CS248665B1 - Zapojeni analogového Izolačního převodníku - Google Patents

Abstract

ftešení se týká regulátoru zapojeni analogového izolačního převodníku. Upravený signál ze vstupního bloku se střídavé spíná dvojici polem řízených tranzistoru do jednotlivých polovin primárního vinuti oddělovacího transformátoru. Transformátor; jsou řízen; napěťový­ mi obdélníkovými signál; z řídicího bloku v protifázi. Druhá dvojice tranzistorů spíná indukované napět! na sekundárním vinuti oddělovacího transformátoru a je řízena obdobně jako první dvojice galvanický oddělenými řidiolml signál; řídicího bloku. Současně jsou sepnut; vžd; dva tranzistor;, každý z jedné dvojice tak, ab; na jejich kolektorech bylo stejné napětí. Na spojených emitorecn výstupní dvojice tranzistorů je demodulovaný galvanický oddělený signál, který se ve výstupním bloku filtruje a upravuje na normalizovanou úroveň. Zapojeni se v;užije v měřici technice v prostředí s v;šší úrovni rušení.

Description

Vynález se týká analogového izolačního převodníku pro galvanické oddělování analogových signálů.

Pro zpracování vstupních a výstupních analogových signálů v elektronických přístrojích, zvláště v automatizační technice, je často potřebné použít galvanického oddělení signálu.

Jsou známé izolační převodníky analogového signálu s indukční vazbou, ve kterých se pro modulaci používají bipolární tranzistory. H^rto izolační převodníky zpracovávají většinou signál jedné polarity. Pro zpracování signálu obou polarit se obvykle používají dva samostatné převodníky. Aby se dosáhla přijatelná nelineerita, je nutná používat vybírané součástky. Jiná možnost je inverzně zapojit bipolární tranzistory .Nevýhodou tohoto zapojení je, že vyžaduje větší příkon řídicích obvodů. Společnou nevýhodou uvedených převodníků je, že mají určitou, pro některé aplikace nezanedbatelnou, teplotní závislost. Obvykle pracují s poměrně nízkým modulačním kmitočtem, z čehož plyne i delší časová konstanta.

Týto nedostatky odstraňuje zapojení analogového izolačního převodníku podle vynálezu. Zapojení využívá k převodu napětí amplitudového modulátoru a řízeného usměrňovače. Podstata vynálezu spočívá v tom, že první výstup vstupního bloku je spojen s emitorem druhého polem řízeného tranzistoru a ε emitorem prvního polem řízeného tranzistoru. První řídicí elektroda prvního polem řízeného tranzistoru je spojena s katodou druhé usměrňovači diody a s prvním řídicím Výstupem řídicího bloku. První společný výstup řídicího bloku je spojen se druhým výstupem vstupního bloku, s jedním pólem prvního filtračního kondenzátorů a se společným primárním vývodem oddělovacího transformátoru.

První primární vývod oddělovacího transformátoru je spojen s kolektorem prvního polem řízeného tranzistoru, jehož

248 685

- 2- “ druhá řídicí elektroda je spojena se druhým pólem prvního filtračního kondenzátoru, s anodou druhé usměrňovači diody a s anodou první usměrňovači diody· Katoda první usměrňovači diody je spojena se druhým řídicím výstupem řídicího bloku a s první řídicí elektrodou druhého polem řízeného tranzistoru· Jeho kolektor je spojen se druhým primárním vývodem oddělovacího transformátoru· První sekundární vývod oddělovacího transformátoru je spojen s kolektorem čtvrtého polem řízeného tranzistoru, jehož první řídicí elektroda je spojena s katodou čtvrté usměrňovači diody a se čtvrtým řídicím výstupem řídicího bloku· Jeho druhý společný výstup je spojen se druhým vstupem výstupního bloku, se společným sekundárním vývodem oddělovacího transformátoru a s jedním pólem druhého filtračního kondenzátoru· Druhý pól druhého filtračního kondenzátoru je spojen se druhou řídicí elektrodou třetího polem řízeného tranzistoru, s anodou třetí usměrňovaní diody, s anodou čtvrté usměrňovači diody a se druhou řídicí elektrodou čtvrtého polem řízeného tranzistoru· Jeho emitor je spojen s prvním vstupem výstupního bloku a s emitorem třetího polem řízeného tranzistoru, jehož kolektor je spojen se druhým sekundárním vývodem oddělovacího transformátoru. První řídicí elektroda třetího polem řízeného tranzistoru je spojena s katodou třetí usměrňovači diody a se třetím řídicím výstupem řídicího bloku·

