带有浪涌保护监测的电路制造技术

一种电路，包括电源、负载和浪涌保护装置，所述浪涌保护装置适于根据IEC?61000-4-2或4的要求保护所述负载和/或电源免受电气快速瞬态事件的损坏，所述浪涌保护装置包括应力阈值，其中所述电路还包括适于监测所述浪涌保护装置中电流和检测由电气快速瞬态事件引发的突破所述阈值的监测设备。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】带有浪涌保护监测的电路本专利技术涉及带有浪涌保护监测的电路，特别用于，但不专用于监测现场总线电路中所使用的浪涌保护设备。现场总线(或场地总线)是指用于实时分布式控制的工业计算机网络协议族的名称，现在成为IEC 61158标准。复杂的自动化工业系统，例如燃料精炼厂，通常需要控制系统有组织的体系结构来运转。在该体系结 构中，处于顶层的是人机接口(HMI)，其中操作者可以监测或操控系统。它一般通过非时间关键的通信系统(例如以太网)连接到可编程逻辑控制器(PLC)的中间层。在控制链的底层是现场总线，它将PLC连接到实际工作的元件，例如传感器、致动器、电动机、控制灯、开关、阀和接触器。现场总线常用于本质安全的环境中，例如易燃的空气中，特别是分类为IIC的气体族，氢气和乙炔，以及以下的，例如气体和/或灰尘的IIB和IIA气体族。利用现场总线协议，这种环境中的现场仪器和设备通过电气通信电路远程控制和监测，所述电气通信电路经常和驱动现场设备的电源被设置在相同的电路中。所有电子设备，而不仅仅是用于现场总线电路中的设备，需要根据应用于该类型设备的相关标准来防止电力浪涌。因此，在对所讨论的电子设备提供电力和/或通信的电路中提供浪涌保护设备已知的。这些浪涌保护设备保护敏感电子器件免受过电压和/或过电流应力，所述过电压和/或过电流应力由如静电放电(ESD)、电缆反电动势(cablebacke. m. f)、二次雷电冲击、从高压线来的交叉稱合、拾起以及其他任意暂态效应的事件引起。这些事件根据IEC 61000-4-2和IEC 61000-4-4标准被称为“电气快速瞬态事件”，这两个标准为保护设备设定了基准需求。这些电气快速瞬态事件可以是共模的，即它们以同样的方式影响电路的正侧和负侦U。或者它们可以是差模的，即它们对电路两边影响不同。为提供共模浪涌保护，设备必须接地，而差模保护需要设备跨电路安装。电气快速瞬态事件通常是脉冲或尖峰，但地可为连续的过电压。它能影响电路中的任意元件，并且能发生在电路内的任意位置或源自电路上游或下游任意方向。例如，现场总线配置的隔离屏障或分流屏障中的齐纳二极管可能经受电源过电压和现场电缆过电压。多数已知的浪涌保护设备是分流设备，该分流设备具有跨电路安装中电源和/或通信轨的旁路，并且选择将每个轨旁路到地。保护元件本身主要是快动半导体器件，瞬态吸收器或变阻器(MOV’s)，并且高电流放电的气体、电感器、电阻、电容等的混合以一定方式安排以达到最佳性能和能力。在每种情况下，保护元件，或元件的串联包括电路中的一个公共的故障点。一些保护元件只用一次，在处理第一次电压浪涌后不期望其工作。然而，根据特定标准，期望另一些保护元件保护电子元件免受电压浪涌达到给定次数。在一些情况下仅只希望在电压浪涌后保护目标电子元件，而不必呈现高阻抗。然而，在所有情况下，当系统故障时，它将不能处于暴露状态或者其将增加电路负荷。后一种情况时现场总线电路是公共故障点，并且电路中所有设备将“消失”。齐纳二极管一般短路，而瞬态电压抑制器(TVS)元件开路，或短路或呈现低阻抗。保护设备的故障也对IEC 61158-2现场总线信号或网络有其它破坏性的影响。然而，已知的浪涌保护的问题是不知其是否曾经受冲击。甚至在一个看上去无害的静态放电后，也绝对不知道设备经受的电力浪涌的实际次数。因此，没有办法知道浪涌保护器的状态。而且，如果浪涌保护器经认证或被规定来承受多次电气快速瞬态事件，绝对不能确定已经受过多少次。这就出现了一个特定的问题，由于这种故降的风险不可量化，其中该设备对于电路是公共的故障点并且无法达到负载状态，这是现场总线布置中经常出现的情形。因此，有效的预防或主动维修不可行。象电池设备那样的浮置设备，可以帮助减少共模电压浪涌的影响。然而，绝大部分电子设备具有一些类型的接地路径，即使其是电容耦合的。另外，不平衡也是问题，并且，在很多情况下，共模电压浪涌会导致差模影响。例如，在差模情况下，由于电缆和/或任意电感性负载的反电动势效应，电缆断开可经常导致高的端电压，其中保护二极管不起作用或已失效。对于高阻抗电源，例如现场总线，反电动势没有有效地被阻止。监测电路输出端来获得范围广泛的诊断信息是已知的，尤其是对用于处理工厂的现场总线系统。例如，一系列可检测的暂态电流断开可指示间歇的电缆断开，并且该信息可用于警告操作者电弧可能弓I起工厂爆炸。