[發明專利]開關穩壓器電路、現場設備及供電方法

有效

• 申請號: 202010169816.2
• 申請日: 2020-03-12
• 公開（公告）號: CN111752323B
• 公開（公告）日: 2022-08-19
• 發明（設計）人: 比約恩·哈斯;曼努埃爾·施密特
• 申請（專利權）人: 恩德萊斯和豪瑟爾分析儀表兩合公司
• 主分類號: G05F1/46
• 分類號: G05F1/46;G05F1/565;G05F1/575;H02M3/00;H02M1/32
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 穆森;戚傳江

本申請涉及開關穩壓器電路、現場設備及供電方法。本發明公開了一種開關穩壓器電路(1)，包括：串聯穩壓器(2)，其具有至少一個調節晶體管(T)，晶體管(T)具有連接：集電極(C)、基極(B)和發射極(E)；以及，DC?DC轉換器(3)，尤其是降壓轉換器，DC?DC轉換器(3)連接在串聯穩壓器(2)的下游，其中，將開關穩壓器電路(1)設計為使得DC?DC轉換器(3)被調節為跨調節晶體管的恒定的集電極?發射極電壓降(UCE)；特別地，DC?DC轉換器(3)被激活，從而導致恒定的集電極?發射極電壓降(UCE)。另外，本發明還公開了一種相應的方法。

技術領域

本發明涉及一種開關穩壓器電路和具有開關穩壓器電路的現場設備以及向現場設備供電的方法。

背景技術

現場設備是自動化技術領域中的技術設備，其與生產過程直接相關。在自動化技術中，“現場”是指開關柜或控制室之外的區域。因此，現場設備可以是執行器(控制元件、閥門等)以及工廠和過程自動化中的傳感器或測量換能器。

通常，測量換能器是一種根據固定關系將輸入變量轉換為輸出變量的設備。英文術語“transmitter”也經常使用。在這方面，例如，將提到申請人的“Liquiline M CM42”產品作為用于過程自動化應用中的pH/氧化還原、電導率或氧氣測量的測量換能器的示例。

測量換能器可以被設計為具有4..20mA信號(根據DIN IEC 60381-1的電流信號)的兩線測量換能器(也稱為兩線)。在這種系統中，以電流值編碼的輸出變量以模擬方式傳輸。在許多情況下，這些系統中還使用了根據HART標準的數字現場總線通信。

測量換能器包括一個或多個開關穩壓器，用于向例如用于通信的電路、微控制器，或用于轉發給連接到測量換能器的傳感器的連接在開關穩壓器下游的電路部件供電。

兩線制變送器中的開關穩壓器電路必須滿足高效率的要求，特別是在故障電流為3.6mA、輸入電壓最小(例如，12V)、缺乏對HART現場總線的反饋、在控制較大的能量緩沖器時的操作期間的穩定性的情況下，以及在較大的輸入電壓范圍(例如，12V至60V)的情況下以及在電源線中存在極強干擾信號的情況下。此外，必須有可能可靠地提取可用的過剩容量(overcapacity，例如，在30V操作電壓和22mA回路電流下，必須能夠提取比變送器電路實際消耗的功率更多的功率)。應該記住，變送器可能必須集成到爆炸保護概念中。

一個要求是，電源電路通常還必須向電路系統提供能量緩沖器，以便也能夠至少短暫地支持不能從例如12V時3.6mA的能量預算中供應的操作模式，例如，在擦除閃存期間。

發明內容

本發明基于提供克服現有技術的缺點的開關穩壓器電路的任務。因此，開關穩壓器電路將被設計為節能的，需要時本質上是安全的，并且將始終提供足夠的功率，并且，需要時，還將為變送器電路提供用于瞬態峰值電流的能量緩沖器。

該任務借助于開關穩壓器電路來實現，該開關穩壓器電路包括：串聯穩壓器，其具有至少一個帶有連接集電極、基極和發射極的調節晶體管，以及DC-DC轉換器，特別是降壓轉換器，其連接在串聯穩壓器的下游，其中開關穩壓器電路被設計成使得DC-DC轉換器被調節到跨調節晶體管的恒定的集電極-發射極電壓降；特別地，激活DC-DC轉換器，從而導致恒定的集電極-發射極電壓降。

通常，DC-DC轉換器在本發明的申請上下文中用作使用線圈的集成電路。通常，這種轉換器電路用于調節恒定輸出電壓的操作模式。為此，這種DC-DC轉換器電路具有控制信號輸入(電壓反饋輸入)，該控制信號輸入經由在DC-DC轉換器的輸出上呈現的輸出電壓來反饋。因此，DC-DC轉換器可以將輸出電壓調節為期望的恒定值。

在所謂的“磁滯轉換器”中，調節發生在當在輸出檢測到欠壓時，轉換器被激活(且能量被傳輸到輸出)，并且當超過目標值時(具有一定的遲滯)，穩壓器被再次關閉。