DE2847206B2

DE2847206B2 - Schaltungsanordnung zur galvanischen Trennung von analogen Gleichstromsignalen

Info

Publication number: DE2847206B2
Application number: DE2847206A
Authority: DE
Inventors: Ing.(grad.) Günter von zur 4020 Mettmann Gathen; Rainer Dipl.-Ing. 5628 Heiligenhaus Hillebrand; Claus Dr.-Ing. Kleegrewe
Original assignee: Hartmann and Braun AG
Current assignee: ABB Training Center GmbH and Co KG
Priority date: 1978-10-30
Filing date: 1978-10-30
Publication date: 1981-06-25
Also published as: DE2847206A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur galvanischen Trennung von analogen Gleichstromsignalen mit einem Transformator, der über eine Primär- und eine Sekundärwicklung verfügt, einer Zerhackerschaltung und einer auf der Sekundärseite des Transformators liegenden Hilfsgleichspannung.

Eine derartige Schaltungsanordnung ist durch die DE-OS 23 42 294 bekanntgeworden. Bei der dort beschriebenen Anordnung sind eine aus mehreren DarÜngton-Stufen bestehende Zerhackerschaltung und die Primärwicklung eines Transformators an Eingangsklemmen angeschlossen. Ein an den Eingangsklemmen auftretendes Gleichstromsignal wird mit Hilfe der Zerhackerschaltung so umgeformt, daß sich die Stromrichtung in der Primärwicklung des Transformators halbperiodisch umkehrt Es entsteht also in der Sekundärwicklung eine Induktionsspannung, die gleichgerichtet wird und als Steuersignal für eine weitere Darlington-Stufe dient, an deren Ausgangsklemmen das galvanisch getrennte Ausgangssignal zur Verfügung steht

κι Die Stromversorgung der Darlington-Stufen und eines Rechteckgenerators zur Steuerung der Zerhackerschaltung erfolgt aus zwei Hilfsspannungsquel-Ien, von denen eine auf der Primärseite und eine auf der Sekundärseite der Schaltungsanordnung angeordnet ist

it Aus diesem Grund ist es nicht möglich, mehrere eingangsseitig auf verschiedenen Potentialen liegende Trennwandler aus einer gemeinsamen Hilfsspannungsqueile zu versorgen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine

2» einfache Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, die nur eine Hilfsspannungsqueile auf der Sekundärseite erfordert, so daß unabhängig von den eingangsseitigen Potentialen mehrere Schaltungsanordnungen durch eine einzige Hilfsspannungsqueile be-

n treibbar sind.

Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Zerhackerschaltung, eine sekundäre Transistor-Stufe zur Erzeugung eines eingeprägten Ausgangsstromes und einen ersten Ausgangswiderstand mit der

in Hilfsgleichspannung verbunden ist, daß die Hilfsgleichspannung eine Steuerspannung für den Zerhacker und die sekundäre Transistor-Stufe liefert, daß an der Primärwicklung eine mit Eingangsklemmen verbundene Gleichrichterschaltung angeschlossen ist und daß

π zwischen den Eingangsklemmen und der Gleichrichterschaltung zur Impedanzwandlung eine primäre Transistor-Stufe angeordnet ist.

Anstelle der primären Transistor-Stufe kann alternativ ein Verstärker eingesetzt sein, der die Verarbeitung

ίο besonders kleiner Eingangsströme oder Eingangsspannungen erleichtert.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachfolgend anhand von in F i g. 1 bis F i g. 3 der Zeichnung dargestellten Schaltbildern näher erläutert.

ii In F i g. 1 sind mit K\, K₂ Eingangsklemmen, mit Ki, K₄, K₅, K₆ Ausgangsklemmen und mit Di, D₂ Transistor-Stufen bezeichnet. Die Schaltungsanordnung enthält ferner einen Transformator T mit einer Primärwicklung fund einer Sekundärwicklung 5, eine Gleichrichterschaltung C, eine Zerhackerschaltung Z, einen Spannungsregler SR, einen Umschalter S und Ausgangswiderstände Rai und R_Au- Das Schaltbild zeigt ferner drei Spannungen Uh, Uc, Up, einen Eingangsstrom /ι und einen Ausgangsstrom I₂.

Die genannten Teile sind in folgender Weise zusammengeschaltet: Die Eingangsklemmen K\, K₂ sind über die Transistor-Stufe Di mit der Gleichrichterschaltung G verbunden, die ihrerseits an der Primärwicklung Pdes Transformators Fliegt. Die Sekundärwicklung S liegt in Reihe mit der Zerhackerschaltung Z, der Transistor-Stufe D₂ und dem an den Ausgangsklemmen Ki, K* angeschlossenen Ausgangswiderstand Rai an der Hilfsgleichspannung Uh- Aus der Hilfsgleichspannung Uu wird die Steuerspannung für den Zerhacker Z und die stabilisierte Konstantspannung Uc gewonnen, die zur Steuerung der Transistor-Stufe D₂ dient. Der Umschalter 5befindet sich in der Stellung (a).
Ein Eingangsstrom l\ stellt eine Belastung der

Spannung L//»dar, die von der Gleichrichterschaltung C bereitgestellt wird. Sobald die Spannung Up belastet wird, fließt über die Ausgangsklemmen Ki, Ka ein Ausgangsstrom h. der mit Hilfe der Zerhackerschaltung Z in einen Wechselstrom umgeformt und atr Sekundärwicklung Sdes Transformators 7"zugeführt wird. In der Primärwicklung P des Transformator.; Γ entsteht daher eine Spannung, durch durch die Gleichrichterschaltung G in die Gleichspannung Up umgeformt wird. Der Eingangsstrom /i bildet also eine Belastung für die Spannung Up, die jedoch durch einen Ausgangsstrom h auf der Sekundärseite der Schaltungsanordnung erzeugt wird. Der Ausgangsstrom h ist daher ein Maß für den Eingangsstrom /|. Der Eingangsstrom I\ und der Ausgangsstrom h der beschriebenen Schaltungsanordnung sind näherungsweise gleich groß, wenn der Transformator Γ ein Obersetzungsverhältnis von etwa »1« hat und innerhalb der Schaltung geringe Verluste auftreten. An den Ausgangsklemmen K$, Kt fällt am Ausgangswiderstand Rau gleichzeitig eine dem Eingangsstrom I₁ proportionale Spannung ab.

