CS271685B1

CS271685B1 - Connection of direct-current signal's calvanic separatiocircuit

Info

Publication number: CS271685B1
Application number: CS873411A
Authority: CS
Inventors: Karel Ing Pazdernik
Original assignee: Pazdernik Karel
Priority date: 1987-05-13
Filing date: 1987-05-13
Publication date: 1990-11-14
Also published as: CS341187A1

Abstract

The solution concerns the connection of the circuit for galvanic separation of the direct current signal and it contains a current transformer (2), which is connected to the linear inverter (1) and linear synchronous detector (3), which is connected with the reading resistance (4), reference resistance (5) and differential amplifier (7). The linear inverter (1) and linear synchronous detector (2) are connected with the generator (6) of the galvanically separated control voltage. The first and the second input current terminal (01 and 02) are connected to the linear inverter (1). The first and second output current terminal (03 and 04) are connected to the differential amplifier (7).<IMAGE>

Description

Vynález ee týká zapojeni obvodu pro galvanické odděleni stejnosměrného proudového signálu, které umožňuje galvanicky oddělit a rozvéet na velké vzdálenosti stejnosměrný měronosný signál s velkou přesnosti i za přítomnosti značné úrovně elektromagnetického rušení·The invention relates to a circuit for a galvanic isolation of a direct current signal which makes it possible to galvanically isolate and distribute over a long distance a direct current signal with high accuracy even in the presence of a significant level of electromagnetic interference.

V souvislosti se zaváděním moderních řídicích a informačních počítačových automatizačních systémů do průmyslových procesů nabývá zásadní důležitostí odolnost těchto systémů proti elektromagnetickému rušení# tj· schopnost těchto systémů nerušeně, správně e spolehlivě pracovat 1 v prostředí s výskytem elektromagnetického rušení· Odolnost systému proti elektromagnetickému rušení se dociluje především důsledným galvanickým oddělováním přenosných tras· Proto se velice čaeto setkáváme 8 problémem galvanicky oddělit stejnosměrný proudový signál s velkou přesností· □sou známa zapojení, která používají pro galvanické oddělení stejnosměrného analogového signálu optoelektronických oddělovačů nebo jeou založeny na principu kompenzace účinků stejnosměrného proudu, protékajícího vinutím speciálního toroidniho transformátoru 8 jádrem z permalogového materiálu e pravoúhlou charakteristikou· Nevýhodou tohoto uspořádáni je malá přesnost, která ee ještě zhoršuje se stárnutím optočlenů, nebo nutnost injekce střídavého napětí do přenášeného stejnosměrného proudu s následným impedančním oddělelením tlumivkou, což zhoršuje odolnost proti rušení· Nemalým problémem je i vysoká náročnost a pracnost výroby speciálního toroidniho transformátoru· Uvedené obvody vesměs neumožňují přenos obousměrné polarity stejnosměrného proudu·In connection with the introduction of modern control and information computer automation systems into industrial processes, the immunity of these systems against electromagnetic disturbance is of paramount importance # ie · the ability of these systems to operate undisturbed, correctly and reliably 1 in electromagnetic disturbance environments especially due to the consistent galvanic separation of the transmission lines · Therefore, we encounter very much the problem 8 galvanically isolate the DC current signal with high accuracy · □ are known wiring for galvanic isolation of the DC analog signal optoelectronic separators or based on the principle of DC a special toroidal transformer 8 with a core of permalog material and a rectangular characteristic The disadvantage of this arrangement is the low accuracy, which is even worse with the aging of the optocouplers, or the need to inject AC voltage into the transmitted DC with subsequent impedance decoupling, which worsens the interference immunity · No significant problem is the high intensity and labor intensity of special toroidal transformer all circuits do not allow transfer of bidirectional polarity of direct current ·

