本质安全电压限制分路调节器电路制造技术

本发明专利技术提供了一种本质安全电压限制分路调节器电路。一种本质安全冗余调节器电路包括在调节轨和接地轨之间的多个电压限制调节器。多个电压限制调节器中的每个电压限制调节器包括：(i)分路调节器组件，分路调节器组件被配置为将调节轨和接地轨上的电压钳位到安全钳位电压值，以及(ii)一个或多个组件，其中，选择一个或多个组件中的每一个的特性以配置安全钳位电压值。

【技术实现步骤摘要】
本质安全电压限制分路调节器电路本申请是于2014年9月25日提交的、申请号为201410498575.0且专利技术名称为“本质安全电压限制分路调节器电路”的申请的分案申请。
本专利技术涉及本质安全设备电路并且更具体地涉及用于有害环境中的设备的本质安全电压限制分路调节器电路。
技术介绍
一些工业过程，如在石油工业中的那些工业过程，需要设备操作在有害大气或其他危险条件中。这种设备通常由用于规定有害大气中的设备的特定条件的“本质安全”标准(如ISA-60079-11)标准管理。该条件力图限制在设备电路中存储的能量的量(例如通过限制电容器上的电压或者经过电感器的电流)或者限制积聚的能量的释放(例如通过限制组件的间隔)以使得能量的释放不会导致点火。在ISA-60079-11标准的情况中，如果满足在该标准中规定的特定条件，则设备的特定属性可以被视为是“绝对可靠的”。通常，如果设备的电路在具有高达两个“可计数的”错误的情况中仍然安全则设备的电路被视为是“本质安全的”。通常，设备电路使用齐纳二极管作为分路电压限制器(shuntvoltagelimiter)以限制可能到达特定设备组件的电压。然而，虽然齐纳二极管在这种电压限制上有效，但是齐纳二极管必须在远低于齐纳电压的电压下操作以防止齐纳电压附近的电流泄漏。在功率敏感的应用中(例如由4-20mA信号供电的仪器)，这种电流泄漏是至关重要的。另一方面，如果较高电压齐纳二极管被合适地规定以防止电流泄漏，则电压限制增加，这可能导致关于本质安全的问题。
技术实现思路
一种本质安全过程控制设备，包括：调节轨；接地轨；以及电气耦接到该调节轨和该接地轨的设备组件，其中，在该调节轨和该接地轨上施加的电压导致能量被存储在该设备组件中。该本质安全过程控制设备进一步包括三个或更多个电压限制调节器，每个电压限制调节器被设置为与该设备组件并联并且每个电压限制调节器包括：分路调节器组件，该分路调节器组件被配置为将该调节轨和该接地轨上的电压钳位到安全钳位电压值，以及一个或多个组件，其中，选择该一个或多个组件的特性以配置该安全钳位电压值。一种本质安全冗余调节器电路，包括在调节轨和接地轨之间的多个电压限制调节器。该多个电压限制调节器中的每个电压限制调节器包括：分路调节器组件，该分路调节器组件被配置为将该调节轨和该接地轨上的电压钳位到安全钳位电压值，以及一个或多个组件，其中，选择该一个或多个组件的特性以配置该安全钳位电压值。附图说明图1是示出了包括用于实现冗余调节器电路的本质安全过程控制设备的示例性系统的方框图。图2是示出了包括实现与冗余调节器电路并联的多个设备组件的本质安全过程控制设备的另一个示例性系统的方框图。图3是示出了包括用于实现与冗余调节器电路并联的能量存储和非能量存储组件的本质安全过程控制设备的另一个示例性系统的方框图。图4示出了可以实现为图1-3中所示的其中一个冗余调节器电路的一部分的示例性电路。图5示出了可以实现为图1-3中所示的其中一个冗余调节器电路的一部分的另一个示例性电路。图6示出了可以实现为图1-3中所示的冗余调节器电路的示例性冗余调节器电路。具体实施方式本专利技术涉及例如用于本质安全过程控制设备如开关、螺线管或发射器的冗余调节器电路，并且更具体地涉及经由冗余调节器电路调节本质安全过程控制设备组件上的电压。更具体地，根据本专利技术的冗余调节器电路允许过程控制设备操作在分路电压限制器的安全钳位电压上或附近，而同时有资格作为“绝对可靠的”分路电压限制器。参考图1，根据本专利技术的一个版本构造的示例性系统100包括由电源104供电的本质安全(IS)过程控制设备102。IS过程控制设备102可以包括开关、发射器、热偶、螺线管阀等等。此外，IS过程控制设备102可以是制造工厂、油或气提取结构、炼油厂、HVAC(加热、通风和空调)系统等等的一部分，其中，IS过程控制设备102暴露于有害环境，如具有有害气体、化学物质、水蒸气、粉尘、纤维等等的环境。电源104提供功率给各种组件，包括提供功率给一些电路或组件，如用于为其他电路或组件提供操作电压的操作电压输出电路106。例如，电源104可以提供功率给操作电压输出电路106，操作电压输出电路106可以输出正电压和负电压，该正电压和负电压又被施加给冗余调节器电路108和设备组件110的轨。正电压和负电压在图1中分别被标记为+V和-V，但是要理解正电压可以施加给冗余调节器电路108和设备组件110的轨中的一个，并且另一个轨可以接地。电源104可以例如包括耦接到总电源的供电源，总电源经由交流(AC)适配器耦接到IS过程控制设备102，或者电源104可以包括耦接到电池电源(在该情况中其可以设置在IS过程控制设备102内部)的供电源。在一些情况中，电源104可以电气耦接到操作电压输出电路106，如供电源或调节器电路，其可以将电源信号(例如24V)转换为特定电压(例如±3.3V，±10V)，其中，该特定电压可以施加于冗余调节器电路108和设备组件110的轨上。在一种实现中，在给定某些相关联的实体参数的情况下，IS过程控制设备102可以是本质安全的。利用这种类型的实体资格，如果IS过程控制设备102所连接的其他设备满足对应的一组实体参数，则IS过程控制设备102是本质安全的。那么工厂可以包括附接到IS过程控制设备102的多个其他设备，并且仍然维持本质安全，如果这些多个其他设备(例如在所有考虑的组合和缺省情况下都)符合与IS过程控制设备102对应的该组实体参数的话。通过实例的方式，与IS过程控制设备102相对应的实体参数可以包括最大允许电压、最大允许电流、内部电容、内部电感、最大不受保护电容/电感、互连电线的电感/电容或最大功率。在一个情况中，实体参数例如可以包括30V的最大允许电压、130mA的最大允许电流值和1W的最大允许功率值。设备组件110可以包括能量存储设备组件110，如电容器或电感器或具有内部电容或电感的任意设备。在一些实现中，可以通过与设备组件110并联的冗余调节器电路108调节在设备组件110上施加的电压。以此方式，在设备组件110中存储的能量或者与能量释放相关的潜在能量得到限制，并且IS过程控制设备102可以是本质安全的(例如在ISA-60079-11标准之下)。冗余调节器电路108可以例如包括一个或多个分路调节器组件112，如低压三端子可调整电压参考，以及被配置为使得该冗余调节器电路成为“绝对可靠的”分路电压限制器的一个或多个电阻器114。参考图4、图5和图6讨论冗余调节器电路108的进一步的细节。虽然示例性系统100包括一个IS过程控制设备102、一个冗余调节器电路108、一个操作电压输出电路106和一个设备组件110、但是电源104可以向任意数量的具有任意数量的冗余调节器电路、设备组件和操作电压输出电路的IS过程控制设备提供功率。例如，图2示出了包括实现有多个设备组件202和203的IS过程控制设备201的示例性系统200。...