然而，使用这种普通监测系统来检测电气快速瞬态事件并不是已知的，因为它们太快以致于已知的系统不能感测。如果电子器件充分发展并且传感系统升级到所需的速度，则这是可能的，但这将高度复杂和昂贵。本专利技术将克服上述的一些问题。因此，根据本专利技术，电路包括电源，负载和浪涌保护装置，该浪涌保护装置根据IEC61000-4-2或4标准的要求，保护所述负载和/或电源免受电气快速瞬态事件的损坏，并且其包括应力阈值，其中该电路还包括监测设备，监测设备适于监测所述浪涌保护装置中的电流并检测由电气快速瞬态事件弓I发的突破所述阈值的事件。 这样，本专利技术提供了一种监测设备，其特别地对浪涌保护装置中的电流事故进行监测，从而可以得知其是否经受了电气快速瞬态事件。在本专利技术的一个实施例中，浪涌保护装置可以是差模的。其它的实施例中，浪涌保护装置可以是共模的。应理解也可提供两种模式。监测装置可利用流过保护装置的电流导致的电磁场或静电场作为检测手段，其既可通过电感也可通过电容监测。因此，监测装置可以是轴向环绕保护装置的线圈或PCB迹线(track)以及/或者保护装置的导电引线或PCB迹线。作为备选的方案，监测装置可以是线圈、PCB迹线线圈、或者与保护装置和/或保护装置的导电引线或PCB迹线平行设置的容性板。使用轴向线圈将导致高拾取电压。然而，当承受可检测到的高交流或瞬态电流时，保护装置及其导电引线或PCB迹线将显示出高的电磁场。在替代性地使用相互耦合的电感线圈或平行放置或安排的电容板的情况下，当保护装置及其导电引线或PCB迹线承受高交流或瞬态电流时，这将检测出产生的高静电场。在两种情况下，保护元件和/或其布线或PCB迹线产生的电磁场或静电场用于检测电压浪涌。应理解，这种测量布置也允许测量电力浪涌的幅值、持续时间及其他特性。也可使用多种其他检测方法。例如，监测装置可包括适于检测保护装置的物理状态改变的传感器，所述物理状态可以是如下的一种或多种磁状态或光学可测物理状态。可使用所配置的快速光学传感器来实现光学检测以检测由使用中的保护装置进行的气体放电。其它间接检测方法可包括霍尔效应半导体或电流探针。监测装置还可包括直接连接到保护装置和/或保护装置的导电引线或PCB迹线的传感器，例如如下的一个或多个变压器，电容器，电阻器或半导体。当执行监测时，所述监测装置的输出可连接到诊断设备，所述诊断设备可适于在使用中从接收自所述输出的原始数据识别出所述应力阈值是否被突破了。诊断设备可适于将由所述原始数据得到人能辨别的数据呈现给用户。这可在现场使用任意人能辨别的方法实现，包括声音的或可视的警报。然而，在优选的构造中，所述诊断设备可包括在不同地方的基于现场的通信设备和人机接口设备。通信设备可适于发送机器可读的源自所述原始数据的通信数据到所述人机接口设备，并且，所述人机接口设备可适于将所述机本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.11.11 GB 0919699.91.一种电路，包括电源、负载和浪涌保护装置，所述浪涌保护装置适于根据IEC61000-4-2或4的要求保护所述负载和/或电源免受电气快速瞬态事件的损坏，所述浪涌保护装置包括应力阈值，其中所述电路还包括监测设备，所述监测设备适于监测所述浪涌保护装置中的电流和检测由快速瞬态事件引发的对所述阈值的突破。2.根据权利要求I所述的电路，其中所述浪涌保护装置是差模的。3.根据权利要求I所述的电路，其中所述浪涌保护装置是共模的。4.根据权利要求2或3所述的电路，其中所述监测装置是轴向环绕所述保护装置和/或所述保护装置的导电引线或PCB迹线的导线线圈或PCB迹线线圈。5.根据权利要求2或3所述的电路，其中所述监测装置是导线线圈、PCB迹线线圈或与所述保护装置和/或所述保护装置的导电引线或PCB迹线平行布置的容性板。6.根据权利要求2或3所述的电路，其中所述监测装置包括适于检测所述保护装置的物理状态的改变的传感器，其中物理状态是如下的一种或多种磁状态、光学可检测的物理状态。7.根据权利要求2或3所述的电路，其中所述监测装置包括直接连接到所述保护装置和/或所述保护装置的导电引线或PCB迹线的传感器，其中所述传感器包括如下的一个或多个变压器、电容器、电阻器、半导体。8.根据权利要求I所述的电路，其中所述监测装置的输出连接到诊断设备，其中，所述诊断设备适于从由所述输出接收的原始数据识别出所述应力阈值在使用中是否已经被突破，并且其中所述诊断设备适于将从所述原始数据得到的人能辨别的数据呈现给用户。9.根据权利要求8所述的电路，其中所述诊断设备在不同位置包括基于现场的通信设备和人机接口设备，其中所述通信设备适于将从所述原始数据得到的机器可读的通信数据发送到所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·基臣纳尔，G·罗高尔，
申请(专利权)人：倍加福有限公司，
类型：发明
国别省市：