双向电平转换电路以及包括其的电源设备和安全系统技术方案

双向电平转换电路使在第一信号线与第二信号线之间的信号电平转换。该电路包括第一晶体管和第二晶体管。第一晶体管包括连接至第二信号线的第一栅极、连接至第一信号线的第一源极以及连接至供应电压的电压轨的第一漏极。第二晶体管包括连接至电压轨的第二栅极、连接至第一信号线的第二源极以及连接至第二信号线的第二漏极。

【技术实现步骤摘要】
双向电平转换电路以及包括其的电源设备和安全系统相关申请的交叉引用于2014年12月22日提交的美国专利申请第14/580,178号(被授权为专利第9,797,552号)，“DiagnosticsandEnhancedFunctionalityforSingle-WireSafetyCommunication”的全部内容通过引用并入本文。
本申请总体上涉及用于提供信号电平转换的系统和方法，并且更具体地涉及用于提供双向信号电平转换并且为电容性负载提供高驱动能力的系统和方法。
技术介绍
具有单线安全架构的工业安全系统(例如，以24V供电的系统)利用多个安全设备来提供安全控制和监测。单线安全架构允许信号在安全设备中双向传输。信号电平在安全设备中传输期间下降，并且在安全设备之间的一个或更多个期望位置处提供电源，以在双向传输期间保持期望的信号电平。
技术实现思路
以下给出了所要求保护的主题的简要概述，以提供对本文描述的一些方面的基本理解。该概述不是广泛的综述，并且不旨在标识关键/重要元件或描绘所要求保护的主题的范围。该概述的唯一目的是以简化的形式给出一些概念作为稍后给出的更详细描述的序言。本公开内容的一个实施方式涉及双向电平转换电路。该电路在第一信号线与第二信号线之间转换信号电平。该电路包括第一晶体管和第二晶体管。第一晶体管包括连接至第二信号线的第一栅极、连接至第一信号线的第一源极以及连接至供应电压的电压轨的第一漏极。第二晶体管包括连接至电压轨的第二栅极、连接至第一信号线的第二源极以及连接至第二信号线的第二漏极。本公开内容的另一实施方式涉及电源设备。该电源设备包括第一端子、第二端子、第三端子和双向转换电路。第一端子连接至上游设备。第二端子连接至下游设备。第三端子连接至供应恒定电平电压的电源。该双向转换电路包括第一晶体管和第二晶体管。第一晶体管包括连接至下游设备的信号线的第一栅极、连接至上游设备的信号线的第一源极以及连接至上游设备的电压轨的第一漏极。第二晶体管包括连接至上游设备的电压轨的第二栅极、连接至上游设备的信号线的第二源极以及连接至下游设备的信号线的第二漏极。本公开内容的另一实施方式涉及安全系统。该安全系统包括上游设备、下游设备以及设置在上游设备与下游设备之间的电源设备。该电源设备包括第一端子、第二端子、第三端子以及双向转换电路。第一端子连接至上游设备。第二端子连接至下游设备。第三端子连接至供应恒定电平电压的电源。双向转换电路包括第一晶体管和第二晶体管。第一晶体管包括连接至下游设备的信号线的第一栅极、连接至上游设备的信号线的第一源极以及连接至上游设备的电压轨的第一漏极。第二晶体管包括连接至上游设备的电压轨的第二栅极、连接至上游设备的信号线的第二源极以及连接至下游设备的信号线的第二漏极。以下描述和附图阐述了说明书的某些说明性方面。然而，这些方面仅指示其中可以采用本说明书的原理的各种方式中的一些方式。根据下面结合附图考虑的情况下对说明书的详细描述，本说明书的其他优点和新特征将变得明显。附图说明图1是根据说明性实施方式的安全系统的框图。图2是根据说明性实施方式的图1的安全系统中使用的电源设备的框图。图3描绘了根据说明性实施方式的图2的电源设备中使用的双向转换电路。具体实施方式现在参照附图描述各个方面。在以下描述中，出于解释的目的，阐述了许多特定细节以提供对一个或更多个方面的透彻理解。然而，明显的是，此类方面可以在没有这些特定细节的情况下实践。在其他实例中，以框图形式示出了公知的结构和设备以利于描述这些方面。参照图1，示出了根据说明性实施方式的安全系统100的框图。根据一些实施方式，安全系统100被配置成提供安全设备监测和控制。根据一些实施方式，安全系统100包括使用单线串联连接的充当通信主机102的安全继电器、一个或更多个安全设备104a、104b和104c以及电源设备106。根据一些实施方式，安全设备104a、104b、104c和电源设备106被配置成符合单线安全通信协议。例如，将在通信链中距通信主机102最远的安全设备104c用作安全主机。安全主机104c生成定义的脉冲串(pulsetrain)，该脉冲串通过链中的每个安全设备到达通信主机102。只要识别出定义的脉冲串，通信主机102就保持在操作模式。安全主机104c与通信主机102之间的总路径包括单线安全加链路，该单线安全加链路由相邻安全设备(例如，安全设备104c和104b)之间的多个子链路以及相邻安全设备与电源设备(例如，安全设备104b和电源设备106)之间的子链路组成。当安全设备中的一个识别出其安全功能的丧失(例如，安全门打开、按下紧急停止按钮等)并且进入安全状态时，安全设备停止将脉冲串传递到上游设备，从而阻止信号到达通信主机102。在检测到脉冲串信号的丧失时，通信主机102隔离至工业系统部件(例如，机器、工业设备、马达等)的电力。在一些实施方式中，安全系统100在单线安全信道上实现双向通信协议，从而允许链中的设备经由发送脉冲信号的同一信道共享信息，包括但不限于状态数据、地址信息、存在指示等。例如，单线协议允许安全设备通过信道交换请求和响应消息，同时将这些消息的发送和接收与脉冲串的传输进行协调。在一个或更多个安全设备(例如，从上游安全设备104b到下游安全设备104a)中传输脉冲串电平时，脉冲串电平可能下降。当脉冲串电平下降到阈值电平或低于阈值电平时，电源设备(例如，电源设备106)被安装在通信链中，以向下游设备供应电力，并且使得脉冲串仍然可以传输到安全主机104c以及从安全主机104c传输。在一些实施方式中，一个或更多个电源设备被安装在通信链中。例如，根据一些实施方式，电源设备被安装在脉冲串电平下降到阈值电平或低于阈值电平的每个位置处。本文描述了电源设备的更多细节。电源设备106被配置成向脉冲串供应电力以将脉冲串电平升高到期望电平。在一些实施方式中，在电源被插入到安全系统100中的情况下，可能引起信号电平差，当该信号电平差从上游传输到下一安全设备时，该信号电平差需要被向下转换。例如，根据一些实施方式，信号电平差可以在20V至30V的范围内。如上所述，信号可以在通信链上双向传输，电源设备106因此被配置成对从两个方向(例如，上游方向和下游方向)传输通过电源设备的信号的电平进行转换。根据一些实施方式，电源设备106包括端子108、110、112和114。端子108连接至电源116(例如，24V电源)。电源116提供恒定的电力水平供应。端子110用于单线安全启用设备。在一些实施方式中，端子110连接至短路插头118以允许通信信号通过端子110到达端子112。端子112连接至下游安全设备(例如，安全设备104b)。端子114连接至上游安全设备(例如，安全设备104a)。端子114和端子112用于传输和/或接收信号。尽管图中未示出，但是应当理解的是，每个端子可以具有多个端口(例如，信号端口、地端口、电力端口等)。参照图2，示出了根本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在第一信号线与第二信号线之间转换信号电平的双向电平转换电路，所述电路包括：/n第一晶体管，其包括连接至所述第二信号线的第一栅极、连接至所述第一信号线的第一源极以及连接至供应电压的电压轨的第一漏极；以及/n第二晶体管，其包括连接至所述电压轨的第二栅极、连接至所述第一信号线的第二源极以及连接至所述第二信号线的第二漏极。/n

