[发明专利]用于现场设备的工作电压供给的电子设备和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于对近场驱动装置供给工作电压的电子设备，这些驱动装置通过在现场设备与同样连接在其上的电压供给单元之间的电流回路来供电。

背景技术

本发明的应用领域广泛涉及过程技术的工业自动化设备、汽车工业、食品工业等等。在此感兴趣的工业设备包括可电子控制的设备，如阀、马达、传感器设备，这些设备通过网络彼此通信，并且与至少一个上级的控制装置以模拟方式和/或以数字方式通信。

HART(高速可寻址远程传感器)是一个用于构建工业现场总线的标准化地广泛应用的通信系统的例子。其能够通过共同的数据总线实现集成于此的称作HART现场设备的设备进行数字通信。在此，HART特别建立在用于传输模拟传感器信号的同样广泛应用的0/4..20mA标准之上。在4mA到20mA之间的可变的范围表示现场设备的测量值或者期望值，而4mA的固定基本电流用于供电。

最近，HART标准化组织确定了新的HART标准，该标准致力于无线信号传输。在此所使用的无线电传输基于作为传输方法的无线通信标准IEEE802.15.4和所使用的TDMA。利用这些新的无线HART标准，现在可以以简单的方式将无线通信的HART现场总线集成到现有系统中。如果无线通信的HART现场设备一同集成到系统中，则这些现场设备也必须通过HART总线来供给所需的电功率，并且在内部有线地和无线地与其他无线通信的HART现场设备或者控制单元通信。

由DE 10 2006 009 979A1得知了一种用于HART现场设备的工作电压供给的这类电子设备。该电子设备包括用于将有线通信转换成无线通信的无线电模块。为了使能耗最小化并且由此为了延长集成的能量存储器的使用寿命，设有能量管理单元，通过该能量管理单元在可预先给定的工作时间可以为HART现场设备供给所需的工作能量。

该技术解决方案的缺点是，由于通过电流回路的工作电压供给与HART现场设备的功耗有关，例如与传感器所产生的测量值有关，所以不同强度的电流流经0/4..20mA线路。由于在大型系统内有超过100m的大线路长度，所以总线线路的电压降差别较大。该电压降根据欧姆定律来计算，其中总线线路的欧姆电阻与当前的回路电流相乘。电压供给单元提供的工作电压被分压到HART现场设备上、总线线路中的电压降上以及附加设置的以无线方式通信的HART现场设备的电压上。通常，供电电压仅仅是刚好足够用于在有限的线路长度情况下的几个附加的现场设备。

仅在预先给定的工作时间为HART现场设备输送工作能量的措施意味着显著的额外技术开销。这样，例如在维护间隔内检查能量存储器的使用寿命。其他通过能量管理单元在可预定的不进行通信的闲置时间内关断无线通信的HART现场设备的驱动能量的建议导致整个系统的可用性相应受限。此外，并不能预测具有低的功率吸收的工作时间对能量存储器的充电是否足够。与信号装置的功率吸收无关的连续工作因此是不可能的。

此外，要在影响回路电流的高功耗(依据电流消耗典型为＞40..200mW)的信号生成器与低功耗(典型为＜10mW)的纯无源适配器之间进行区分，其中后者作为近场的驱动装置由电流回路供电。此外，由此得出，已安装的由馈电设备、线路和信号生成器构成的电流回路总是具有足够大的储备，使得事后还会磨损适配器。储备由于线路上的电压降在高电流的情况下为最小。

发明内容

因此，本发明的任务是提出一种用于为适配器供给工作电压的电子设备，该电子设备在高回路电流的情况下具有尽可能小的电压降。

该任务基于根据权利要求1的前序部分所述的电子设备与其特征部分相结合来解决。回引的从属权利要求表明了本发明的有利改进方案。

本发明包含如下技术教导：回路馈电的驱动装置包括用于自适应地使工作电压与当前功率需求相匹配的电子调节装置，该调节装置利用尚可自由获得的回路能量。

根据本发明的方案的优点尤其在于，其可以设置在现有的总线上，并且在此可以一如既往地由其除了已存在的现场设备之外提供必要的功率。尤其是，通常较高的功率吸收也可以由近场的驱动装置的无线通信来操作。在此，电压是有限的量，使得电压降尽可能小地降低。因此，本发明构建了动态地使设备的工作电压与当前在总线上流动的回路电流相匹配。

根据本发明的用于自适应地实现工作电压匹配的调节装置优选在具有恒定功耗的近场驱动装置中实现。由于与电压有关的现场设备的效率，可能也可以存在非线性的关系。