本质安全电路的驱动器电路制造技术

本发明专利技术涉及处理并提供用于本质安全电路(10)的电气装置(300)的电信号的驱动器电路(200)。驱动器电路包括：耦合电容器(220)，其对AC电压信号开放并去耦DC电压信号，其中，耦合电容器包括第一端子(224)且通过第一端子电连接至驱动器电路(200)的第一输出线(202)；用于检测耦合电容器的从耦合电容器(220)的第一端子(224)流向驱动器电路(200)的第一输出线(202)的输出电流的电路(240)；可切换元件(230)，其至少间接地电连接到耦合电容器的第二端子(222)；用于控制可切换元件的切换特性的电路，其中，该电路用于当耦合电容器的所述第一端子(224)处的输出电流超过预定阈值时将可切换元件从电阻断状态切换到导电状态，使得处于导电状态的可切换元件使耦合电容器(220)的电荷经由第二端子(222)释放。

【技术实现步骤摘要】
本质安全电路的驱动器电路
本专利技术涉及处理并提供用于本质安全电路(intrinsicallysafecircuit)的电气装置(尤其是填充物位测量装置、压力测量装置或流量测量装置)的电信号的驱动器电路，并涉及具有对应驱动器电路的本质安全电路。
技术介绍
技术系统的本质安全性是一种例如通过或借助专门的构造原理来确保即使在技术系统中的故障的情况下也不会发生不安全状态的性能。可以采用各种不同的措施来实现本质安全性，使得尽可能使发生危险情形的风险最小化。通常，可以将故障描述为存在风险或可能发生风险的情形。特别地，例如，可以将这种风险定义为在存在爆炸风险的区域中在闭合电路时产生火花的可能性。本质安全电路通常由电源、驱动器电路和电气装置组成。驱动器电路由电源供应电力，并产生控制信号和/或电源信号，并且将所述信号传送到电气装置。本质安全电路中的电子装置和设备尤其在它们在具有爆炸风险的氛围或环境中的使用或预期使用期间可以通过电源线中的电阻器来限制它们的功耗，以避免形成可燃性火花，从而绝对不会发生爆炸的风险。在许多电子系统中，使用AC电压信号来调制信号并将所述信号传送至电气装置。为了进行去耦(特别是进行DC去耦)，能够使用AC电压信号电容器(所谓的耦合电容器)。然而，在这种情况下，必须确保在故障(例如，电容器的突然放电)的情况下使电容器中存储的电力不以任何可形成可燃性火花的方式耗散。
技术实现思路
人们已经认识到，在为了防止在故障的情况下形成可燃性火花而使用耦合电容器时，通常使用具有高电阻值的串联电阻器。根据使用的电压值和电流值并根据允许流出装置的电流(和/或器件输出端处的电压)来计算电阻值，以防止发生欲要避免的事件。串联电阻器通常在电气装置的方向上连接在驱动器电路的输出端的上游，使得驱动器电路的输出端处的电信号不能引起可燃性火花。类似地，人们已经认识到，高电阻值的缺点在于，通过驱动器电路传送到电气装置的AC电压信号也会衰减。换言之，在故障的情况下不仅不期望的信号发生衰减，驱动器电路的期望的有用信号也发生衰减。然而，这种方法要求驱动器电路对有用信号进行放大，使得该信号在被串联电阻器衰减之后的电平仍然足够高，以便被待被控制的电气装置识别和使用。可替代地，接收电气装置可以设置有适当灵敏的接收器电路。然而，并不总是能够调整驱动器电路或接收电气装置来针对所述功能来使用附加模块(例如，驱动器电路侧的放大器模块或连接在电气装置的上游的接收器模块)，这些附加模块可能对系统的复杂性和功耗具有负面影响。基于这些发现，需要降低本质安全电路的驱动器电路的复杂性和功耗。根据本专利技术的一个方面，说明了用于处理并提供用于本质安全电路的电气装置的电信号的驱动器电路。电气装置例如是填充物位测量装置、流量测量装置或压力传感器。驱动器电路包括耦合电容器，耦合电容器被设计成对AC电压信号开放并去耦DC电压信号，其中，耦合电容器包括第一端子，并通过第一端子电连接至驱动器电路的第一输出线。