CS246972B1

CS246972B1 - Fast current to voltage converter

Info

Publication number: CS246972B1
Application number: CS187785A
Authority: CS
Inventors: Jiri Florianek
Original assignee: Jiri Florianek
Priority date: 1985-03-18
Filing date: 1985-03-18
Publication date: 1986-11-13

Abstract

Řešení se týká zapojení rychlého převodníku proudu na napětí. Astabilní klopný obvod vytváří obdélníkový signál, kterým se přes budicí transformátor otevírá modulační tranzistor. Modulační tranzistor moduluje stejnosměrný úbytek napětí na bočníku. Modulovaný signál se převádí převodním transformátorem a na sekundární straně převodního transformátoru se fázově usměrňuje, filtruje a zesiluje operačním zesilovačem. Vynálezu se využije ke galvanickému oddělení signálu z bočníku.The solution concerns the connection of a fast current-to-voltage converter. An astable flip-flop circuit generates a rectangular signal, which opens a modulating transistor via an excitation transformer. The modulating transistor modulates the DC voltage drop across the shunt. The modulated signal is converted by a conversion transformer and on the secondary side of the conversion transformer it is phase-rectified, filtered and amplified by an operational amplifier. The invention is used to galvanically isolate the signal from the shunt.

Description

Vynález se týká zapojení rychlého převodníku proudu na napětí s galvanickým oddělením.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The invention relates to the connection of a fast current to voltage converter with galvanic isolation.

V regulační technice se často musí převádět proudový signál z bočníku na signál napětový. Napětový signál je nutno vhodně zesílit, aby se mohl zpracovat v dalších regulačních obvodech. V převodnících se nejčastěji používají zapojení, ve kterých se vstupní signál v symetrickém modulátoru převede na střídavý signál, který se transformuje do sekundárního obvodu. Za sekundárním obvodem se synchronně usměrňuje a zesílí. Tato zapojení jsou sice přesná, jsou však složitá a náročná na výběr součástek a přesné vinutí transformátorů. Pro použití např. v tranzistorových střídačích jsou tyto převodníky pomalé.In control technology, the current signal from the shunt must often be converted into a voltage signal. The voltage signal must be suitably amplified to be processed in other control circuits. Transmitters are most commonly used in which the input signal in a symmetric modulator is converted to an AC signal that is transformed into a secondary circuit. Behind the secondary circuit, it is synchronously rectified and amplified. While these connections are accurate, they are complex and difficult to select components and to accurately wind transformers. For use in transistor inverters, these converters are slow.

Tyto nedostatky odstraňje zapojení rychlého převodníku proudu na napětí s galvanickým oddělením, u kterého se využívá k modulaci tranzistorového spínače podle vynálezu. Podstata vynálezu spočívá v tom, že první vývod bočníku je spojen přes primární vinutí převodního transformátoru s emitorem modulačního tranzistoru. Kolektor modulačního tranzistoru je spojen se druhým vývodem bočníku a s prvním vývodem sekundárního vinutí budicího transformátoru, jehož druhý vývod je spojen s bází modulačního tranzistoru. Druhý vývod primárního vinutí budicího transformátoru je spojen s kladným potenciálem a s katodou nulové diody. Anoda nulové diody je spojena s prvním vývodem primárního vinutí budicího transformátoru a s neinverzním výstupem astabilního klopného obvodu, jehož inverzní výstup je spojen s bází diskriminátorového tranzistoru. Emitor diskriminátorového tranzistoru je spojen přes sekundární vinutí převodího transformátoru s prvním pólem filtračního kondenzátoru, s prvním vývodem vybíjecího odporu a s neinvertuj ícím vstupem operačního zesilovače.These drawbacks are overcome by the connection of a fast current to voltage converter with galvanic isolation, which is used to modulate the transistor switch according to the invention. The principle of the invention is that the first shunt outlet is connected via the primary winding of the transformer to the emitter of the modulation transistor. The modulator transistor collector is coupled to the second shunt terminal and the first terminal of the secondary winding of the excitation transformer, the second terminal of which is connected to the base of the modulator transistor. The second terminal of the primary winding of the excitation transformer is connected to the positive potential and to the cathode of the neutral diode. The anode of the zero diode is connected to the first terminal of the primary winding of the excitation transformer and to the non-inverse output of the astable flip-flop whose inverse output is connected to the base of the discriminator transistor. The discriminator transistor emitter is coupled through the secondary transformer winding to the first pole of the filter capacitor, the first discharge resistor terminal, and the non-inverting input of the operational amplifier.