【技术保护点】
1.一种本质安全过程控制设备，包括：/n调节轨；/n接地轨；/n设备组件，其电气耦接到所述调节轨和所述接地轨，其中，在所述调节轨和所述接地轨上施加的电压使得能量被存储在所述设备组件中；以及/n三个或更多个电压限制调节器，每个电压限制调节器被设置为与所述设备组件并联并且每个电压限制调节器包括：/n分路调节器组件，所述分路调节器组件被配置为将在所述调节轨和所述接地轨上的电压钳位到安全钳位电压值，以及/n一个或多个电阻器，其中，所述一个或多个电阻器中每个电阻器的电阻被选择以配置所述安全钳位电压值；其中，每个电压限制调节器还包括：/n晶体管组件；/n功率共享电阻器，其被配置为限制所述晶体管组件上消耗的功率；/n管理电阻器，其被配置为当所述调节轨和所述接地轨上的电压低于阈值时防止所述晶体管组件放大来自所述调节轨的电流；/n功率限制电阻器，其被配置为限制所述分路调节器组件上消耗的功率；并且其中：/n所述功率共享电阻器具有耦接到所述调节轨的第一端子；/n所述管理电阻器具有耦接到所述调节轨的第一端子；/n所述功率限制电阻器具有耦接到所述管理电阻器的第二端子的第一端子，并具有耦接到所述分路调节器组件的阴极侧的第二端子；并且/n所述晶体管组件具有耦接到所述功率共享电阻器的第二端子的发射极，耦接到所述接地轨的集电极，以及耦接到所述管理电阻器的所述第二端子和所述功率限制电阻器的所述第一端子的基极。/n...

