DE3139963C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur galvanischen Trennung von analogen Gleichstromsignalen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine solche Schaltungsanordnung ist in der DE-PS 23 42 294 beschrieben. Die galvanische Trennung erfolgt mit Hilfe eines Transformators, dessen Sekundär­ wicklung mit einem Gleichrichter für das übertragene Wechselstromsignal verbunden ist. Die Primärwicklung ist mit dem Zerhacker für das Gleichstrom­ signal verbunden, der aus einer Hilfsgleichspannung versorgt wird.

Aus der DE-OS 28 47 206 ist eine Anordnung bekannt, bei der die Zerhacker­ schaltung und die zugehörige Hilfsspannungsquelle im Sekundärkreis des Transformators angeordnet ist, wobei der Sekundärkreis auf den Primärkreis zurückwirkt. Schaltungsanordnungen der genannten Art liefern sekundärseitig einen eingeprägten Gleichstrom, der die Meßgröße genau abbilden und vom Widerstand des Verbrauchers (Bürdenwiderstand) unabhängig sein soll. Je nach Art des nachgeschalteten Meßgerätes kann der Bürdenwiderstand bei unter­ schiedlichen Leitungslängen im Bereich bis etwa 750 Ohm beliebig groß sein. Um trotzdem den Meßfehler klein zu halten, müßte man prinzipiell einen verlustarmen Trennübertrager einsetzen.

In der Praxis bedeutet dies, daß ein Trennübertrager mit geringen Querverlu­ sten eine ganz bestimmte Baugröße, magnetische Induktion und ein ausgewähltes Kernmaterial aufweisen muß.

Um z. B. im Bürdenbereich von R _a =Φ . . . 750 Ohm die Querverluste < 0,3% des Nennstromes zu halten, benötigt man einen recht großen und teuren Trennüber­ trager.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Schaltung auf der Elektronik­ seite so weit zu verbessern, daß man trotz eines einfachen, kleinen und preiswerten Trenntransformators eine ausreichende Bürdenunabhängigkeit erzielt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im Kennzeichen des Anspruches 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand von Fig. 1 und 2 der Zeich­ nung beschrieben.

In Fig. 1 ist mit M ein Meßumformer, mit Z ein Zerhacker, mit Ü ein Trenntransformator, mit G ein Gleichrichter und mit R _a der in seiner Größe nicht festgelegte Bürdenwiderstand bezeichnet. Über Klemmen K ₁ und K ₂ wird eine Hilfsspannung U _H angelegt, die sowohl den Meßwertumformer M und den Zerhacker Z als auch zwei Transistoren T ₁ und T ₂ speist. Die Emitter-Basis- Strecke des Transformators T ₁ erfaßt die Spannung U _K an den Ein­ gangsklemmen des Zerhackers Z. Die Aussteuerung dieses Transistors T ₁, in dessen Kollektor- und Emitterleitung Widerstände R ₁ und R ₂ liegen, bestimmt das Basispotential des Transistors T ₂, dessen Emitter über einen Arbeitswiderstand R ₃ an der Hilfsspannungsklemme K ₁ liegt. Die Kollektorleitung dieses Transistors liegt an dem einen Eingang des Zerhackers Z. Dem meßwertabhängigen, eingeprägten Strom I des Meßwertum­ formers M wird damit ein Zusatzstrom Δ I überlagert, der den sekundär gewonnenen Ausgangsstrom I _a trotz Änderung der Bürde R _a konstant hält. Die Kompensation des an sich vorhandenen Bürdeneinflusses beruht darauf, daß der Spannungsbedarf U _K eines aus der Zerhackerschaltung Z, dem Trenntransformator U und dem Gleichrichter G bestehenden Stromwandlers weitgehend proportional zum Ausgangsstrom I _a und zum Bürdenwiderstand R _a ist. Es wird also der durch die Spannung U _K gekennzeichnete Aussteuerungszustand dieses Stromwandlers durch den Transistor T ₁ erfaßt und mit Hilfe des Transistors T ₂ in einen Zusatz­ strom umgeformt, so daß eine Stromquelle mit großem Innenwider­ stand vorliegt.