另外，驱动器电路包括用于检测耦合电容器的输出电流的装置(所谓的输出电流检测装置)，其中，输出电流从耦合电容器的第一端子流向驱动器电路的第一输出线。另外，驱动器电路包括可切换元件，可切换元件至少间接地电连接到耦合电容器的第二端子。另外，驱动器电路包括用于控制可切换元件的切换特性的装置(所谓的切换特性控制装置)，其中，切换特性控制装置被设计为当耦合电容器的第一端子处的输出电流达到或超过预定阈值时将可切换元件从电阻断状态切换到导电状态，使得处于导电状态的可切换元件会使所述耦合电容器经由第二端子释放电荷。在电路故障的影响具有灾难性后果的环境中使用本质安全电路。例如，在存在爆炸风险的环境中使用本质安全电路，其中，在本质安全电路故障的情况下，需要防止可能导致爆炸的火花的形成。驱动器电路可以被定义为用于本质安全电路的电气装置的操作装置或信号处理单元。驱动器电路可以包括控制单元，控制单元为电气装置提供控制信号或命令，并且从驱动器电路向电气装置传送控制信号或命令。驱动器电路通常被构造为使得其即使在故障的情况下也不会释放可能使在驱动器电路外部形成火花的不期望的高电流。耦合电容器的第一端子至少间接地连接至第一输出线，即，可以在第一端子与输出线之间布置有附加部件。然而，在一个变型例中，耦合电容器的第一端子也可以直接连接至第一输出线。第一端子可以被称为耦合电容器的输出端。耦合电容器的第二端子可以被称为耦合电容器的输入端，并且特别地可以连接至驱动器电路的调制器单元。在一个实施例中，驱动器电路可以包括两条输出线，它们在驱动器电路与电气装置之间来回地传送信号。然而，在这两条输出线之中，仅一条输出线可以通过驱动器电路被充电有电流或电压电位。这条输出线是上面提到的第一输出线。第一输出线用于将电信号从本质安全电路传送至电气装置。可切换元件可分别采用电阻断或导电这两种状态中的至少一种状态。当可切换元件在切换方向上(在连接线路上)不接收电流时，可切换元件是电阻断的，并且如果可切换元件允许电流在连接线路上流动，可切换元件是导电的。用于控制可切换元件的切换特性的装置可以包括多个元件，这些元件在相互作用时影响切换特性，即，将可切换元件从导电状态切换到阻断状态，或相反。在本质安全电路中的故障的情况下，借助用于检测耦合电容器的第一端子(输出端)处的输出电流的装置，能够检测电容器中的以电流形式经由第一端子向输出线流动的任何可能的电荷。通过布置可切换元件(这也可以称为顺序电路(sequentialcircuit))并且通过改变可切换元件的状态，使耦合电容器的电荷能够经由第二端子流动。换言之，在本质安全电路内因而存在耦合电容器的放电，且耦合电容器的电荷不向外(向第一端子线路)放电。因此，可以减少或防止由于耦合电容器的突然放电而在本质安全电路外形成火花的风险。这里说明的驱动器电路的功能性方面不允许将耦合电容器的电荷从驱动器电路向外驱动，并且需要在内部耗尽或消耗所述电荷，以防止形成外部火花或降低形成火花的风险。这个目的是通过以下处理实现的：监测在所使用的装置(传感器)的方向上来自耦合电容器的电流的流动(通过使用电流感测电阻器来监测电流，隐含地，电流感测电阻器上的电压降根据电流而变化且是流过电流感测电阻器的电流的指示)，并且在达到或超过阈值(即不能被超过的极限值，并且在高于该极限值时存在形成火花的风险)时，闭合电路，以使耦合电容器通过该电路进行内部放电。根据本专利技术的一个实施例，用于检测耦合电容器在第一端子处的输出电流的装置包括第一欧姆电阻器，第一欧姆电阻器布置在耦合电容器的第一端子与驱动器电路的第一输出线之间。第一欧姆电阻器可以被称为电流感测电阻器。因此，电流感测电阻器上的电压降与流经电流感测电阻器的电流成比例。