Výhodou tohoto zapojení je, že nevyžaduje výběr součástek modulačního a demodulačního obvodu· Je to umožněno tím, že úbytek napětí na spínači v sepnutém stavu činí jen řádově promile pracovního napětí a veškeré změny tohoto úbytku napět^ způsobené např· rozdíly v parametrech jednotlivých tranzistorů nebo jejich teplotními změnami, jsou potom jen řádu desetin promile· Úbytek napětí na spínačích v tomto zapojení je závislý na velikosti vstupního a výstupního napětí lineárně od nuly. Dále je

248 885

-a zapojení plně symetrické pro obě polarity vstupního napětí. Obojí se velmi příznivě projevuje na velmi malé nelinearitě přenosi v běžných zapojeních nedosažitelné. Velmi malá nelinearita je zachována i při vstupních napětích řádově jednotek procent vstupního rozsahu. Zapojení vykazuje nízkou teplotní závislost a krátkou časovou konstantu při malém zvlnění výstupního napětí. Příkon řídicích obvodů je prakticky zanedbatelný.

Příklad uspořádání podle vynálezu je schematicky znázorněn na připojeném výkresu.

Vstupní blok 1, který je vytvořen operačním zesilovačem, slouží ke zvýšení vstupního odporu a přizpůsobuje vstupní signál pro zpracování v oddělovacím transformátoru £. Výstupní blok 2 je vytvořen operačním zesilovačem a slouží k filtraci galvanicky odděleného napětí a upravuje úroveň výstupního signálu na normalizovanou hodnotu. Řídicí blok £ je tranzistorový dvojčinný měnič s transformátorem na feritovém jádře. Zajišťuje galvanicky oddělené řízení dvojic tranzistorů 51. 52 a 53. 54. Vytváří též galvanicky oddělené napájecí napětí pro vstupní blok 1 nebo výstupní blok 2. Oddělovací transformátor £ je vytvořen na feritovém jádře a slouží ke galvanickému oddělení modulovaného signálu. Všechny polem řízené tranzistory 51 až 54 jsou stejné s kanálem typu N.

V zapojení lze použít i tranzistory opačné vodivosti, tj. s kanálem typu P. V tom případě však je nutné přepólovat všechny diody 71-4.

Analogový izolační převodník je zapojen následovně. První výstup 13 vstupního bloku 1 je spojen s emitorem druhého polem řízeného tranzistoru 52 a s emitorem prvního polem řízeného tranzistoru 51. První řídicí elektroda prvního polem řízeného tranzistoru 51 je spojena s katodou druhé usměrňovači diody 72 a s prvním řídicím výstupem 31 řídicího bloku 3.· První společný výstup 32 řídicího bloku 3.

248 885 je spojen se druhým výstupem 14 vstupního bloku l,s jedním polem prvního filtračního kondensátoru 61 a se společným primárním vývodem 42 oddělovacího transformátoru $· Τίτναί primární vývod 41 oddělovacího transformátoru £ je spojen s kolektorem prvního polem řízeného tranzistoru 51. jehož druhá řídicí elektroda je spojena se druhým polem prvního filtračního kondenzátoru 61. s anodou druhé usměrňovači diody 72 a s anodou první usměrňovači diody 71. Katoda první usměrňovači diody 71 je spojena se druhým řídicím výstupem 33 řídicího bloku 2» ^{& a} první řídicí elektrodou druhého polem řízeného tranzistoru 52<. Jeho kolektor je spojen se druhým primárním vývodem 43 oddělovacího transformátoru £· První sekundární vývod 44 oddělovacího transformátoru £ je spojen s kolektorem čtvrtého polem řízeného tranzistoru 54. jehož první řídicí elektroda je spojena s katodou Čtvrté usměrňovači diody 74 a se Čtvrtým řídicím výstupem 34 řídicího bloku 2° druhý společný výstup 35 je spojen se druhým vstupem 22 výstupního bloku se společným sekundárním vývodem 45 oddělovacího transformátoru £ a s jedním polem druhého filtračního kondensátoru 62. Druhý pól druhého filtračního kondenzátoru 62 je spojen se druhou řídicí elektrodou třetího polem řízeného tranzistoru 52» s anodou třetí usměrňovači diody 73. s anodou čtvrté usměrňovači diody 74 a ae druhou řídicí elektrodou čtvrtého polem řízeného tranzistoru 54.