【技术特征摘要】
20191219 US 16/721,1201.一种在第一信号线与第二信号线之间转换信号电平的双向电平转换电路，所述电路包括：
第一晶体管，其包括连接至所述第二信号线的第一栅极、连接至所述第一信号线的第一源极以及连接至供应电压的电压轨的第一漏极；以及
第二晶体管，其包括连接至所述电压轨的第二栅极、连接至所述第一信号线的第二源极以及连接至所述第二信号线的第二漏极。


2.根据权利要求1所述的电路，还包括二极管，所述二极管正向偏置地连接在所述第一信号线与所述第二信号线之间，与所述第二晶体管的内部二极管并联。


3.根据权利要求1所述的电路，其中，所述第一晶体管和所述第二晶体管是N型MOSFET。


4.根据权利要求1所述的电路，其中，从所述第一信号线输入的信号的电压电平低于从所述第二信号线输入的信号的电压电平。


5.根据权利要求1所述的电路，其中，所述第一漏极通过第一电阻器连接至所述电压轨，并且所述第二栅极通过第二电阻器连接至所述电压轨。


6.根据权利要求1所述的电路，其中，响应于在所述第二信号线处接收到脉冲，所述双向电平转换电路在所述第一信号线处输出脉冲，其中，所述第一信号线处的脉冲的电平等于由所述电压轨供应的电压的电平。


7.根据权利要求1所述的电路，其中，响应于在所述第一信号线处接收到脉冲，所述双向电平转换电路在所述第二信号线处输出脉冲，其中，所述第二信号线处的脉冲的电平基本上与所述第一信号线处的脉冲的电平相同。


8.一种电源设备，包括：
第一端子，其连接至上游设备；
第二端子，其连接至下游设备；
第三端子，其连接至以恒定电平供应电压的电源；以及
双向转换电路，其包括：
第一晶体管，其包括连接至所述下游设备的信号线的第一栅极、连接至所述上游设备的信号线的第一源极以及连接至所述上游设备的电压轨的第一漏极；以及
第二晶体管，其包括连接至所述上游设备的电压轨的第二栅极、连接至所述上游设备的信号线的第二源极以及连接至所述下游设备的信号线的第二漏极。


9.根据权利要求8所述的电源设备，其中，所述双向转换电路还包括二极管，所述二极管正向偏置地连接在所述上游设备的信号线与所述下游设备的信号线之间，与所述第二晶体管的内部二极管并联。


10.根据权利要求8所述的电源设备，其中，从所述上游设备的信号线输入的信号的电压电平低于从所述下游设备...

【专利技术属性】
技术研发人员：小保罗·V·穆林斯，加布里埃尔·J·库恩，
申请(专利权)人：罗克韦尔自动化技术公司，
类型：发明
国别省市：美国;US