Výstup operačního zesilovače je spojen s výstupní svorkou zapojení a se druhým vývodem zpětnovazebního odporu, jehož první vývod je spojen s invertujícím vstupem operačního zesilovače a s prvním vývodem vstupního odporu. Druhý vývod vstupního odporu je spojen s nulovým potenciálem, se kterým je též spojen druhý pól filtračního kondenzátoru, druhý vývod vybíjecího odporu a kolektor diskriminátorového tranzistoru.The output of the operational amplifier is connected to the output terminal of the wiring and to a second output of the feedback resistor, the first output of which is connected to the inverting input of the operational amplifier and to the first input of the input resistance. The second input resistor terminal is connected to zero potential, to which the second pole of the filter capacitor, the second discharge resistor terminal, and the collector of the discriminator transistor are also connected.

Výhodou tohoto zapojení je vysoká rychlost převodu proudu na napětí. Převod probíhá na frekvenci desítek kHz. Mezi další výhody patří velmi jednoduché zapojení při dostatečné přesnosti, snadné zhotovení oddělovacích transformátorů s malým počtem závitů. Nemusí se vybírat nebo párovat žádné součástky a dosahuje se snadno velké izolační pevnosti mezi vstupem a výstupem převodníku.The advantage of this circuit is the high speed of the conversion of current to voltage. The conversion takes place at a frequency of tens of kHz. Other advantages include very simple wiring with sufficient accuracy, easy construction of isolation transformers with a small number of turns. There is no need to select or pair any components and it is easy to achieve high insulation strength between the inlet and outlet of the transmitter.

Příklad zapojení podle vynálezu je schematicky znázorněn na přiloženém výkrese.An exemplary circuit according to the invention is schematically shown in the attached drawing.

Jednotlivé bloky zapojení je možno charakterizovat takto. Budicí transformátor 2 ^apřevodní transformátor £ jsou vinuty na feritových jádrech. Astabilní klopný obvod 5_ může být například klasický tranzistorový multivibrátor anebo integrovaný multivibrátor. První vývod 011 bočníku _1 je spojen přes primární vinutí 4a převodního transformátoru 4 s emitorem modulačního tranzistoru 2. Kolektor modulačního tranzistoru 2_ je spojen se druhým vývodem 012 bočníku 1 a s prvním vývodem sekundárního vinutí 3b budicího transformátoru 3_. Druhý vývod sekundárního vinutí 3b budicího transformátoru 2 je spojen s bází modulačního tranzistoru 2_. Druhý vývod primárního vinutí. 3a budicího transformátoru 2 j^e spojen s kladným potenciálem a s katodou nulové diody 13 Anoda nulové diody 13 je spojena s prvním vývodem primárního vinutí 3a budicího transformátoru 3_ a s neinverzním výstupem 51 astabilního klopného obvodu 5.Individual wiring blocks can be characterized as follows. The excitation transformer 2 ^{and the} conversion transformer 6 are wound on ferrite cores. The astable flip-flop 5 may be, for example, a conventional transistor multivibrator or an integrated multivibrator. The first shunt 1 terminal 011 is connected via the primary winding 4a of the transformer 4 to the emitter of the modulating transistor 2. The collector of the modulating transistor 2 is connected to the second terminal 012 of the shunt 1 and to the first terminal of the secondary winding 3b of the excitation transformer 3. The second terminal of the secondary winding 3b of the excitation transformer 2 is connected to the base of the modulation transistor 2. Second outlet of primary winding. 3a excitation transformer 2 ^e j connected to the positive potential and the cathode of diode 13. The anode of the zero-wheeling diode 13 is connected to the first terminal of the primary winding 3a of the transformer 3 and the excitation neinverzním output of astable flip-flop 51 of the fifth

Inverzní výstup 52 astabilního klopného obvodu 5 je spojen s bází diskriminátorového tranzistoru 12 . Emitor diskriminátorového tranzistoru 12 je spojen přes sekundární vinutí 4b převodního transformátoru 4 s prvním pólem filtračního kondenzátoru T_, s prvním vývodem vybíjecího odporu 6 a s neinvertujícím vstupem 101 operačního zesilovače 10. Výstup 103 operačního zesilovače 10 je spojen s výstupní svorkou 11 zapojení a se druhým vývodem zpětnovazebního odporu 9'. První vývod zpětnovazebního odporu 9 je spojen s invertujícím vstupem 102 operačního zesilovače 10 a s prvním vývodem vstupního odporu íi.The inverse output 52 of the astable flip-flop 5 is coupled to the base of the discriminator transistor 12. The discriminator of the discriminator transistor 12 is connected via the secondary winding 4b of the transformer 4 to the first pole of the filter capacitor T, to the first discharge resistor terminal 6 and to the non-inverting input 101 of the operational amplifier 10. feedback resistance 9 '. The first terminal of the feedback resistor 9 is connected to the inverting input 102 of the operational amplifier 10 and to the first terminal of the input resistor 10.