Uvedené nedostatky odstraňuje zapojeni obvodu pro galvanické oddělení stejnosměrného proudového signálu podle vynálezu, obsahující lineární střídáš, transformátor proudu, lineární synchronní detektor, generátor galvanicky odděleného ovládacího napětí, snímací odpor# porovnávací odpor a diferenciální zesilovač# přičemž první a druhá proudová svorka jsou spojeny 8 prvním a druhým přívodem lineárního střídače· Vývody lineárního etřídače jeou propojeny e vývody primárního vinutí transformátoru proudu· Ovládací vstupy lineárního střídače jsou spojeny s prvním a druhým vývodem generátoru galvanicky odděleného ovládacího napětí· Podstata vynálezu spočívá v tom, že první vývod sekundárního vinuti transformátoru proudu je spojen s prvním přívodem lineárního synchronního detektoru, jehož střední vývod je propojen ee třetím vývodem sekundárního vinutí transformátoru proudu· Druhý vývod sekundárního vinutí transformátoru proudu je spojen в druhým přívodem lineárního synchronního detektoru, jehož první ovládací přívod je propojen se třetím vývodem generátoru galvanicky odděleného ovládacího napětí· Čtvrtý vývod generátoru galvanicky odděleného ovládacího napětí je spojen a druhým ovládacím přívodem lineárního synchronního detektoru, jehož první vývod Je spojen s prvním přívodem snímacího odporu a s neinvertující vstupní svorkou diferenciálního zesilovače· Invertujíci vstupní svorka diferenciálního zesilovače je napojena na druhou výstupní proudovou svorku a na první přívod porovnávacího odporu, jehož druhý přívod je spojen s druhým přívodem snímacího odporu a 8 druhým vývodem lineárního synchronního detektoru· Výetupní svorka diferenciálního zesilovače Je napojena na první výstupní proudovou svorku·These drawbacks are eliminated by the circuit of a galvanic isolation of a direct current signal according to the invention comprising linear alternating current, a current transformer, a linear synchronous detector, a galvanically isolated control voltage generator, a sensing resistor # comparative resistor and a differential amplifier #. and the second input of the linear inverter · The outlets of the linear inverter are connected to the primary windings of the current transformer · The control inputs of the linear inverter are connected to the first and second terminals of the generator of galvanically isolated control voltage. with the first inlet of the linear synchronous detector, whose middle outlet is connected to the third outlet of the secondary winding of the current transformer ee · The second outlet the second winding of the current transformer is connected to the second input of the linear synchronous detector whose first control connection is connected to the third output of the galvanically isolated control voltage generator. The fourth output of the galvanically separated control voltage generator is connected to the second control input of the linear synchronous detector. with first sensing resistor input and non-inverting differential amplifier input terminal · The inverting differential amplifier input terminal is connected to the second output current terminal and the first comparator resistor input, whose second input is connected to the second sensing resistor input and 8 second linear synchronous detector terminals. differential amplifier terminal Connected to first output current terminal ·

Výhodou zapojeni obvodu pro galvanické odděleni stejnosměrného proudového signálu je, že nezáleží na polaritě stejnosměrného signálu, dále jeho obvodová jednoduchost, vysoká přesnost, nízká náročnost i pracnost výroby proudového transformátoru a nízká cena· Lze Jej využit všude tam, kde je nutné přenést ne značné vzdálenosti stejnosměrný analogový signál obou polarit s velkou přesností i za přítomnosti elektromagnetického rušení.The advantage of connecting the circuit for galvanic separation of DC current signal is that it does not matter the polarity of the DC signal, its circuit simplicity, high accuracy, low demands and labor intensity of current transformer production and low cost · Can be used wherever it is necessary to transfer not significant distances DC analog signal of both polarities with high accuracy even in the presence of electromagnetic interference.

Zapojení obvodu pro galvanické oddělení stejnosměrného proudového signálu je znázorněno na výkresech, kde na obr. 1 Je znázorněno blokové schéma zapojení a na obr. 2 je uveden jeden z možných konkrétních příkladů provedení·The circuit for the galvanic isolation of the DC current signal is shown in the drawings, where Fig. 1 shows a block diagram and Fig. 2 shows one of the possible specific examples of implementation.

Zapojení obvodu pro galvanické odděleni stejnosměrného proudového signálu podle vynálezu obsahuje transformátor 2 proudu, generátor 6 galvanicky odděleného ovládacího napětí, snímací odpor 4, porovnávací odpor 5 a diferenční zesilovač 7. První proudová svorka 01 je spojena s prvním vstupem 11 lineárního střídače 1., zatímco druhá proudová vstupní avorka 02 je spojena s druhým vstupem 12 lineárního střídače .1, jehož první výCS 271685 01 vod 13 je spojen s prvním přívodem 21 primárního vinutí transformátoru 2 proudu. Střední vývod 14 lineárního střídaČe 1 je propojen 86 středním přívodem 22 primárního vinutí transformátoru 2 proudu a druhý vývod 15 lineárního atřidače 1, je spojen s druhým přívodem 23 primárního vinuti transformátoru 2 proudu, jehož první vývod 24 sekundárního vinutí je epojen 8 prvním přívodem 31 lineárního synchronního detektoru 2· jehož střední přívod 32 je spojen se etředním vývodem 25 sekundárního vinutí transformátoru 2 proudu, jehož druhý vývod 26 eekundárního vinutí je 9pojen s druhým přívodem 33 lineárního synchronního detektoru 3. První ovládací přívod 34 lineárního synchronního detektoru £ je propojen se třetím vývodem 63 generátoru €ί galvanicky odděleného ovládacího napětí, jehož čtvrtý vývod 64 je spojen s druhým ovládacím přívodem 35 lineárního synchronního detektoru 3 a první vývod 61 generátoru 6 galvanicky odděleného ovládacího napětí je propojen s první ovládací evorkou 16 lineárního střídače ^1, na jehož druhou ovládací evorku 17 je připojen druhý vývod 62 generátoru galvanicky odděleného ovládacího napětí· První vývod 36 lineárního synchronního detektoru £ je spojen s prvním přívodem 41 snímacího odporu 4 a s neinvertující vstupní evorkou 71 diferenciálního zesilovače 7, jehož invertující vstupní svorka 72 je napojena na druhou výstupní proudovou svorku 04 a na první přívod 51 porovnávacího odporu 5, jehož druhý přívod 52 je spojen s druhým přívodem 42 snímacího odporu 4 a 8 druhým vývodem 37 lineárního synchronního detektoru 3t. Výstupní svorka 73 diferenciálního zesilovače 7~ je napojena na první výstupní proudovou svorku 03·The circuitry for the galvanic isolation of the DC current signal according to the invention comprises a current transformer 2, a galvanically isolated control voltage generator 6, a sensing resistor 4, a comparing resistor 5 and a differential amplifier 7. The first current terminal 01 is connected to the first input 11 of the linear inverter 1. the second current input terminal 02 is connected to the second input 12 of the linear inverter 1, whose first outlet 271685 01 of the water 13 is connected to the first supply 21 of the primary winding of the current transformer 2. The central terminal 14 of the linear inverter 1 is connected by 86 the central terminal 22 of the primary winding of the current transformer 2 and the second terminal 15 of the linear inverter 1 is connected to the second terminal 23 of the primary winding of the current transformer 2. the central lead 32 is connected to the central terminal 25 of the secondary winding of the current transformer 2, the second terminal 26 of the secondary winding 9 is connected to the second terminal 33 of the linear synchronous detector 3. 63 of the galvanically isolated control voltage generator, the fourth terminal 64 of which is connected to the second control terminal 35 of the linear synchronous detector 3 and the first terminal 61 of the galvanically isolated control voltage generator 6 is connected to the first The second terminal 36 of the linear synchronous detector 6 is connected to the first terminal 41 of the sensing resistor 4 and to the non-inverting input terminal 71 of the differential amplifier 7. whose inverting input terminal 72 is connected to the second output current terminal 04 and to the first terminal 51 of the comparative resistor 5, the second terminal 52 being connected to the second terminal 42 of the sensing resistor 4 and 8 through the second terminal 37 of the linear synchronous detector 3t. The output terminal 73 of the differential amplifier 7 ~ is connected to the first output current terminal 03 ·

Jednotlivé prvky lze charakterizovat například takto: transformátoru 2 proudu je běžný transformátorek ne hrníčkovém feritovém jádře vinutý bifilárně· Lineární střídač 1. je tvořen polem řízenými tranzistory· Lineární synchronní detektor 31 je například tvořen polem řízeným tranzistory. Generátor €> galvanicky odděleného ovládacího napětí je například běžný střídač se dvěma tranzistory a transformátorkem na hrníčkovém feritovém jádře, jehož dvě sekundární vinutí slouží к ovládání polem řízených tranzistorů· Snímací odpor 4 je běžný stabilní odpor právě tak, jako porovnávací odpor Diferenciální zesilovač 7* se skládá například z přístrojového operačního zesilovače s nízkým teplotním driftem.Individual elements can be characterized, for example, as follows: current transformer 2 is a conventional transformer on a potted ferrite core wound bifilarly. The linear inverter 1 is formed by field-controlled transistors. The linear synchronous detector 31 is, for example, a field-controlled transistor. The galvanically isolated control voltage generator is, for example, a conventional inverter with two transistors and a transformer on a potted ferrite core whose two secondary windings serve to control the field-controlled transistors. The sensing resistor 4 is a common stable resistor as well as a comparative resistor. it consists, for example, of an instrument operational amplifier with a low temperature drift.