以此方式，借助于所述电压，可以以简单的方式确定耦合电容器在其第一端子处输出的电流。在一个实施例中，第一欧姆电阻器可以由一个或多个部件组成。例如，第一欧姆电阻器的功能或用途可以通过独立组件的串联连接或并联连接或通过组合的串联/并联连接来实现。根据本专利技术的另一实施例，可切换元件被设计为半导体元件，半导体元件根据控制信号可以从导电状态切换到电阻断状态，或相反，其中，半导体元件包括连接线路或可切换线路，所述线路的电阻器可以根据被施加本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种驱动器电路(200)，其被构造成处理并提供用于本质安全电路(10)的电气装置(300)的电信号，所述驱动器电路包括：耦合电容器(220)，其被设计成对AC电压信号开放并去耦DC电压信号，其中，所述耦合电容器包括第一端子(224)，并通过所述第一端子电连接至所述驱动器电路(200)的第一输出线(202)；被构造成检测所述耦合电容器的输出电流的电路(240)，所述输出电流从所述耦合电容器(220)的所述第一端子(224)流向所述驱动器电路(200)的所述第一输出线(202)；可切换元件(230)，其至少间接地电连接到所述耦合电容器的第二端子(222)；被构造成控制所述可切换元件的切换特性的电路，其中，被构造成控制所述可切换元件的切换特性的所述电路被设计成当所述耦合电容器在所述第一端子(224)处的所述输出电流达到或超过预定阈值时将所述可切换元件从电阻断状态切换到导电状态，使得处于所述导电状态的所述可切换元件使所述耦合电容器(220)的电荷经由所述第二端子(222)释放。

【技术特征摘要】
2016.02.25 DE 102016203014.01.一种驱动器电路(200)，其被构造成处理并提供用于本质安全电路(10)的电气装置(300)的电信号，所述驱动器电路包括：耦合电容器(220)，其被设计成对AC电压信号开放并去耦DC电压信号，其中，所述耦合电容器包括第一端子(224)，并通过所述第一端子电连接至所述驱动器电路(200)的第一输出线(202)；被构造成检测所述耦合电容器的输出电流的电路(240)，所述输出电流从所述耦合电容器(220)的所述第一端子(224)流向所述驱动器电路(200)的所述第一输出线(202)；可切换元件(230)，其至少间接地电连接到所述耦合电容器的第二端子(222)；被构造成控制所述可切换元件的切换特性的电路，其中，被构造成控制所述可切换元件的切换特性的所述电路被设计成当所述耦合电容器在所述第一端子(224)处的所述输出电流达到或超过预定阈值时将所述可切换元件从电阻断状态切换到导电状态，使得处于所述导电状态的所述可切换元件使所述耦合电容器(220)的电荷经由所述第二端子(222)释放。2.根据权利要求1所述的驱动器电路(200)，其中，被构造成检测所述耦合电容器(220)在所述第一端子(224)处的所述输出电流的所述电路(240)包括第一欧姆电阻器，所述第一欧姆电阻器布置在所述耦合电容器的所述第一端子(224)与所述驱动器电路(200)的所述第一输出线(202)之间。3.根据权利要求1或2所述的驱动器电路(200)，其中，所述可切换元件(230)被设计为半导体元件，所述半导体元件根据控制信号能够从所述导电状态切换到所述电阻断状态，或相反，其中，所述半导体元件包括连接线路，所述连接线路的电阻器能够根据被施加到所述半导体元件的控制输入端(236)的所述控制信号而发生改变。4.根据权利要求3所述的驱...

【专利技术属性】
技术研发人员：拉尔夫·谢策尔，艾伯特·沃尔勒，
申请(专利权)人：VEGA格里沙贝两合公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE