計(jì)時(shí)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的控制電路的電路布置，計(jì)時(shí)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)與其開(kāi)關(guān)路徑一起置于負(fù)載電流電路中。電路布置包括實(shí)際值傳感器，實(shí)際值傳感器形成在半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)路徑中流動(dòng)的負(fù)載電流的實(shí)際值。半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的計(jì)時(shí)啟動(dòng)經(jīng)由控制電路發(fā)生。測(cè)量電阻器與半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)路徑串聯(lián)。跨測(cè)量電阻器產(chǎn)生的壓降代表實(shí)際值傳感器的輸入變量。實(shí)際值傳感器包括:第一二極管，其陰極與實(shí)際值傳感器的輸入連接；第二二極管，其陰極與第一二極管的陽(yáng)極連接，并且其陽(yáng)極經(jīng)由第一電阻器與實(shí)際值傳感器的輸出連接以及還經(jīng)由第二電阻器與第一操作電壓源連接?？刂茊卧妮敵雠cSchmitt觸發(fā)器的輸入連接，Schmitt觸發(fā)器的輸出與控制電路的輸入連接，并且控制電路的輸出控制場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵電極。
[0007]從DE 101 25 210 B4獲知用于借助于半導(dǎo)體閘流管供給負(fù)載的電路布置。負(fù)載與整流器電路的輸入連接。半導(dǎo)體閘流管的陽(yáng)極陰極路徑與整流器電路的正負(fù)輸出相聯(lián)接并且受到保護(hù)免于負(fù)載的短路。為此，正輸出經(jīng)由晶體管和二極管與電容器的一側(cè)連接，負(fù)輸出作為電路零點(diǎn)(電路接地)與電容器的另一側(cè)連接。晶體管和電阻器與半導(dǎo)體閘流管并聯(lián)地連接。晶體管和電阻器的匯合部置于比較器的一個(gè)輸入上；而基準(zhǔn)電壓置于另一個(gè)輸入上。在負(fù)載短路的情況下，測(cè)量發(fā)送器的切換電壓借助于開(kāi)關(guān)從半導(dǎo)體閘流管的柵極斷開(kāi)。
[0008]所有這些解決方案具有一種測(cè)量電阻器，該測(cè)量電阻器連接在待保護(hù)免受電路布置影響的開(kāi)關(guān)或部件的下游。然而，某些缺點(diǎn)與此相關(guān)聯(lián)。因?yàn)闇y(cè)量電阻器與開(kāi)關(guān)串聯(lián)連接，所以在正常操作的情況下，存在連續(xù)的能量損耗。此外，在過(guò)電流狀態(tài)的情況下，測(cè)量電阻器會(huì)例如因過(guò)熱而受損。
[0009]本發(fā)明的目的是提供一種電路布置，在過(guò)載電流狀態(tài)的情況下，該電路布置以節(jié)能的方式保護(hù)兩線電流環(huán)路的部件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]根據(jù)本發(fā)明，該目的由如權(quán)利要求1中所限定的電路布置來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0011]因此該目的通過(guò)以下特征來(lái)實(shí)現(xiàn)，該特征包括:電路布置具有二極管，其中二極管的導(dǎo)通方向從二極管的陽(yáng)極指向二極管的陰極，二極管的陰極連接到直流電路，二極管的陽(yáng)極被供應(yīng)來(lái)自第一電壓源的周期性的或恒定的電壓，該電壓至少周期性地大于預(yù)定閾值，并且電路布置具有至少一個(gè)開(kāi)關(guān)元件，所述至少一個(gè)開(kāi)關(guān)元件用于接通或斷開(kāi)時(shí)鐘信號(hào)，其中開(kāi)關(guān)元件根據(jù)二極管的陽(yáng)極具有的電壓與閾值之間的比較結(jié)果使時(shí)鐘信號(hào)通過(guò)或阻斷時(shí)鐘信號(hào)。
[0012]如果開(kāi)關(guān)元件使時(shí)鐘信號(hào)通過(guò)，則時(shí)鐘信號(hào)到達(dá)開(kāi)關(guān)，并且直流電路的電流可以以時(shí)鐘脈沖流動(dòng)。因此，在正常操作下，現(xiàn)場(chǎng)裝置的電流供應(yīng)被啟用。在過(guò)載電流狀態(tài)期間，開(kāi)關(guān)元件阻斷時(shí)鐘信號(hào)。因此，沒(méi)有電流可以流入直流電路中，并且開(kāi)關(guān)被保護(hù)免受過(guò)高電流。