Emitor čtvrtého polem řízeného tranzistoru 54 je spojen s prvním Vstupem 21 výstupního bloku S2, a s emitorem třetího polem řízeného tranzistoru 53. kolektor je spojen se druhým sekundárním vývodem 46 oddělovacího transformátoru £· První řídicí elektroda třetího polem řízeného tranzistoru 53 je spojena s katodou třetí usměrňovači diody 73 a se třetím řídicím výstupem 36 řídicího bloku 2*

248 665

Zapojení pracuje takto· Vstupní analogový signál se převede jedním polem na první vstupní svorku 01 zapojení, odkud přechází na první vstup 11 vstupního bloku 1, a druhým polem na druhou vstupní svorku 02 zapojení, odkud přechází na druhý, vstup 12 vstupního bloku 1, přičemž nezáleží na polaritě vstupního signálu· Ve vstupním bloku 1 se signál upraví na úroveň vhodnou k dalšímu zpracování· Upravený signál vychází jedním pólem na první výstup 13 vstupního bloku 1 a druhým pólem na druhý výstup 14 vstupního bloku 1· Z prvního výstupu 13 vstupního bloku 1 se signál přivádí na spojené emitory prvního polem řízeného tranzistoru 51 a druhého polem řízeného tranzistoru 52· Spínání prvního polem řízeného tranzistoru 51 se řídí obdélníkovým napětovým signálem, který se přivádí z prvního řídícího výstupu 31 řídicího bloku 2 ^na první řídicí elektrodu prvního polem řízeného tranzistoru 51· Spínání druhého polem řízeného tranzistoru 52 se řídí obdélníkovým napět ovým signálem, který se přivádí ze druhého řídicího výstupu 33 řídicího bloku 2 ^na první řídicí elektrodu druhého polem řízeného tranzistoru 52· Oba řídicí signály na prvním řídicím výstupu 31 řídicího bloku 2 ^a druhém řídicím výstupu 33 řídicího bloku 2 jsou symetrické a vzájemně v protifázi· Řídicí signál z prvního řídicího výstupu 31 řídicího bloku 2 se usměrňuje první usměrňovači diodou 71· Řídicí signál ze druhého řídicího výstupu 33 řídicího bloku 2 ^se usměrňuje druhou usměrňovači diodou 72· Stejnosměrný signál vzniklý usměrněním řídicích signálů se vede na jeden vývod prvního filtračního kondenzát oru 61· Jeho druhý vývod tvoří společný vstupní potenciál spolu s druhým výstupem 14 vstupního bloku 2, prvním společným výstupem 32 řídicího bloku 2 ^a společným primárním vývodem transformátoru £· Stejnosměrný řídicí signál se filtruje prvním filtračním kondensátorem 61 a přivádí se na spojené druhé řídicí elektrody prvního polem řízeného

