DE102011084159B3

DE102011084159B3 - Field device for connecting controller to field bus system, has field device-base unit and interface-module for regulating bus-load current, controlling bus-signal transmission and supplying power supply for field device from field bus

Info

Publication number: DE102011084159B3
Application number: DE201110084159
Authority: DE
Inventors: Thomas Martell
Original assignee: Knick Elektronische Messgeraete GmbH and Co KG
Current assignee: Knick Elektronische Messgeraete GmbH and Co KG
Priority date: 2011-10-07
Filing date: 2011-10-07
Publication date: 2013-04-11
Anticipated expiration: 2031-10-08

Abstract

The field device has a field device-base unit (1) and an interface-module (7) for regulating the bus-load current, controlling the bus-signal transmission and supplying power supply for the field device from a field bus. An auxiliary circuit is provided between a control transistor and the interface module for stabilizing the emitter-collector voltage of the control transistor independent from the bus voltage and for branching additional power supply for the field device gained from the difference-voltage between the bus voltage and the constant emitter-collector voltage.

Description

Die Erfindung betrifft ein Feldgerät zur Anbindung an ein Feldbus-System mit den im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmalen.The invention relates to a field device for connection to a fieldbus system with the features specified in the preamble of claim 1.

Feldbus-Systeme sind in der industriellen Mess- und Automatisierungstechnik seit langem bekannt, um von einer zentralen Leitwarte aus mit Feldgeräten für verschiedenste Funktionen, wie beispielsweise Regler, Stellglieder oder Messumformer, über einen Bus zu kommunizieren. Diese Feldgeräte weisen die üblichen Funktionskomponenten auf, wie beispielsweise Prozessoren, verschiedene Speichereinheiten, wie RAM- oder Flash-Speicher und einen Bus-Controller. Diese Funktionskomponenten werden hier summarisch unter der Bezeichnung „Feldgeräte-Basiseinheit” zusammengefasst.Fieldbus systems have long been known in industrial measurement and automation technology to communicate over a bus from a central control room with field devices for a wide range of functions, such as controllers, actuators or transducers. These field devices have the usual functional components, such as processors, various memory units, such as RAM or flash memory and a bus controller. These functional components are summarized here under the name "field device base unit".

Aus der EP 2 166 430 A1 ist eine Busanschaltung zur Ankopplung eines Feldgerätes an einen Feldbus bekannt, die einen Schaltkreis zum Senden und Empfangen von Datenbussignalen sowie zur Erzeugung von wenigstens einer geregelten Betriebsspannung aufweist. Letztere wird aus einer den Feldbus versorgenden Busspannung erzeugt Dabei ist ein steuerbarer Widerstand zur Erzeugung einer weiteren Betriebsspannung vorgesehen, indem Schaltungsmitteln den steuerbaren Widerstand in Abhängigkeit der Busspannung derart ansteuern, dass die Eingangsspannung des Schaltkreises auf dessen mindestens notwendige Versorgungsspannung geregelt und dem Feldgerät die Summe aus der geregelten Betriebsspannung und der weiteren Betriebsspannung als Versorgungsspannung zugeführt wird.From the EP 2 166 430 A1 a bus interface for coupling a field device to a fieldbus is known, which has a circuit for transmitting and receiving data bus signals and for generating at least one regulated operating voltage. The latter is generated from a bus voltage supplying the field bus. A controllable resistor is provided for generating a further operating voltage by switching means controlling the controllable resistance as a function of the bus voltage in such a way that the input voltage of the circuit is regulated to its at least necessary supply voltage and the sum to the field device the regulated operating voltage and the further operating voltage is supplied as a supply voltage.

Zur Anbindung des Feldgerätes an das Feldbus-System ist ein Schnittstellen-Baustein vorgesehen, der den Bus-Belastungsstrom regelt, die Bus-Signalübertragung steuert und die Versorgungsenergie für das Feldgerät bereitstellt. Im Zusammenhang mit den zwischenzeitlich als Standard durchgesetzten Bus-Systemen mit der Bezeichnung „Profibus PA” oder „FF H1-Bus” für die Feldbus-Kommunikation fand auch eine Normung der Schnittstellen zwischen Feldgerät und Bus statt. Verbreitete Anwendung findet hierbei der von der Firma Siemens AG vertriebene Interface-Baustein SIM 1 bzw. SIM 1–2, der die physikalische Grundlage der Busansteuerung leistet und dementsprechend die vorgenannten Funktionen des Schnittstellen-Bausteins erfüllt. Informationen dazu sind der Firmenschrift „SIEMENS AG, Automation and Drives: SIMATIC NET ASIC SIM 1–2 Funktionshandbuch, Ausgabe 02/2007, 90327 Nürnberg – Copyright 2007, Seiten 1–62” zu entnehmen.To connect the field device to the fieldbus system, an interface module is provided which controls the bus load current, controls the bus signal transmission and provides the supply energy for the field device. In the context of the bus systems with the designation "Profibus PA" or "FF H1 bus" for fieldbus communication, which have since become standard, a standardization of the interfaces between field device and bus also took place. Widely used here is the distributed by the company Siemens AG interface module SIM 1 or SIM 1-2, which provides the physical basis of the bus control and accordingly fulfills the aforementioned functions of the interface module. Information on this can be found in the company brochure "SIEMENS AG, Automation and Drives: SIMATIC NET ASIC SIM 1-2 Function Manual, Edition 02/2007, 90327 Nuremberg - Copyright 2007, pages 1-62".

Ein grundsätzliches Problem bei Feldbus-Systemen stellt die Höhe der bereitgestellten Versorgungsenergie durch den Schnittstellen-Baustein dar, die durch die Höhe des einstellbaren Bus-Belastungsstromes vorgegeben ist. Die Gesamtstrombelastung des Busses ist besonders bei der Profibus-PA (Prozess-Automation), die für eigensichere Felgeräte in explosionsgefährdeten Bereichen eingesetzt wird, begrenzt. Die maximale Gesamtbelastung des Bussegementes und der eingestellte Busbelastungsstrom des Feldgerätes bestimmt daher die maximale Anzahl der Feldgeräte, die an diesem Bussegment anschließbar sind. Es ist daher anzustreben bei möglichst geringer Busbelastung eine möglichst hohe Versorgungsenergie für das Feldgerät zu gewinnen.A fundamental problem with fieldbus systems is the amount of supply energy provided by the interface module, which is determined by the amount of adjustable bus load current. The total current load of the bus is particularly limited in the case of Profibus-PA (Process Automation), which is used for intrinsically safe rock equipment in potentially explosive atmospheres. The maximum total load of Bussegementes and the set bus load current of the field device therefore determines the maximum number of field devices that can be connected to this bus segment. It is therefore desirable to gain the highest possible supply energy for the field device with the lowest possible bus load.

Die Busspannung ist in einem Bereich von 9...32 V zugelassen. Der im Folgenden beispielhaft herangezogene Interfacebaustein SIM 1 bzw. SIM 1–2 stellt unabhängig von der Höhe dieser Busspannung die Versorgungsenergie für das Feldgerät zur Verfügung. Das bedeutet, dass das Schaltungskonzept des Interfacebausteins für die Versorgungsenergie auf die minimale Busspannung von 9 V ausgerichtet ist. Eine höhere Busspannung und damit höhere zur Verfügung stehende Energie, bleibt für die Geräteversorgung ungenutzt. Im typischen Fall liegt die Busspannung zwischen 12 und 13 V. Ein großer Teil der Energie geht an einem ebenfalls zur Grundbeschaltung des Schnittstellen-Bausteins gehörenden Steuertransistor verloren, der den gesamten Busstrom sowie das Sendesignal steuert. Dieser Transistor liegt mit seinen Spannungen zwischen der Busspannung und der vom Schnittstellen-Baustein begrenzten Spannung von 6,4 V. Diese Spannung stellt die Versorgungsspannung für den Interfacebaustein selbst und einen internen Spannungsregler (5 V) für die Feldgeräte-Versorgungsenergie dar.The bus voltage is approved in a range of 9 ... 32 V. The interface module SIM 1 or SIM 1-2 used by way of example below provides the supply energy for the field device independently of the magnitude of this bus voltage. This means that the circuit concept of the interface module for the supply energy is aligned to the minimum bus voltage of 9 V. A higher bus voltage and thus higher available energy, remains unused for the device supply. Typically, the bus voltage is between 12 and 13V. Much of the power is lost to a control transistor also associated with the base circuitry of the interface device, which controls the entire bus current as well as the transmit signal. This transistor is located with its voltages between the bus voltage and limited by the interface module voltage of 6.4 V. This voltage represents the supply voltage for the interface module itself and an internal voltage regulator (5 V) for the field device supply energy.

Gerade bei Bus-gespeisten Feldgeräten bedingt die begrenzte Versorgungsenergie erhebliche Restriktionen, die bereits auf ausgesprochene Basisfunktionen des Feldgerätes, wie beispielsweise eine Skalenbeleuchtung, negative Auswirkungen haben.Especially in the case of bus-fed field devices, the limited supply energy causes considerable restrictions, which already have adverse effects on pronounced basic functions of the field device, such as a scale illumination.

Dementsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Feldgerät der gattungsgemäßen Art so zu verbessern, dass zusätzliche Versorgungsenergie für das Feldgerät zur Verfügung gestellt werden kann.Accordingly, the invention has the object to improve a field device of the generic type so that additional supply energy can be provided for the field device.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst, wonach eine Zusatzschaltung zwischen Steuertransistor und Schnittstellen-Baustein zur Konstanthaltung der Emitter-Kollektor-Spannung des Steuertransistors unabhängig von der Bus-Spannung vorgesehen ist, wobei die aus der Differenz-Spannung zwischen der Bus-Spannung und der konstanten Emitter-Kollektor-Spannung gewonnene Energie als Zusatz-Versorgungsenergie für das Feldgerät abgezweigt wird. This object is achieved by the features stated in the characterizing part of claim 1, according to which an additional circuit between the control transistor and interface module for keeping constant the emitter-collector voltage of the control transistor is provided independently of the bus voltage, wherein from the differential voltage between The energy obtained from the bus voltage and the constant emitter-collector voltage is diverted as additional supply energy for the field device.

Der Kerngedanke der Erfindung liegt also darin, den im Stand der Technik unnötig hohen Spannungsabfall an dem Steuertransistor des Feldgerätes auf ein geringes Maß zu reduzieren und die dadurch gewonnene Spannung als zusätzliche Energie nutzbar zu machen.The core idea of the invention therefore lies in reducing the voltage drop, which is unnecessarily high in the prior art, at the control transistor of the field device to a small extent and making it possible to utilize the voltage obtained as additional energy.

Vorzugsweise weist die Zusatzschaltung zur galvanisch entkoppelten Abzweigung der Zusatz-Versorgungsenergie dabei einen Übertrager auf, mit dem die galvanische Trennung der zusätzlichen Energieversorgung gewährleistet ist.Preferably, the additional circuit for galvanically decoupled branching of the additional supply energy in this case has a transformer with which the galvanic isolation of the additional power supply is ensured.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Zusatzschaltung in Reihe zu dem Steuertransistor geschaltet, wobei dessen Emitter-Kollektor-Spannung als Basisgröße konstant gehalten ist, wodurch die im Steuertransistor anfallende Verlustleistung entsprechend begrenzt ist. Die so verbleibende Differenzspannung zu der Bus-Spannung abzüglich dieser vorzugsweise etwa 2 V am Steuertransistor und der Versorgungsspannung für den Schnittstellen-Baustein selbst von beispielsweise 6,4 V kann als zusätzlich verfügbare Energie genutzt werden.According to a further preferred embodiment of the invention, the additional circuit is connected in series with the control transistor, wherein the emitter-collector voltage is kept constant as a base size, whereby the resulting power loss in the control transistor is limited accordingly. The remaining differential voltage to the bus voltage less this, preferably about 2 V at the control transistor and the supply voltage for the interface module itself, for example, 6.4 V can be used as additional available energy.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen beziehen sich auf die schaltungstechnische Ausgestaltung der Zusatzschaltung. Deren Merkmale, Einzelheiten und Vorteile sind der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen entnehmbar. Es zeigen:Further preferred embodiments relate to the circuit design of the additional circuit. Their features, details and advantages of the following description of an embodiment of the invention with reference to the accompanying drawings can be removed. Show it:

1 eine diagrammartige Darstellung eines Feldgerätes, 1 a diagrammatic representation of a field device,

2 ein Detaildiagramm eines an einen Bus angeschlossene Schnittstellen-Bausteins des Feldgeräts gemäß 1 mit einer blockartig dargestellten Zusatzschaltung, und 2 a detailed diagram of an interface module connected to a bus of the field device according to 1 with a block-like additional circuit, and

3 eine diagrammartige Darstellung analog 2 mit den Schaltungsdetails der Zusatzschaltung. 3 a diagrammatic representation analog 2 with the circuit details of the additional circuit.

1 zeigt ein beispielhaftes Feldgerät mit verschiedenen, die Basiseinheit 1 bildenden Komponenten, wie dem eigentlichen Prozessor 2 des Feldgerätes, einem lokalen RAM-Speicher 3, eine entsprechenden Flash-Speicher 4 und einem PROFIBUS-Kontroller 5, die alle an einen internen Bus 6 des Feldgerätes angeschlossen sind. 1 shows an exemplary field device with various, the base unit 1 forming components, such as the actual processor 2 of the field device, a local RAM memory 3 , a corresponding flash memory 4 and a PROFIBUS controller 5 all to an internal bus 6 of the field device are connected.

Ferner ist ein Schnittstellen-Baustein 7 in dem Feldgerät vorgesehen, wie er beispielsweise von der Siemens AG unsere Bezeichnung SIM 1 oder SIM 1–2 angeboten und handelsüblich ist. Dieser Schnittstellen-Baustein 7 leistet die physikalische Grundlage der Busansteuerung, insbesondere regelt er den Bus-Belastungsstrom, steuert die Bus-Signalübertragung und stellt über den Versorgungsenergie-Ausgang 8 die Versorgungsenergie für die einzelnen Komponenten 2, 3, 4, 5 des Feldgerätes zur Verfügung.Furthermore, it is an interface module 7 provided in the field device, as it is offered for example by Siemens AG our name SIM 1 or SIM 1-2 and commercially available. This interface module 7 provides the physical basis of the bus control, in particular it controls the bus load current, controls the bus signal transmission and provides via the supply energy output 8th the supply energy for the individual components 2 . 3 . 4 . 5 of the field device available.

Die Anbindung des Schnittstellen-Bausteins 7 an den Bus 9 ist den 2 und 3 näher dargestellt. So ist der Schnittstellen-Baustein 7 über einen Steuertransistor T1 an den Bus 9 angebunden, wobei im gezeigten Ausführungsbeispiel der Emitter mit dem Bus 9 in Verbindung steht. Wie nicht dargestellt ist, besteht beim Stand der Technik eine direkte Verbindung zwischen dem Kollektor des Steuertransistors T1 und dem Versorgungseingang 13 des Schnittstellen-Bausteins 7, wobei der Steuertransistor T1 über seinen Basisanschluss so vom Schnittstellen-Baustein 7 angesteuert wird, das letzterer mit einer Eingangsspannung U_EN von beispielsweise 6,4 V versorgt wird. Von dieser Spannung werden für den Betrieb des Schnittstellen-Bausteins 7 etwa 6,4 V benötigt, davon werden 5 V über eine aus dem Stand der Technik bekannte, – anders als in 2 dargestellt – in den Schnittstellen-Baustein integrierte Ausgangsschaltung 11 galvanisch entkoppelt am Versorgungsenergie-Ausgang 8 zur Verfügung gestellt.The connection of the interface module 7 to the bus 9 is the 2 and 3 shown in more detail. This is the interface module 7 via a control transistor T1 to the bus 9 connected, wherein in the illustrated embodiment, the emitter to the bus 9 communicates. As not shown, in the prior art there is a direct connection between the collector of the control transistor T1 and the supply input 13 of the interface module 7 wherein the control transistor T1 via its base terminal so from the interface module 7 is driven, the latter is supplied with an input voltage U _EN, for example, 6.4V. From this voltage are used for the operation of the interface module 7 about 6.4 V is required, of which 5 V are known from one of the prior art, - unlike in 2 shown - in the interface module integrated output circuit 11 galvanically decoupled at the power supply output 8th made available.

Neben dieser Ausgangsschaltung 11 ist nun gemäß der Erfindung noch eine Zusatzschaltung 12 zwischen dem Steuertransistor T1 und dem Schnittstellen-Baustein 7 vorgesehen, die in Reihe zwischen den Kollektor des Steuertransistors T1 und den Versorgungseingang 13 des Schnittstellen-Bausteins 7 geschaltet ist. Wie anhand von 3 noch näher erläutert wird, hält diese Zusatzschaltung 12 die Emitter-Kollektor-Spannung U_EK auf einen im Wesentlichen konstanten Wert von beispielsweise 2 V, damit der Steuertransistor T1 seine Aufgabe des Empfangens und Erzeugens des Bussignales entsprechend IEC 61158-2/Manchester-Protokoll erfüllen kann. Die verbleibende Differenzspannung zwischen der Eingangsspannung U_EN und der konstanten Emitter-Kollektor-Spannung U_EK (6,4 V + 2 V) zur Busspannung (typischerweise 12 V) kann galvanisch entkoppelt durch die Zusatzschaltung 12 abgezweigt und auf einen Zusatzenergie-Ausgang 14 ausgegeben werden.In addition to this output circuit 11 is now according to the invention still an additional circuit 12 between the control transistor T1 and the interface module 7 provided in series between the collector of the control transistor T1 and the supply input 13 of the interface module 7 is switched. As based on 3 will be explained in more detail holds this additional circuit 12 the emitter-collector voltage U _EK to a substantially constant value of, for example 2 V, so that the control transistor T1 its task of receiving and generating the bus signal according to IEC 61158-2 / Manchester Protocol can meet. The remaining differential voltage between the input voltage U _EN and the constant emitter-collector voltage U _EK (6.4 V + 2 V) to the bus voltage (typically 12 V) can be galvanically decoupled by the additional circuit 12 branched off and on an additional energy output 14 be issued.

Die entsprechenden Leistungen, die an den Versorgungsenergie-Ausgang 8 und dem Zusatzenergie-Ausgang 14 zur Verfügung gestellt werden können, sind wie folgt anzugeben:
Am Versorgungsenergie-Ausgang 8 stehen bei einem Busbelastungsstrom von 10 mA (15 mA) unabhängig von der Busspannung zwischen 9 V und 32 V eine Leistung P = 40 mW (48 mW) zur Verfügung.The corresponding services connected to the utility energy output 8th and the additional energy output 14 should be provided as follows:
At the power supply output 8th With a bus load current of 10 mA (15 mA), a power P = 40 mW (48 mW) is available regardless of the bus voltage between 9 V and 32 V.

Am Zusatzenergie-Ausgang 14 sind bei einem entsprechenden Busbelastungsstrom von 10 mA (15 mA) bei drei typischen Busspannungen U_B folgenden Leistungen verfügbar: – U_B = 9 V: P = 10 mW (14 mW) – U_B = 12 V: P = 35 mW (50 mW) – U_B = 32 V: P = 170 mW (200 mW). At the additional energy output 14 are available with a corresponding bus load current of 10 mA (15 mA) at three typical bus voltages U _B following performances: - U _B = 9V: P = 10 mW (14 mW) - U _B = 12V: P = 35 mW (50 mW) - U _B = 32V: P = 170 mW (200 mW).

Neben der Grundversorgung des Feldgerätes mit einer Leistung von 40 mW (48 mW) steht also je nach Busspannung U_B eine erhebliche Zusatzenergie zwischen 25% und 500% der Grundversorgungsenergie zur Verfügung. Für eine typische Busspannung von U_B = 12 V ergibt sich etwa eine Verdopplung der verfügbaren Versorgungsenergie.In addition to the basic supply of the field device with a power of 40 mW (48 mW) so depending on the bus voltage U _{B is} a significant additional energy between 25% and 500% of the basic energy supply available. For a typical bus voltage of U _B = 12 V, there is a doubling of the available supply energy.

Anhand von 3 ist die Zusatzschaltung 12 in einer konkreten beispielhaften Beschaltung zu erläutern. So weist die Zusatzschaltung 12 eingangsseitig einen ersten Spannungsteiler 15 gebildet aus den Widerständen R1, R2 auf, der zwischen dem Kollektor des Steuertransistors T1 und Masse 16 geschaltet ist. Eine zweiter eingangseitiger Spannungsteiler 17 bestehend aus den Widerständen R3, R4 ist zwischen dem Bus 9 und Masse 16 geschaltet. Dieser Spannungsteiler 17 ist noch durch drei in Reihe zwischen den busseitigen Widerstand R3 und seinen Mittenabgriff 18 geschaltete Dioden D1, D2, D3 ergänzt, die in diesem Spannungsteiler 17 eine zusätzliche Differenzspannung von ca. 2 V erzeugen. Der Mittenabgriff 18 des Spannungsteiles 17 und der Mittenabgriff 19 des Spannungsteilers 15 stehen mit den Eingängen eines Komparators 20 in Verbindung, der ausgangsseitig einen Schalttransistor T2 steuert. Letzterer liegt in Reihe mit der Primärwicklung 21 eines Übertragers 22. Primärwicklung 21 und Schalttransistor T2 liegen zwischen dem Kollektor des Steuertransistors T1 und dem Versorgungseingang 13 des Schnittstellen-Bausteins 7. Parallel zum Schalttransistor T2 ist eine Kapazität C1 geschaltet, die mit der Primärwicklung 21 einen Parallelschwingkreis bildet.Based on 3 is the additional circuit 12 to explain in a concrete exemplary wiring. So has the additional circuit 12 On the input side, a first voltage divider 15 formed by the resistors R1, R2, which is connected between the collector of the control transistor T1 and ground 16 is switched. A second input-side voltage divider 17 consisting of the resistors R3, R4 is between the bus 9 and mass 16 connected. This voltage divider 17 is still through three in series between the bus-side resistor R3 and its center tap 18 switched diodes D1, D2, D3 added in this voltage divider 17 generate an additional differential voltage of about 2V. The center tap 18 of the tension part 17 and the center tap 19 of the voltage divider 15 stand with the inputs of a comparator 20 in connection, the output side controls a switching transistor T2. The latter is in series with the primary winding 21 a transformer 22 , primary 21 and switching transistor T2 are connected between the collector of the control transistor T1 and the supply input 13 of the interface module 7 , Parallel to the switching transistor T2, a capacitor C1 is connected, which is connected to the primary winding 21 forms a parallel resonant circuit.

Die Sekundärwicklung 23 des Übertragers 22 bildet mit einer Ausgangsdiode D4 und dem Glättungskondensator C2 den Zusatzenergie-Ausgang 14 der Zusatzschaltung 12.The secondary winding 23 of the transformer 22 forms with an output diode D4 and the smoothing capacitor C2, the additional energy output 14 the additional circuit 12 ,

Die Funktionsweise der in 3 gezeigten Schaltung ist wie folgt zu erörtern:
Der voreingestellte Busstrom fließt in der empfohlenen Beschaltung des Schnittstellenbausteins 7 über den Steuertransistor T1 und eine interne Spannungsregelung. Dafür benötigt der Steuertransistor T1 eine Kollektor-Emitter-Spannung von ca. 2 V. Die Zusatzschaltung 12, die in Reihe zu diesem Steuertransistor T1 angeordnet ist, muss ihm diese Differenzspannung erhalten. Zu diesem Zweck werden diese beiden Spannungswerte (Kollektor- und Emitter-Spannung des Steuertransistor T1) über die Spannungsteiler 15, 17 mit den Werten R1, R3 = 24 kΩ und R2, R4 = 150 kΩ dem Komparator 20 zum Vergleich zugeführt, wobei dem Spannungsteiler 17, der die Emitterspannung des Steuertransistors abgreift, wie erwähnt drei Dioden D1, D2, D3 mit eingefügt sind. Diese drei Dioden ergeben in diesem Spannungsteiler 17 eine zusätzliche Differenzspannung von ca. 2 V entsprechend dem benötigten Spannungswert am Steuertransistor T1. Der Komparator erkennt so, ob die Differenzspannung am Steuertransistor T1 größer oder kleiner als ca. 2 V ist.The functioning of in 3 shown circuit is to be discussed as follows:
The preset bus current flows in the recommended wiring of the interface block 7 via the control transistor T1 and an internal voltage regulation. For this, the control transistor T1 requires a collector-emitter voltage of about 2 V. The additional circuit 12 , which is arranged in series with this control transistor T1, it must receive this differential voltage. For this purpose, these two voltage values (collector and emitter voltage of the control transistor T1) via the voltage divider 15 . 17 with the values R1, R3 = 24 kΩ and R2, R4 = 150 kΩ the comparator 20 supplied for comparison, wherein the voltage divider 17 , which picks up the emitter voltage of the control transistor, as mentioned, three diodes D1, D2, D3 are inserted. These three diodes result in this voltage divider 17 an additional differential voltage of about 2 V corresponding to the required voltage value at the control transistor T1. The comparator thus detects whether the differential voltage at the control transistor T1 is greater than or less than approximately 2V.

Erkennt der Komparator 20 eine Kollektor-Emitterspannung, die kleiner als ca. 2 V ist, so schaltet er den Transistor T2 ein und der Busstrom sowie die in der Parallelkapazität C1 gespeicherte Energie fließt über den Transistor T2 und die Primärinduktivität 21 des Übertragers 22. Bei diesem Vorgang reduziert sich die Spannung über dem Parallelschwingkreis aus Primärwicklung 21 und Parallelkapazität C1 bzw. vergrößert sich die Differenzspannung am Steuertransistor T1. Die gewonnene Energie wird als magnetische Energie im Übertrager 22 gespeichert.Detects the comparator 20 a collector-emitter voltage which is less than about 2 V, it turns on the transistor T2 and the bus current and the energy stored in the parallel capacitor C1 flows through the transistor T2 and the primary inductance 21 of the transformer 22 , In this process, the voltage across the parallel resonant circuit of primary winding is reduced 21 and parallel capacitance C1 and the differential voltage increases at the control transistor T1. The energy gained is called magnetic energy in the transformer 22 saved.

Überschreitet die Differenzspannung am Transistor T1 die Hysteresespannung des Komparators 20, so schaltet der Komparator 20 den Transistor T2 wieder aus und der Busstrom fließt nur noch in die Parallelkapazität C1 und erhöht damit deren Spannung. Eine Reduzierung der Differenzspannung am Steuertransistor T1 ist die Folge. In dieser Phase baut sich das Magnetfeld im Übertrager 22 wieder ab und es wird an seiner Sekundärwicklung 23 eine Spannung erzeugt, die als Zusatzenergie genutzt werden kann. Die stetige Wiederholung dieses Vorgangs bewirkt eine konstante Differenzspannung am Steuertransistor T1 mit einer kleinen überlagerten Dreieckspannung. Die Höhe dieser überlagerten Dreieckspannung sowie die Schaltfrequenz sind gegeben durch die Höhe der Hysteresespannung und die Schaltzeiten des Komparators 20 in Zusammenhang mit den elektrischen Eigenschaften des Parallelschwingkreises aus der Parallelkapazität C1 und der Primärwicklung 21.If the differential voltage across the transistor T1 exceeds the hysteresis voltage of the comparator 20 , so the comparator switches 20 the transistor T2 again off and the bus current flows only in the parallel capacitor C1 and thus increases their voltage. A reduction of the differential voltage at the control transistor T1 is the result. In this phase, the magnetic field builds up in the transformer 22 it turns off and it gets on its secondary winding 23 generates a voltage that can be used as additional energy. The steady repetition of this process causes a constant differential voltage at the control transistor T1 with a small superimposed delta voltage. The height of this superimposed delta voltage and the switching frequency are given by the height of the hysteresis voltage and the switching times of the comparator 20 in connection with the electrical properties of the parallel resonant circuit from the parallel capacitance C1 and the primary winding 21 ,

Claims

Field device for connection to a fieldbus system, comprising - a field device base unit ( 1 ), - an interface module ( 7 ) for controlling the bus load current, controlling the bus signal transmission and providing the supply energy for the field device from the fieldbus ( 9 ), and - a control transistor (T1) via which the interface module ( 7 ) to the fieldbus ( 9 ), characterized by - an additional circuit ( 12 ) between control transistor (T1) and interface module ( 7 ) for keeping the emitter-collector voltage (U _EK ) of the control transistor (T1) constant irrespective of the bus voltage (U _B ) and for branching out of the difference voltage between the bus voltage (U _B ) and the constant emitter Collector voltage (U _EK ) additional supply energy for the field device.

Field device according to claim 1, characterized in that the additional circuit ( 12 ) for the galvanically decoupled branching of the additional supply energy a transformer ( 22 ) having.

Field device according to Claim 1 or 2, characterized in that the emitter-collector voltage (U _EK ) of the control transistor (T1) is controlled by the additional circuit (U _EK ) connected in series therewith ( 12 ) is kept constant.

Field device according to claim 3, characterized in that the emitter-collector voltage (U _EK ) of the control transistor (T1) is kept constant at 2 V.

Field device according to one of the preceding claims, characterized in that the additional circuit ( 12 ) two voltage dividers ( 15 . 17 ), the first ( 15 ) between the collector of the control transistor (T1) and ground ( 16 ) and the second one ( 17 ) between the fieldbus ( 9 ) and mass ( 16 ), wherein the second voltage divider ( 17 ) is inserted a component for generating a constant voltage to be held emitter-collector voltage (U _EK ) corresponding differential voltage.

Field device according to claim 5, characterized in that the device for generating one of the to be kept constant emitter-collector voltage (U _EK) corresponding differential voltage is formed by one or more diodes (D1, D2, D3).

Field device according to claim 6, characterized in that the center taps ( 18 . 19 ) the voltage divider ( 15 . 17 ) with a comparator ( 20 ) for detecting the emitter-collector voltage ((U _EK )) of the emitter-collector path of the control transistor (T1) are connected.

Field device according to claim 7, characterized in that the comparator ( 20 ) is connected on the output side to a switching transistor (T2) which is connected in one of an inductance ( 21 ) and a capacitance (C1) formed resonant circuit is arranged.

Field device according to claim 2 and 8, characterized in that the inductance by the primary inductance ( 21 ) of the transformer ( 22 ) is formed.

Field device according to claim 8 or 9, characterized in that the switching transistor (T2) by driving on the part of the comparator ( 20 ) (As a function of the emitter-collector voltage U _EK) (the control transistor T1) (the resonant circuit C1, 21 ) drives so that at the control transistor (T1) a substantially constant voltage (U _EK ) with a superimposed delta voltage drops and an energy surplus as magnetic energy via the transformer ( 22 ) on its secondary side for providing the additional supply energy for the field device ( 9 ) is transferable.

Field device according to claim 10, characterized in that in a continuously repeating process the comparator ( 20 ) When its hysteresis voltage through the emitter-collector voltage (U _EK ) of the control transistor (T1) is exceeded, the switching transistor (T2) turns off, whereby its voltage increases and as a result, the emitter-collector voltage (U _EK ) is lowered in that the triangular voltage superimposed on the substantially constant voltage (U _EK ) is formed.

Field device according to claim 11, characterized in that the height of the delta voltage and the switching frequency by the height of the hysteresis voltage and the switching times of the comparator ( 20 ) in conjunction with the electrical properties of the resonant circuit (C1, 21 ) are defined.