本质上安全的功率调节电路制造技术

公开了一种本质上安全的功率调节电路。功率调节电路（105）包括至少一个功率存储设备110，至少一个功率存储设备110具有被耦接以用于从DC功率源160接收功率的电极110a、110b。至少一个有源电流限制（ACL）电路115a、115b、115c耦接到功率存储设备的电极以用于在故障状况下限制从功率存储设备输出的最大功率。DC至DC转换器120使其输入耦接到ACL电路。至少一个消弧电路130a、130b具有第一端子和第二端子以及耦接到DC至DC 120转换器的输出以用于为功率调节电路（105）提供输出端子131、132的短路设备。

Intrinsically safe power conditioning circuit

An intrinsically safe power conditioning circuit is disclosed. The power conditioning circuit (105) includes at least one power storage device 110, and at least one power storage device 110 has electrodes 110A and 110b that are coupled to receive power from the DC power source 160. At least one active current limiting (ACL) circuit, 115a, 115b, and 115C, is coupled to the electrode of the power storage device to limit the maximum power output from the power storage device in the case of failure. The DC to DC converter 120 makes its input coupled to the ACL circuit. At least one arc circuit, 130a output of 130b has a first terminal and a second terminal coupled to DC and DC to 120 converter for power regulation circuit (105) provides an output terminal 131 and 132 short circuiting equipment.

【技术实现步骤摘要】
本质上安全的功率调节电路
所公开的实施例涉及诸如用于为蜂窝调制解调器供电的本质上安全的功率调节电路和电源。
技术介绍
蜂窝调制解调器需要高峰值功率（例如，6W或7W）以用于通过蜂窝网络无线地传送数据。为了在诸如石油化工工业、石油和天然气管道以及某些自动化工厂环境之类的危险位置中操作，蜂窝调制解调器设备中耗散的故障功率、电流、电压和能量需要被限制在危险气体的点火能量极限内，并且另外在故障状况下的蜂窝调制解调器设备的表面温度需要被限制在危险气体的点火温度极限内。一种简单的已知方法是将可靠的电阻器（其失效模式仅为开路的薄膜型电阻器）用于功率和电流限制，并且将可靠的齐纳二极管用于限制电压。
技术实现思路
提供本
技术实现思路
来以简化形式介绍对所公开概念的简要选择，所公开的概念在下面在包括所提供的附图的具体实施方式中被进一步描述。本
技术实现思路
不意图限制要求保护的主题的范围。所公开的实施例认识到作为蜂窝调制解调器需要高峰值功率（例如，6W或7W）以用于通过蜂窝网络无线地传送数据，使用常规的电阻器和齐纳二极管实现本质上的安全将使调制解调器电源显著损耗并且还使得难以满足所要求的电池寿命（例如，5年）和尺寸约束，因为高功率齐纳二极管一般在尺寸上太大。所公开的本质上安全（IS）的功率调节电路通过包括诸如超级电容器或电池之类的功率存储设备、（多个）有源电流限制（ACL）电路、DC至DC转换器和（多个）消弧电路来提供高效率电源。放置在功率存储设备和DC至DC转换器之间的（多个）ACL电路有助于向蜂窝调制解调器供给低波纹和被调整的功率。ACL电路限制到蜂窝调制解调器和其它电子组件的故障电流、功率。ACL电路还像保险丝一样起作用，以用于在故障状况下保护（多个）消弧电路，消除为（多个）消弧电路放置额外的保险丝的需要。一个公开的实施例包括功率调节电路，其包括具有被耦接以用于从DC功率源接收功率的电极的至少一个功率存储设备（例如，超级电容器/电池）。至少一个ACL电路被耦接到功率存储设备的电极，以用于限制在故障状况下从功率存储设备输出的最大功率。DC至DC转换器使其输入耦接到ACL电路。至少一个消弧电路具有第一端子和第二端子以及耦接到DC至DC转换器的输出以用于为功率调节电路提供输出端子的短路设备。附图说明图1是根据示例实施例的包括被示出为从电源接收功率并向蜂窝调制解调器提供功率的示例IS功率调节电路的蜂窝调制解调器系统的框图。图2是根据示例实施例的示例ACL电路的框图。图3是根据示例实施例的示例消弧电路的示意图。具体实施方式参照所附各图描述所公开的实施例，其中贯穿于各图使用同样的附图标记来表示类似或等同的元件。各图不是按比例绘制的，并且它们仅被提供以图示某些所公开的方面。以下参照示例应用来描述若干所公开的方面以用于说明。应当理解的是，阐述了许多具体细节、关系和方法以提供对所公开的实施例的完全理解。然而，相关领域的普通技术人员将容易认识到，在此所公开的主题可以在没有一个或多个具体细节的情况下或者利用其它方法来实践。在其它实例中，未详细示出周知的结构或操作以避免模糊某些方面。本公开不受所图示的动作或事件的排序限制，因为一些动作可以以不同的次序发生和/或与其它动作或事件同时发生。更进一步地，并非要求所有图示的动作或事件来实现根据在此公开的实施例的方法。另外，如在此在没有进一步限制的情况下使用的术语“耦接到”或“与…耦接”（等等）意图描述间接或直接的电连接。因此，如果第一设备“耦接”到第二设备，则该连接可以通过其中在路径中仅存在寄生的直接电连接，或者通过经由包括其它设备和连接的中间项的间接电连接。对于间接耦接而言，中间项一般不修改信号的信息，而是可以调整其电流水平、电压水平和/或功率水平。图1是根据示例实施例的包括示例IS功率调节电路105的蜂窝调制解调器系统100的框图，所述示例IS功率调节电路105被示出为从DC功率源160（被示出为DC源160）接收功率并向蜂窝调制解调器140提供功率。DC功率源160可以包括单个电池、电池组（多个电池）、燃料电池或太阳能电池。DC功率源160总是具有在其两个端子之间在相同方向上流动的电流。功率调节电路105包括至少一个功率存储设备110，所述至少一个功率存储设备110具有用于从DC功率源160接收功率的电极110a、110b。功率存储设备110可以包括超级电容器、可再充电电池、混合层电容器或锂离子电容器。如在此所使用那样，“超级电容器”（有时也称为超电容器，之前是电双层电容器（EDLC））是高容量电化学电容器，其不是如在常规电容器的情况下那样直接在电介质材料中存储电荷，而是使用在电双层中创建电荷存储的电解质离子。超级电容器提供如下的高容量：该高容量具有与其它电容器（但是一般更低的电压限制）相比更高得多的电容值，该高容量与电解电容器相比典型地每单位体积或质量存储10倍至100倍的更多的能量。超级电容器是商业上可获得的，诸如来自TadiranBatteriesNorthNewHydePark，NY的HLC-1550。超级电容器使用静电双层电容或电化学伪电容或这两者的组合。静电双层电容器一般地使用与电化学伪电容相比具有更高得多的静电双层电容的碳电极或衍生物，实现在导电电极的表面和电解质之间的界面处的亥姆霍兹双层中的电荷的分离。电荷的分离为几个埃的量级，与在常规的电容器中相比更小得多。功率调节电路105还包括至少一个ACL电路，其被示出为耦接到功率存储设备110的电极110a、110b的彼此串联的ACL115a、ACL115b、ACL115c。如在此所使用的那样，“ACL”是通过连同充当导通（ON）和断开（OFF）开关的晶体管和放大器（例如，运算放大器）一起使用感测电阻器来设置最大负载电流的电路。示出为放置在功率存储设备110和DC至DC转换器120之间的（多个）ACL电路115a、115b、115c有助于向蜂窝调制解调器140供给低波纹和被调整的功率。（多个）ACL电路115a、115b、115c还像保险丝一样起作用，以用于在故障状况下保护（多个）消弧电路130a、130b，消除了放置用于保护（多个）消弧电路130a、130b的附加保险丝的需要。（多个）ACL电路115a、115b、115c限制对于蜂窝调制解调器和其它电子组件的故障电流、功率。ACL电路被示出为利用ACL电路115a、115b、115c进行三重化，ACL电路115a、115b、115c被示出用于满足按照国际电工委员会（IEC）60079-11的Zone-0内在安全要求。（多个）ACL电路在正常操作期间提供＜0.5欧姆（例如，＜0.1欧姆）的低值串联电阻（即，ACL未触发），其可以与用于已知/常规的功率限制的相对高的电阻（例如，1欧姆）进行比较。（多个）ACL电路115a、115b、115c因此显著地降低功率调节电路105的I2R损耗，这延长了DC功率源160的寿命。图2是示例ACL200的框图。Rsense205是用于感测从功率存储设备110接收的电流的薄膜型低欧姆可靠电阻器（例如，0.11Ω1％）。如上面指明那样，可靠电阻器是薄膜型电阻器，其失效模式仅为开路。跨电流感测电阻器205的电压降由差分放大器210放大。差分放大器210的输出本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率调节电路（105），包括：至少一个功率存储设备，其具有被耦接以用于从DC功率源160接收功率的电极110a、110b；至少一个有源电流限制（ACL）电路115a、115b、115c，其耦接到所述功率存储设备的所述电极以用于在故障状况下限制从所述功率存储设备输出的最大功率；DC至DC转换器120，其具有耦接到所述ACL电路的输入，以及具有第一端子和第二端子的至少一个消弧电路130a、130b，其包括耦接到所述DC至DC 120转换器的输出以用于为所述功率调节电路（105）提供输出端子131、132的短路设备。

【技术特征摘要】
2016.04.01 US 15/0885981.一种功率调节电路（105），包括：至少一个功率存储设备，其具有被耦接以用于从DC功率源160接收功率的电极110a、110b；至少一个有源电流限制（ACL）电路115a、115b、115c，其耦接到所述功率存储设备的所述电极以用于在故障状况下限制从所述功率存储设备输出的最大功率；DC至DC转换器120，其具有耦接到所述ACL电路的输入，以及具有第一端子和第二端子的至少一个消弧电路130a、130b，其包括耦接到所述DC至DC120转换器的输出以用于为所述功率调节电路（105）提供输出端子131、132的短路设备。2.根据权利要求1所述的功率调节电路，进一步包括微控制器部分150，所述微控制器部分150包括处理器151和DC至DC转换器156，所述处理器151和所述DC至DC转换器156是利用至少一个可靠电阻器电阻地耦接的以用于从所述功率存储设备110接收功率。3.根据权利要求1所述的功率调节电路，其中所述功率存储设备110包括至少一个超级电容器。4.根据权利要求1所述的功率调节电路，其中所述功率存储设备超级电容器包括可再充电电池、混合层电容器或锂离子电容器。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：MK贝扎瓦达，B梅耶，J贝特格尔，SB德特夫斯，
申请(专利权)人：霍尼韦尔国际公司，
类型：发明
国别省市：美国,US