Die beschriebene Zusatzstromquelle wird so dimensioniert, daß sich z. B. ein Bürdenfehler von 0,3% bei R _a = 0 . . . 750 Ω auf einen vernachlässigbaren Rest reduzieren läßt.

Der bei konstantem Bürdenwiderstand erzeugte Zusatzstrom Δ I wirkt sich in der Anzeige lediglich als Steilheitsfehler aus und kann daher in die Eichung mit einbezogen werden.

In Fig. 2 ist ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel darge­ stellt.

Eine variable Eingangsspannung U _E wird über einen Operationsverstärker V in Stromseriengegenkopplung in einen eingeprägten Ausgangsstrom I umgesetzt. Dieser speist eine von außen gesteuerte und aus vier Transistoren bestehende Zerhackerschaltung Z. Zusätzlich verarbeitet diese Zerhacker­ schaltung einen Zusatzstrom Δ I, der wie beschrieben aus den Transistoren T ₁ und T ₂ gewonnen wird. Da der über den Zerhacker Z fließende eingeprägte Strom I in die Gegenkopplung des Operationsverstärkers einbezogen ist, ist bei dem Ausführungs­ beispiel nach Fig. 2 der Strom I in die andere Eingangsklemme des Zerhackers Z eingespeist bzw. er wird in der anderen Eingangsklemme des Zerhackers erzeugt. Da auch der Zusatz­ strom Δ I über den Transistor T ₂ in die gleiche Eingangsklemme eingespeist wird wie der Signalstrom I, ergibt sich die gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 veränderte Schaltungsanordnung der Transistoren T ₁ und T ₂ und der Widerstände R ₁, R ₂ und R ₃.

Der Zerhacker speist den Trenntransformator U, dem wiederum ein Demodulator in Form eines Gleichrichters G nachgeschaltet ist. Mit C ₁, C ₂ und C ₃ sind Kondensatoren bezeichnet. Um die Schaltung im Leerlauffall vor Schaden zu schützen, kann im Ausgangskreis eine Begrenzungsdiode ZD vorgesehen werden.

Die aus den Transistoren T ₁ und T ₂ aufgebaute Zusatzstrom­ quelle kann im Prinzip auch mit Operationsverstärkern oder Feldeffekttransistoren aufgebaut werden.

Claims (3)

1. Schaltungsanordnung zur galvanischen Trennung von analogen Gleichstromsi­ gnalen mit einem Transformator, der über eine Primär- und eine Sekundärwick­ lung verfügt, mit einer an die Primärwicklung angeschlossenen Zerhackerschal­ tung, mit einer auf die Zerhackerschaltung einwirkenden Hilfsspannungsquelle und mit einer an die Sekundärwicklung angeschlossenen Gleichrichterschaltung, die in einer Bürde einen sekundärseitigen Ausgangsstrom erzeugt, dadurch gekennzeichnet, das zur Verringerung der Bürdenabhängigkeit des sekundärsei­ tigen Ausgangsstromes (I _a ) dem primärseitigen, von einem Meßumformer (M) gelieferten eingeprägten Strom (I) ein Zusatzstrom (Δ I) überlagert ist, der von einer Klemmenspannung (U _K ) gesteuert ist, die an der Zerhackerschaltung (Z) aufgrund des primärseitigen Stromes (I) abfällt und die zum sekundärsei­ tigen Ausgangsstrom (I _a ) weitgehend proportional ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmenspannung (U _K ) der Zerhackerschaltung (Z) einen ersten Transistor (T ₁) steuert, dem ein zweiter, die Zerhackerschaltung (Z) speisender Transistor (T ₂) nachgeschaltet ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine einzige Hilfsspannungsquelle (U _H ) sowohl den Meßumformer (M) und den Zer­ hacker (Z) als auch die Transistoren (T ₁, T ₂) speist.