【技术特征摘要】
20131003 US 14/045,3231.一种本质安全过程控制设备，包括：
调节轨；
接地轨；
设备组件，其电气耦接到所述调节轨和所述接地轨，其中，在所述调节轨和所述接地轨上施加的电压使得能量被存储在所述设备组件中；以及
三个或更多个电压限制调节器，每个电压限制调节器被设置为与所述设备组件并联并且每个电压限制调节器包括：
分路调节器组件，所述分路调节器组件被配置为将在所述调节轨和所述接地轨上的电压钳位到安全钳位电压值，以及
一个或多个电阻器，其中，所述一个或多个电阻器中每个电阻器的电阻被选择以配置所述安全钳位电压值；其中，每个电压限制调节器还包括：
晶体管组件；
功率共享电阻器，其被配置为限制所述晶体管组件上消耗的功率；
管理电阻器，其被配置为当所述调节轨和所述接地轨上的电压低于阈值时防止所述晶体管组件放大来自所述调节轨的电流；
功率限制电阻器，其被配置为限制所述分路调节器组件上消耗的功率；并且其中：
所述功率共享电阻器具有耦接到所述调节轨的第一端子；
所述管理电阻器具有耦接到所述调节轨的第一端子；
所述功率限制电阻器具有耦接到所述管理电阻器的第二端子的第一端子，并具有耦接到所述分路调节器组件的阴极侧的第二端子；并且
所述晶体管组件具有耦接到所述功率共享电阻器的第二端子的发射极，耦接到所述接地轨的集电极，以及耦接到所述管理电阻器的所述第二端子和所述功率限制电阻器的所述第一端子的基极。


2.如权利要求1所述的本质安全过程控制设备，其中，所述管理电阻器被配置为选择性地防止所述晶体管组件的激活，并确保当不需要电流分路时所述晶体管组件被关断。


3.如权利要求1所述的本质安全过程控制设备，其中，所述功率限制电阻器将在所述分路调节器组件上消耗的功率限制为低于所述分路调节器组件的额定功率的值。


4.如权利要求1所述的本质安全过程控制设备，其中，所述功率共享电阻器限制在所述晶体管组件上消耗的功率。


5.如权利要求1所述的本质安全过程控制设备，其中，与所述三个或更多个电压限制调节器中的一个电压限制调节器相对应的安全钳位电压值在量值上低于与所述三个或更多个电压限制调节器中的其余的电压限制调节器相对应的安全钳位电压值。


6.如权利要求1所述的本质安全过程控制设备，其中，与所述三个或更多个电压限制调节器中的一个电压限制调节器相对应的公差累积的最高钳位电压值低于与所述三个或更多个电压限制调节器中的其余的电压限制调节器相对应的公差累积的最低钳位电压值。


7.如权利要求1所述的本质安全过程控制设备，其中，所述三个或更多个电压限制调节器符合一组实体参数。


8.如权利要求7所述的本质安全过程控制设备，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·J·肯普，D·S·尼古拉斯，S·G·塞伯格，
申请(专利权)人：费希尔控制国际公司，
类型：发明
国别省市：美国;US