248 BBS tranzistoru 51 a druhého polem řízeného tranzistoru £2· Tímto se umožní zpracování signálů obou polarit· Při přítomnosti aktivní půlperiody řídicího signálu na první řídloí elektrodě prvního polem řízeného tranzistoru 51 se první polem řízený tranzistor 51 otevře a protéká proud z prvního výstupu 13 vstupního bloku 1 přes emitor a kolektor prvního polem řízeného tranzistoru 51 do prvního primárního vývodu 41 transformátoru £ a dále přes společný primární vývod 42 transformátoru £ do druhého výstupu 14 vstupního bloku 1· Při přítomnosti aktivní půlperiody řídicího signálu na první řídicí elektrodě druhého polem řízeného tranzistoru 52 se druhý polem řízený tranzistor 52 otevře a protéká proud z prvního výstupu 13 vstupního bloku 1 přes emitor a kolektor druhého polem řízeného tranzistoru 52 do druhého primárního vývodu 4^ transformátoru £ a dále přes společný primární vývod 42 transformátoru £ do druhého výstupu 14 vstupního bloku 1· Proud protéká střídavě primárním vinutím transformátoru £ a indukuje se napětí v sekundárním vinutí transformátoru £ tak, že polarita indukovaného napětí na prvním sekundárním vývodu 44 transformátoru £ proti společnému sekundárnímu vývodu 45 transformátoru £ je ve stejném okamžiku stejná jako na prvním primárním vývodu 41 transformátoru £· Polarita indukovaného napětí na druhém sekundárním vývodu 46 transformátoru £ proti společnému sekundárnímu vývodu 45 transformátoru £ je ve stejném okamžiku stejná jako na druhém primárním vývodu 43 transformátoru £· Spínání třetího polem řízeného tranzistoru 53 se řídí obdélníkovým napěťovým signálem, který se přivádí ze třetího řídicího výstupu 34 řídicího bloku 2 na první řídicí elektrodu třetího polem řízeného tranzistoru 53· Spínání čtvrtého polem řízeného tranzistoru 54 se řídí obdélníkovým napěťovým signálem, který se přivádí ze čtvrtého řídicího výstupu 36 řídicího bloku 2 ^na první

- 7 —

248 865 řídicí elektrodu čtvrtého polem řízeného tranzistoru 54· Oba řídicí signály na třetím řídicím výstupu 34 řídicího bloku 2 ^a čtvrtém řídicím výstupu 36 řídicího bloku 2 jsou symetrické a vzájemné v protifázi. Dvojice řídicích signálů na třetím řídlo Δη výstupu 34 řídicího bloku 2 a čtvrtém řídicím výstupu 36 řídicího bloku 2 ^a jejich společný potenciál na druhém společném výstupu 35 řídicího bloku 2 j^sou galvanicky odděleny od dvojice řídicích signálů na prvním řídicím výstupu 31 řídicího bloku 2 ^a druhém řídicím výstupu 33, řídicího bloku 2 ^{a od} jejich společného potenciálu na prvním společném výstupu 32 řídicího bloku 2 Obě dvojice řídicích signálů pracují na stejné frekvenci. Ve fází jsou řídicí signál na prvním řídícím výstupu 31 řídicího bloku 2 ^se signálem na třetím řídicím výstupu 34 řídicího bloku 2 ^a řídicí signál na druhém řídicím výstupu 33 řídicího bloku 2 ^se signálem na čtvrtém řídicím výstupu 36 řídicího bloku 2·

Řídicí signál ze třetího řídicího výstupu 34 řídicího bloku 2 se usměrňuje třetí usměrňovači diodou 73. Řídicí signál ze čtvrtého řídicího výstupu 36 řídicího bloku 2 se usměrňuje čtvrtou usměrňovači diodou 74· Stejnosměrný signál vzniklý usměrněním řídicích signálů se přivádí na jeden vývod druhého filtračního kondenzátoru 62· Jeho druhý vývod vytváří společný výstupní potenciál spolu se druhým vstupem 22 výstupního bloku 2, se druhým společným výstupem 35 řídicího bloku 2 a se společným sekundárním vývodem 45 transformátoru 2· Stejnosměrný řídicí signál se filtruje druhým filtračním kondenzátorem 62 a přivádí se na spojené druhé řídicí elektrody třetího polem řízeného tranzistoru & a čtvrtého polem řízeného tranzistoru 54« Tímto je umožněno zpracování signálů obou polarit·

Při přítomnosti aktivní půlperiody řídicího signálu na první řídicí elektrodě třetího polem řízeného tranzistoru 53 se třetí polem řízený tranzistor 53 otevře a protéká proud vyvolaný Indukovaným napětím na druhém sekundárním

