網絡現場總線電源的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及網絡電源電壓適配器和相關方法以及網絡總線系統，并且特別地但是非排外地涉及現場總線電源(fieldbus power supply)適配器，以及相關系統和方法。
【背景技術】
[0002]在包括電力、控制和測量信號的各種信號將被傳遞到各種網絡化的終端裝置以及從該網絡化的終端裝置被傳遞回來的情況下，通常采用總線網絡系統。在許多實例中，可向網絡裝置提供具有特定特征(并且特別是它的電壓電平)的信號的確定性可以證明對裝置以及甚至整個網絡系統的有效的/安全的操作是關鍵的。這特別是在各種網絡裝置的存在和運行可同樣對遍及網絡提供以及特別地借助于公共總線系統提供的信號有影響的方案中的情況。
[0003]在許多實例中，總線系統必須根據說明和設定標準來操作，其可以證明依靠這種分立的網絡裝置的依從性以便達到整體總線系統依從性是不利地受限制的且不適當的。這種已知系統的架構可以進一步證明對網絡并且特別是網絡總線系統的位置和物理尺寸進行約束是不利的。
【發明內容】
[0004]本發明試圖提供一種優于已知的這種適配器、方法和系統的網絡電源適配器、供電的相關方法以及相關的網絡總線系統。
[0005]根據本發明的一個方面，提供了網絡電源電壓適配器，其被布置成當輸入電壓或部分輸入電壓的電平在閾值之上時，從網絡干線電纜(network trunk cable)接收輸入電壓，以調節接收到的輸入電壓從而提供基本上處于恒定DC電源電平的輸出DC電源電壓，該恒定DC電源電平獨立于在閾值之上的輸入電壓電平或部分輸入電壓電平中的變化。
[0006]有利地，然后可以以獨立于一個或多個網絡化的終端裝置的依從性的方式并且以特別有效的、可靠的和高效率的方式來調節電壓。因此，如果到適配器的輸入電壓超過預定輸出電壓限制，則適配器電路調節其輸出以達到預定電壓限制。
[0007]作為部分進一步優點，適配器可包括至少一個通信饋通布置，用于基本上不變的通信信號通過適配器的通道。
[0008]饋通布置可包括電容耦接和/或有源控制電路。
[0009]進一步地，可向通信信號的頻譜的相應的不同區域提供多個饋通布置。
[0010]因此根據需要，傳遞到網絡干線電纜的電壓電平可處于充分允許使用比另外可能的情況更長的干線電纜的電平。
[0011 ]在一個布置中，恒定輸出電壓或部分恒定輸出電壓的電平可等同于閾值電壓的電平。
[0012]進一步地，可將適配器布置成使得如果輸入電壓或部分輸入電壓降至閾值之下則基本上不施加電壓下降，并且然后將輸出電壓布置成簡單地跟隨輸入電壓。
[0013]有利地，可在適配器中以允許通信信號被基本上不變地在輸入和輸出之間或在輸出和輸入之間傳遞的方式來達到所有所需功能。
[0014]作為進一步的特征，適配器可包括過電壓保護電路，和/或熱保護電路。
[0015]在一個特定實施例中，將適配器布置成使得借助于電壓下降器(dropper)電路來施加電壓下降，該電壓下降器電路可包含被布置成提供線性電壓降的電壓下降器。
[0016]—個特定有利的實施例包括使用至少一個控制回路。
[0017]在另一個實施例中，電壓下降器可包括開關模式裝置。
[0018]根據本發明的另一個方面，提供了包括如上限定的網絡電源電壓適配器的總線網絡系統。
[0019]根據本發明的進一步的方面，提供了一種方法，該方法適應來自網絡干線電纜的電源電壓，并且包括步驟:當輸入電壓或部分輸入電壓的電平在閾值之上時，向接收到的輸入電壓施加電壓調節以提供處于基本上恒定的DC電源電平的輸出DC電源電壓，該基本上恒定的DC電源電平小于輸入電壓的電平并且獨立于在閾值之上的輸入電壓電平中的變化。
[0020]如以上關于適配器所指出的，在方法中采用的恒定輸出電壓可以等于閾值電壓的電平。
[0021]同樣地，方法可被布置成使得如果輸入電壓或部分輸入電壓降至閾值之下則基本上不施加電壓下降，并且然后輸出電壓跟隨輸入電壓。
[0022]進一步地，可借助于電壓下降器電路來施加電壓下降的步驟，并且這種電壓下降器可被布置成提供線性電壓降。