Generátor j6 galvanicky odděleného ovládacího napětí vytváří na svých vývodech 61, 62 a 63, 64 dvě vzájemně galvanicky oddělenáovládací napětí obdélníkového průběhu, která se přivedou na ovládací dvorky 16 a 17 lineárního střídače .1. Tímto napětím je lineární střídač j. ovládán tak_f že způsobí přeměnu vstupního stejnosměrného proudu na střídavý, který je přiveden na primární vinutí transformátoru 2 proudu, zde se galvanicky oddělí a střídavý proudový průběh ze sekundárního vinutí převedením na vstup lineárního synchronního detektoru 3i se přemění na stejnosměrný. Lineární synchronní detektor 3: je ovládán napětím z generátoru galvanicky odděleného ovládacího napětí, které je přivedeno na jeho ovládací přívod 34, 35 a které je synchronní s ovládacím napětím pro lineární střídač 1.· Usměrněný proud lineárním synchronním detektorem 3 se uzavírá přes snímací odpor 4,The galvanically isolated control voltage generator 16 generates at its terminals 61, 62 and 63, 64 two mutually galvanically isolated control voltages of a rectangular waveform which are applied to the control yards 16 and 17 of the linear inverter. This voltage is a linear inverter j. Actuated so _f method of converting an input DC to AC current which is applied to the primary winding of the transformer 2 stream are galvanically separated, and the alternating current waveform of the secondary winding of converting the input of a linear synchronous detector 3i is converted to dc. Linear synchronous detector 3: it is controlled by a voltage from the generator of the galvanically separated control voltage which is applied to its control supply 34, 35 and which is synchronous with the control voltage for the linear inverter 1. · The rectified current of the linear synchronous detector 3 is closed via sensing resistor 4 ,

Vzhledem к tomu, že proud protéká vždy přes snímací odpor 4, závisí úbytek napětí na tomto odporu pouze na jeho hodnotě. Tento úbytek napětí je přiveden na neinvertující vstupní svorku 71 diferenciálního zesilovače 7^, jehož výstupní svorka 73 je připojena na první výstupní proudovou svorku 03, kterou zesilovač protlačí do výstupní zátěže připojené na druhou výstupní proudovou svorku 04 vždy takový proud, který vyvolá stejný úbytek na porovnávacím odporu 5 bez ohledu na velikost impedance výstupní zátěže. Pokud poměr porovnávacího odporu J5 a snímacího odporu 4 je stejný jako převod transformátoru 2 proudu, je poměr vstupního a výstupního stejnosměrného proudu 1 : 1. Generátor 6 galvanicky odděleného ovládacího napětí může ovládat současně několik převodníků, zrovna tak diferenciální zesilovač 7 a jeho neinvertující svorka 71, může být rovněž přepínán pro libovolný počet převodníků.Since the current always flows through the sensing resistor 4, the voltage drop depends only on its value. This voltage drop is applied to the non-inverting input terminal 71 of the differential amplifier 7, whose output terminal 73 is connected to the first output current terminal 03, through which the amplifier pushes into the output load connected to the second output current terminal 04 5, regardless of the output load impedance. If the ratio of the comparator resistor J5 and the sensing resistor 4 is the same as that of the current transformer 2, the ratio of the input and output direct current is 1: 1. The galvanically isolated control voltage generator 6 can control several converters simultaneously, as well as differential amplifier 7 and its non-inverting terminal 71 , can also be switched for any number of converters.

Claims

Connection of circuit for galvanic separation of direct current signal, containing linear inverter. a current transformer, a linear synchronous detector, a sensing resistor, a comparing resistor, a galvanically isolated control voltage generator and a differential amplifier, the first and second current terminals being connected to the first and second leads of the linear inverter. the terminals of which are connected by β leads of the primary winding of the current transformer and whose control inputs are connected by 8 first and second terminals of the generator of galvanically separated control voltage, characterized in that the first terminal (24) of the secondary winding of the current transformer (2) is connected to the first lead ) of the linear synchronous detector (3). having a central lead (32) connected to and a secondary lead (25) of the secondary winding, a current transformer (2), - a second lead (26) of the secondary winding being connected and a second lead (33) of the linear synchronous detector (3). the first control lead (34) of which is connected to a third lead (63) of the galvanically isolated control voltage generator (6), the fourth lead (64) of which is connected to the second control lead (35) of the linear synchronous detector (3). the first terminal (35) of which is connected by the β first terminal (41) of the resistor (4) and the non-inverting input terminal (71) of the differential amplifier (7). whose inverting input terminal (72) is connected to a second output current terminal (04) and to a first supply (51) of a comparative resistor (5), the second supply (52) of which is connected to a second supply (42) of the sensing resistor (4) and a second terminal (37) of the linear synchronous detector (3), the output terminal (73) of the differential amplifier (7) being connected to the first output current terminal (03).