Drdhý vývod vstupního odporu 8 je spojen s nulovým potenciálem, se kterým je též spojen druhý pól filtračního kondenzátoru T~_t druhý vývod vybíjecího odporu 6/ a kolektor diskriminátorového tranzistoru 22. Zapojení pracuje takto. Astabilní klopný obvod 2 vytváří obdélníkový signál. Z neinverzního výstupu 51 astabilního klopného obvodu 5_ přechází obdélníkový signál na primární vinutí 3a budicího trasformátoru 2· Indukovaným signálem z jeho sekundárního vinutí 3b se budí modulační tranzistor 2.The long terminal of the input resistor 8 is connected to zero potential, to which the second pole of the filter capacitor T- _t is also connected, the second terminal of the discharge resistor 6 / and the collector of the discriminator transistor 22. The circuit works as follows. The astable flip-flop 2 generates a rectangular signal. From the non-inverse output 51 of the astable flip-flop 5, the rectangular signal passes to the primary winding 3a of the excitation transformer 2. An induced signal from its secondary winding 3b drives the modulation transistor 2.

Modulační tranzistor 2 tak moduluje stejnosměrný signál, který se vytváří jako úbytek napětí na bočníku 2· Modulační napětí, úměrné hodnotě úbytku napětí na bočníku 2 se přivádí na primární vinutí 4a oddělovacího transformátoru 4. V jeho sekundárním vinutí 4b se indukuje střídavé napětí. Toto napětí se usměrňuje s ohledem na fázi diskriminátorového tranzistoru 12 se budí signálem z inverzního výstupu 52 astabilního klopného obvodu 5.Thus, the modulation transistor 2 modulates a DC signal that is generated as a shunt voltage drop. The modulation voltage, proportional to the shunt voltage drop value 2, is applied to the primary winding 4a of the isolation transformer 4. An alternating voltage is induced in its secondary winding 4b. This voltage is rectified with respect to the phase of the discriminator transistor 12 driven by the signal from the inverse output 52 of the astable flip-flop 5.

Diskriminátorový tranzistor 12 je otevřen, když je na neinverzním výstupu 51 astabilního klopného obvodu 5 nízké napětí. V tom případě protéká primárním vinutím 3a budicího transformátoru 2 proud z kladného potenciálu. Napětím indukovaným v sekundárním vinutí 3b budicího transformátoru 2 ^se otevře modulační tranzistor 2, takže primárním vinutím 4a převodního transformátoru 4 i jeho sekundárním vinutím 4b protéká proud.The discriminator transistor 12 is open when the non-inverse output 51 of the astable flip-flop 5 is low. In this case, the current from the positive potential flows through the primary winding 3a of the excitation transformer 2. Voltages induced in the secondary winding 3b of the excitation transformer 2 ^is opened modulation transistor 2, so that the primary winding 4a of the transformer 4 of the transfer and the secondary winding 4b of the current flows.

Tím dochází k fázově závislému usměrnění. Fázově usměrněný signál se vyhladí filtračním kondenzátorem 7_ a zesílí se v operačním zesilovači 10.This leads to phase-dependent rectification. The phase-rectified signal is smoothed by the filter capacitor 7 and amplified in the operational amplifier 10.

Vynálezu se využije v tranzistorových jednofázových a vícefázových střídačích.The invention is used in transistor single-phase and multiphase inverters.

Claims

Connection of a fast current to voltage converter with galvanic isolation in which it is used to modulate a transistor switch, characterized in that the first terminal (011) of the shunt (1) is connected via the primary winding (4a) of the transformer (4) to the emitter ft a transistor (2) whose collector is connected to a second terminal (012) of shunt (1) and a first terminal of a secondary winding (3b) of an excitation transformer (3), the second terminal of which is connected to the base of the modulating transistor (3a) of the excitation transformer (3) is connected to the positive potential and to the zero diode cathode (13), the anode of which is connected to the first terminal of the primary winding (3a) of the excitation transformer (3) and to the non-inverse output (51) whose inverse output (52) is connected to the base of the discriminator transistor (12), whose emitter is connected via the secondary winding (4b) a transformer (4) having a first filter capacitor (7), a first discharge resistor (6), and a non-inverting input (101) of an operational amplifier (10), the output of which (103) is coupled to the wiring output terminal (11); with a second feedback resistor terminal (9), the first terminal of which is coupled to an inverting input (102) of the operational amplifier (10), and a first input resistor terminal (8), the second terminal of which is connected to zero potential. filter capacitor (7), second discharge resistor outlet (6) and discriminator collector