[0023]有利地，方法包括傳遞基本上不變的通信信號通過適配器。
[0024]可同樣在本發明的方法內采用一個或更多個通信饋通布置，從而以對電源攜帶的任何數據信令透明的方式達到所需的電壓降。
[0025]方法可進一步包括通過不同的相應饋通布置傳遞來自通信信號的頻譜中的不同區域的信號。就這一點而言可采用電容耦接和/或有源控制回路。
[0026]方法對于提供到本質安全的環境的輸出是特別有用的。
[0027]如應了解，本發明可特別根據用于本質安全的IEC60079-11標準來證明提供達到Ex ic依從性的方法是特別有利的，并且本發明可找到關于復雜總線網絡系統的現有應用。本發明可找到關于基礎現場總線H1或實際上其它類似網絡的特別應用。
[0028]如下文討論所證明并且非限制性地參考本發明的基礎現場總線實現，可從本發明獲得進一步的好處。
[0029]典型的基礎現場總線段(fieldbus segment)由現場總線電源單元組成，將該現場總線電源單元布置成借助于長度可長達1.9千米的現場總線電纜來向現場總線支線布線集線器(fieldbus spur wiring hub)提供電流。然而應了解本發明可找到關于超過該值的電纜/干線長度的現有應用，并且其中該長度取決于特定網絡系統的操作特征/要求或由特定網絡系統的操作特征/要求來確定。
[0030]在本發明的許多可能的非限制性示例中的一個示例中，可找到在把現場總線支線連接到在本質安全的危險區中的裝置的情況下的應用，并且其中有必要施加電流限制，以及這通常借助于布線集線器來達到。同樣地在這里，將限制電源電壓并且這種限制通常借助于現場總線電源單元來提供。為允許使用具有17.5V Ui的本質安全的裝置，將所提供的最大電壓限制為17.5V并且這意味著將現場總線電源標稱地設定為17V或更少。通常已知現場總線支線布線集線器具有大約10V的最小操作電壓。因此，考慮IV的容差，可推斷沿著從現場總線電源單元到布線集線器的電纜的最大允許電壓降應該大約為6V。采用標準A類現場總線電纜(44歐姆/回路千米)，這對干線電纜長度和電流施加了不利限制;對于380mA的供應電流，該限制是大約358米的電纜長度，并且對于136mA的供應電流，長度是大約1千米。[0031 ]通過使用本發明，可采用遠遠大于上文所述的干線電纜長度。
【附圖說明】
[0032]僅借助于示例，參考附圖，在下文中進一步描述了本發明，在附圖中:
[0033]圖1是根據本發明的實施例的現場總線布置的示意性框圖；
[0034]圖2和3是根據本發明的實施例并且如在參考圖1所示的系統中采用的電源適配器的電壓調節元件的示例的示意性框圖；
[0035]圖4和5是根據本發明的實施例并且如在參考圖1所示的系統中采用的電源適配器的電壓限制元件的示例的示意性框圖；以及
[0036]圖6是示出根據本發明實施例的適配器的示例的進一步細節的電路圖。
【具體實施方式】
[0037]現在轉向所示出的圖1，將現場總線系統10布置成用于從第一區帶12向第二區帶14提供電力和信令，該第一區帶12包括無危險的環境，該第二區帶14包括危險環境并且處于本質安全的方式。
[0038]如在第一區帶12中示出的現場總線系統10的元件采用標準設計和配置，并且在該示例中包括大容量電源(bulk power supply) 16，該大容量電源被布置成接收電網電力(mains power)并傳遞24V DC信號到現場總線電源單元18，該現場總線電源單元18被布置成根據需要提供本質安全的隔離。
[0039]然后現場總線電源單元18借助于現場總線干線20將其輸出電源信號傳遞到位于第二危險區帶14中的諸如終端設備的網絡元件。
[0040]同樣以標準方式位于第一區帶12中的是分布式控制系統22，其同樣接收電網電源并且其旨在提供在電網電源到主機H1現場總線卡24的連接之前的隔離，它們依次連接到現場總線干線20。
[0041]因此眾所周知，現場總線干線20被布置成不僅提供在第二區帶14中運行的終端設備所需的電力，還同樣提供在分布式