Die Transistor-Stufe D₁ auf der Primärseite der Schaltungsanordnung bedingt einen sehr kleinen Eingangswiderstand. Der mit der Gleichrichterschaltung C verbundene Ausgang der Transistor-Stufe D\ ist hingegen hochohmig. Der Ausgangsstrom h auf der Sekundärseite der Schaltungsanordnung wird durch die Transistor-Stufe D₂ in einen eingeprägten Strom umgeformt. Vorzugsweise sind als Transistor-Stufen Di, D₂ Darlington-Stufen eingesetzt.

Zur Steigerung der Meßgenauigkeit bei nicht zu vernachlässigenden Querverlusten des Transformators T ist eine Verbindung gemäß Stellung (b) des

Umschalters S herzustellen. Der Spannungsregler SÄ gibt nun mit steigender Aussteuerung des Tansformators T eine höhere Spannung ab, die eine höhere Aussteuerung der Transistor-Stufe Di zur Fo'ge hat Durch diese Maßnahme wird die Klemmenspannung des Transformators T in Abhängigkeit der Aussteuerung verändert, so daß der durch Änderung des Magnetisierungsstromes hervorgerufene Linearitätsfehler kompensiert wird. Die Spannung an den Ausgangsklemmen K% K_b wird direkt zur digitalen oder analogen Weiterverarbeitung benutzt

In Fig.2 ist die Transistor-Stufe Di durch einen Verstärker Vim Primärstromkreis ersetzt Das in F i g. 3 gezeigte Ausführungsbeispiel weist hingegen einen Zweileiter-Meßumforner MUund einen Begrenzer BE für Strom und Spannung auf. Die Schaltungsanordnung ist sehr gut zur Speisung von Meßumformern MU in explosionsgefährdeten Räumen geeignet, weil nur eine Trennstelle zwischen Versorgungsspannung und eigensicherem Stromkreis ausgeführt ist Die Begrenzung der Zündenergie kann in herkömmlicher Form durch einfache spannungs- und strombegrenzende Bauelemente erfolgen. Djrch die Integration eines Verstärkers Voder eines Zweileiter-Meßumformers MU kann die Schaltungsanordnung alle in der Meß- und Regeltechnik vorkommenden Signale verarbeiten.

Der entscheidende Vorteil der beschriebenen Schaltungsanordnung ist aiso darin zu sehen, daß nur eine Hilfsgleichspannung Uh erforderlich ist, die zudem noch auf der Sekundärseite angeordnet ist. Auf diese Weise sind mehrere Trennwandierschaltungen, die primärseitig auf beliebigen Potentialen liegen können, mit einer gemeinsamen Hilfsgleichspannung Unbetreibbar.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur galvanischen Trennung von analogen Gleichstromsignalen mit einem Transformator, der über eine Primär- und eine Sekundärwicklung verfügt, einer Zerhackerschaitung und einer auf der Sekundärseite des Transformators liegenden Hilfsgleichspannung, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklung (S) des Transformators (T) über die Zerhackerschaltung (Z), eine sekundäre Transistor-Stufe (D₂) zur Erzeugung eines eingeprägten Ausgangsstromes (I₂) und einen ersten Ausgangswiderstand (RaI) rnit der Hilfsgleichspannung (Uh) verbunden ist, daß die Hilfsgleichspannung (Uh) eine Steuerspannung für den Zerhacker (Z)und die sekundäre Transistor-Stufe (D₂) liefert, daß an der Primärwicklung (P) eine mit EingasgskJemmen (Κι, K₂) verbundene Gleichrichterschaltung (G) angeschlossen ist und daß zwischen den Eingangsklemmen (K_u K₂) und der Gieichrichtersehaltung (G) zur Impedanzwandlung eine primäre Transistor-Stufe (D₁) angeordnet ist.

2. Schaltungsanordnung zur galvanischen Trennung von analogen Gleichstromsignalen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Eingangsklemmen (K₁, K₂) und der Gleichrichterschaltung (G) zur Impedanzwandlung anstelle der primären Transistor-Stufe (D₁) ein Verstärker f V^ angeordnet ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Transistor-Stufen (D_u D₂) Darlington-Stufen eingesetzt sind.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Anordnungen an der Hilfsgleichspannung (Uh) angeschlossen sind.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den Eingangsklemmen (K\, K₂) ein Zweileiter-Meßumformer (MU) angeschlossen ist, dem ein Begrenzer (BE)zw Verringerung der Zündenergie vorgeschaltet ist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Sekundärwicklung (S) und einem Bezugspotential ein zweiter Ausgangswiderstand (Rau) angeordnet ist, an dem eine einem Eingangsstrom (I\) proportionale Spannung abgreifbar ist.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die am zweiten Ausgangswiderstand (Rau) abfallende Spannung einem Spannungsregler (SR) zugeführt ist, der seinerseits die sekundäre Transistor-Stufe (D₂) des Sekundärkreises steuert.