[0013]優(yōu)選實(shí)施例提供的是，第一電壓源被實(shí)施為時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器。在這樣的情況下，二極管的陽(yáng)極被供應(yīng)的電壓至少周期性地大于預(yù)定閾值。在這種情況下，時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器用于履行多項(xiàng)任務(wù):制造成本比其它情況低，并且不需要附加電壓供應(yīng)裝置。因此，緊湊裝置結(jié)構(gòu)是可能的。
[0014]在實(shí)施例的示例的有利的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)的情況下，二極管的陽(yáng)極連接到比較器的第一輸入，并且可調(diào)節(jié)第二電壓源連接到比較器的第二輸入。比較器提供二極管的陽(yáng)極上的電壓與閾值之間的簡(jiǎn)單比較，其中，閾值在此處由可調(diào)節(jié)第二電壓源提供。
[0015]在本發(fā)明的電路布置的有利的進(jìn)一步發(fā)展的情況下，可調(diào)節(jié)第二電壓源包括分壓器。分壓器用作用于設(shè)定上述閾值的成本有效的裝置，且不存在對(duì)現(xiàn)場(chǎng)裝置的能量消耗或可靠性的值得一提的影響。
[0016]在本發(fā)明的電路布置的有利的進(jìn)一步發(fā)展的情況下，比較器的輸出與開(kāi)關(guān)元件連接，其中開(kāi)關(guān)元件是邏輯元件。邏輯元件例如與非門(mén)在現(xiàn)場(chǎng)裝置的設(shè)計(jì)的情況下提供許多靈活性，使得關(guān)于特定目標(biāo)設(shè)定的最佳實(shí)施例是可實(shí)現(xiàn)的。在優(yōu)選實(shí)施例中，在臨時(shí)產(chǎn)生的且可校正的錯(cuò)誤的情況下，現(xiàn)場(chǎng)裝置可以進(jìn)一步通過(guò)將單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(即，單穩(wěn)多諧振蕩器)整合到邏輯元件中而起作用。
[0017]在本發(fā)明的電路布置的有利的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)的情況下，邏輯元件的輸出與微控制器連接，其中微控制器基于邏輯元件的輸出信號(hào)檢測(cè)直流電路中的過(guò)電流狀態(tài)。如果微控制器檢測(cè)到過(guò)電流狀態(tài)，則微控制器可以用作二級(jí)保險(xiǎn)。在本發(fā)明的意義中，一級(jí)保險(xiǎn)是開(kāi)關(guān)元件的迅速反應(yīng)硬件功能。微控制器可以例如通過(guò)控制電路布置使得時(shí)鐘信號(hào)永久地?cái)嚅_(kāi)或使得輸出錯(cuò)誤報(bào)告來(lái)用作二級(jí)保險(xiǎn)。
[0018]在本發(fā)明的電路布置的有利的進(jìn)一步發(fā)展中，半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)連接在二極管的陽(yáng)極與地之間，其中微控制器控制半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)使得比較器的第一輸入上的電壓短時(shí)間低于閾值。如果半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)短時(shí)間接通從二極管的陽(yáng)極到地的路徑，則比較器的第一輸入上的電壓短時(shí)間下降至參考地。由于地電位低于閾值，所以時(shí)鐘信號(hào)被置回在開(kāi)關(guān)上。該過(guò)程使得在臨時(shí)發(fā)生的且可校正的錯(cuò)誤的情況下啟用現(xiàn)場(chǎng)裝置的進(jìn)一步的功能，而無(wú)需手動(dòng)重啟現(xiàn)場(chǎng)裝置。因此，節(jié)省了時(shí)間和/或維護(hù)費(fèi)用。
[0019]在本發(fā)明的電路布置的實(shí)施例中，時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器被集成到微控制器中或被實(shí)施為獨(dú)立的微控制器單元。在這種情況下，微控制器用于履行多項(xiàng)任務(wù)。在這樣的情況下，制造成本保持比其它情況低。此外，實(shí)現(xiàn)了緊湊的裝置結(jié)構(gòu)，例如使得時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器直接由微控制器驅(qū)動(dòng)。
[0020]在本發(fā)明的電路布置的實(shí)施例中，時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)