[發明專利]用于使用開關單元來調節被供應給負載的電壓的方法和電子設備

在審

• 申請號: 201580075374.2
• 申請日: 2015-02-03
• 公開（公告）號: CN107251390A
• 公開（公告）日: 2017-10-13
• 發明（設計）人: E.切米斯基;J.西格里斯特;S.V.文卡特斯瓦蘭;A.文卡特拉馬尼
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: H02M3/156
• 分類號: H02M3/156
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 徐紅燕,劉春元

本發明涉及用于使用旁路開關單元來供應與現場設備相關聯的負載的方法和電子設備。

一般來說，在工業中使用特定種類的低功率電子設備用于測量諸如壓力、溫度、流量和水平之類的物理過程值。這樣的電子控制設備的示例可以是過程發射器，也稱為現場設備。現場設備常常用于過程儀器，所述過程儀器是用于例如檢測和/或影響過程變量。現場設備通過自動化網絡連接到彼此以用于交換數據的目的。檢測作為過程變量的物理或化學變量的現場設備將相關變量轉換成測量值并將該測量值輸出到中央控制站以用于進一步處理。此類測量變換器的示例是用于填充水平、質量流率、壓力、溫度、pH值、傳導性等的測量變換器。一般來說，這樣的低功率電子設備可以包括顯示單元（液晶顯示器（LCD））、處理單元、通信單元和輸入單元。這樣的電子設備通常包含包括傳感器/變換器的模擬前端以及發射器系統，所述發射器系統專用于與中央控制站通信。可以以模擬模式（4-20 mA）或數字模式來執行通信。可以在總線系統上承載通信，所述總線系統包括ProfiBus、HART、現場總線基金會等。這樣的電子設備的顯示單元一般包括圖形液晶顯示器（GLCD）、多個背光LED以及相關聯的使能電路。GLCD包括多個像素，所述多個像素被配置成顯示字母數字字符。顯示單元由電子設備其自身的發射器板來供電。由于用于過程發射器的各種標準，從發射器板供應的功率和電壓被限制成小的值。

這樣的過程發射器的顯示單元的GLCD和背光LED消耗了針對該現場設備分配的總功率的一大部分。因此，需要將包括功率供應和邏輯電路的該現場設備的剩余功能優化成消耗剩余功率。GLCD在以最優電壓水平操作時消耗最小功率。通常，電子設備由可變供應來供電，所述可變供應例如是電流回路（其也用于信令目的）。因此，重要的是將被提供給顯示單元的供應調節成最優電壓水平。因此，存在用于將供應電壓調節成特定電壓水平以便對包括GLCD的顯示單元供電的需要。

目前，現成的電壓步降和電壓步升（降升壓）轉換器可以被配置成通過處理在一范圍之間波動的供應電壓來提供恒定輸出。示例性降升壓轉換器可以是由德州儀器制造的TPS63036。TPS63036的效率對于某些電壓范圍來說較低。

因此，本發明的目的是在以最優電壓操作GLCD的同時增加降升壓轉換器的效率。

因此，本發明的目的是提供用于在供應電壓可變的情況下對負載供電的有效方法和電子設備。本發明的目的通過使用用于旁路單獨的步升單元和步降單元的開關單元來提供到負載的恒定電壓來實現。

本發明的目的通過提供用于向負載供應輸入電壓的方法和電子設備來實現，該方法包括確定供應電壓的水平。此外，該方法包括當所述供應電壓超過第一閾值電壓時使用開關單元在旁路電壓步升單元的同時使能電壓步降單元。該方法還包括當所述供應電壓低于第二閾值電壓時使用開關單元在禁用電壓步降單元的同時使能電壓步升單元。

在本發明的一個方面中，所述開關單元和所述開關單元被配置成提供到供應電流的低電阻路徑以便旁路所述電壓步升單元和電壓步降單元中的至少一個。

在本發明的另一方面中，保持到所述負載的所述輸入電壓基本上恒定。

在本發明的又另一方面中，所述電壓步降單元和所述電壓步升單元中的一個可在一時刻處操作。

在本發明的仍又另一方面中，所述開關單元和所述開關單元包括用于防止電流流過與所述開關單元相關聯的寄生體二極管的配置。

在本發明的又另一方面中，所述第一閾值電壓大于所述第二閾值電壓。

本發明還提供一種用于實現本發明的目的的電子設備。一種用于向負載供應輸入電壓的電子設備，所述電子設備包括被配置成確定供應電壓的水平的電壓供應單元。所述電子設備包括用于步升低于第一閾值值的輸入電壓的電壓步升單元，以及用于步降高于第二閾值的輸入電壓的電壓步降單元。所述電子設備還包括被耦合到所述電壓步升單元和所述電壓步降單元的至少一個開關單元。所述開關單元被配置成基于所述輸入電壓的水平來旁路所述電壓步升單元和所述電壓步降單元中的至少一個。

在實施例中，與所述電壓步升單元并聯地耦合開關單元，其中所述開關單元當活動時為供應電流提供替換路徑從而旁路所述電壓步升單元。

在另一實施例中，與所述電壓步降單元并聯地耦合開關單元，其中所述開關單元當活動時為所述供應電流提供替換路徑從而旁路所述電壓步降單元。

在又另一實施例中，所述電壓步降單元當所述供應電壓高于所述第一閾值值時活動，同時由所述開關單元旁路所述電壓步升單元。