248 885

I vývodu 46 transformátoru 4 přes kolektor a emitor třetího polem řízeného tranzistoru 53 do prvního vstupu 21 výstupního hloku 2 a dále přes druhý vstup 22 výstupního bloku 2 do společného sekundárního vývodu 45 transformátoru 4· Při přítomnosti aktivní půlperiody řídicího signálu na první řídicí elektrodě čtvrtého polem řízeného tranzistoru 54 se čtvrtý polem řízený tranzistor *>4 otevře a protéká proud vyvolaný indukovaným napětím na prvním sekundárním vývodu 44 transformátoru 4 přes kolektor a emitor čtvrtého polem řízeného tranzistoru 54 do prvního vstupu 21 výstupního bloku 2 a dále přes druhý vstup 22 výstupního bloku 2 do společného sekundárního vývodu 45 transformátoru 4· Troud, který protéká třetím polem řízeným tranzistorem 53 a čtvrtým polem řízeným tranzistorem 54 v sepnutém stavu, vyvolá na nich úbytek napětí opačné polarity než je současně na druhém polem řízeném tranzistoru 52 nebo prvním polem řízeném tranzistoru 51 v sepnutém stavu· Tímto se kompenzuje nesymetrle, kterou způsobuje rozdílný úbytek napětí na polem řízených tranzistorech v sepnutém stavu při rozdílných polaritách spínaného napětí· Na spojených emitorech třetího polem řízeného tranzistoru 53 a čtvrtého polem řízeného tranzistoru 54 se objeví demodulovaný galvanicky oddělený signál, který se vede do prvního vstupu 21 výstupního bloku 2. Ve výstupním bloku 2 se tento signál filtruje a upravuje na normalizovanou úroveň a vychází jedním pólem na první výstup 23 výstupního bloku 2, odkud přechází na první výstupní svorku 03 zapojení a druhým pólem na druhý výstup 24 výstupního bloku 2, odkud přechází na druhou výstupní svorku 04 zapojení·

Vynálezu se využije v měřicí a regulační technice pro galvanické oddělení analogových signálů·

Claims (1)

1. Zapojení analogového izolačního převodníku,využívající k převodu nppětí amplitudovaného modulátoru a řízeného usměrňovače, vyznačující se tím, že první výstup /13/ vstupního bloku /1/ je spojen s emitorem druhého polem řízeného tranzistoru /52/ a s emi torem prvního polem řízeného tranzistoru /51/, jehož první řídicí elektroda je spojena s katodou druhé usměrňovači diody /72/, a s prvním řídicím výstupem /31/ řídicího bloku /3/, jehož první společný výstup /32/ je spojen se druhým výstupem /14/ vstupního bloku /1/, s jedním pólem prvního filtračního kondenzátoru /61/ a se společným primárním vývodem /42/ oddělovacího transformátoru /4/, jehož první primární vývod /41/ je spojen s kolektorem prvního polem řízeného tranzistoru /51/, jehož druhá řídicí elektroda je spojena se druhým pólem prvního filtračního kondenzátoru /61/, s anodou druhé usměrňovači diody /72/ a s anodou první usměrňovači diody /71/» jejíž katoda je spojena se druhým řídicím výstupem /33/ řídicího bloku /3/, a s první řídicí elektrodou druhého polem řízeného tranzistoru /52/, jehož kolektor je spojen se druhým primárním vývodem /43/ oddělovacího transformátoru /4/, jehož první sekundární vývod /44/ je spojen s kolektorem čtvrtého polem řízeného tranzistoru /54/, jehož první řídicí elektroda je spojena s katodou čtvrté usměrňovači diody /74/ a se čtvrtým řídicím výstupem /36/ řídicího bloku /3/ jehož druhý společný výstup /35/ je spojen se druhým vstupem /22/ výstupního bloku /2/, se společným sekundárním vývodem /45/ oddělovacího transformátoru /4/ a 8 jedním pólem druhého filtračního kondenzátoru /62/, jehož druhý pól je spojen se druhou řídicí elektrodou třetího polem řízeného tranzistoru /53/, s anodou třetí usměrňovači diody /73/, s anodou čtvrté usměrňovači diody /74/ a se druhou řídicí elektrodou čtvrtého polem řízeného tranzistoru /54/, jehož emitor je spojen s prvním vstupem /21/ výstupního bloku /2/, a s emi torem

   -10248 BBS třetího polem řízeného tranzistoru (53), jehož kolektor je spojen se druhým sekundárním vývodem (46) oddělovacího transformátoru (4), a první řídicí elektroda třetího polem řízeného tranzistoru (53) je spojena s katodou třetí usměrňovači diody (73) a se třetím řídicím výstupem (34) řídicího bloku (3).