Ausführungsbeispielembodiment
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Beispieles und einer zugehörigen Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt das Prinzipschaltbild eines Gleichstromwandlers gemäß der Erfindung.The invention is explained below with reference to an example and an accompanying drawing. The drawing shows the schematic diagram of a DC-DC converter according to the invention.
Wie in der Zeichnung dargestellt, ist auf einem Magnetkern 1 eine den zu messenden Gleichstrom IP führende Meßwicklung 2 aufgebracht, die als Primärwicklung fungiert und aus wenigen Windungen bzw. einem einzigen Leiter besteht. Des weiteren ist der Magnetkern 1 entsprechend einem nach dem Nullflußprinzip arbeitenden Gleichstromwandler mit einer Kompensationswicklung 3 versehen, die sozusagen der Sekundärwicklung entspricht. Außerdem sind im Magnetkern 1 zwei Isthmen vorgesehen, in denen jeweils Sonden 4 und 5 angeordnet sind. Selbige tragen jeweils eine Vormagnetisierungswicklung 6 bzw. 7 sowie jeweils eine Indikatorwicklung 8 bzw. 9. Die Vormagnetisierungswicklungen 6 und 7 werden von einem Wechselspannungsgenerator 10 gespeist, so daß ein trägerfrequentes magnetisches Wechselfeld Hv erzeugt wird, welches dem vom zu messenden Gleichstrom IP im Magnetkern 1 hervorgerufenen magnetischen Gleichfeld Ha überlagert ist. Den Indikatorwicklungen 8 bzw. 9 sind jeweils Differenzierglieder 11 und 12 nachgeschaltet, deren Ausgänge an je einem Trigger 13 bzw. 14 liegen. Die Ausgangsspannungen der Trigger 13 und 14 werden an eine Logik 15 geführt, die ihrerseits Schalter 16 und 17 steuert. Die Schalter 16 und 17 liegen im Aufladekreis eines Kondensators 18, dessen Spannung eine Eingangsgröße eines Verstärkers 19 bildet. Dieser Verstärker 19 arbeitet auf die Kompensationswicklung 3 sowie eine hierzu in Reihe geschaltete Bürde 20. Um zu gewährleisten, daß auch Vorgänge mit mehr hohen Frequenzen, die dem Gleichstrom überlagert sind oder allein an der Meßwicklung 2 liegen, mit großer Genauigkeit abgebildet werden können, ist der Magnetkern 1 noch mit einer weiteren Wicklung, einer sogenannten Induktionswicklung 21 versehen, die direkt auf den Verstärker 19 arbeitet. Dieser gemäß der Lehre der DD-Patentanmeldung G 01 R/2603211 ausgebildete Gleichstromwandler ist erfindungsgemäß durch folgende Bauelemente erweitert: Sowohl an den Ausgang des Triggers 13 als auch an den Ausgang des Triggers 14 ist je ein Integriefglied 22 bzw. 23 geschaltet, welches den Mittelwert des jeweiligen Triggerausgangssignales bildet und die entsprechende Spannung auf den entsprechenden Trigger 13 bzw. 14 zurückführt. Des weiteren ist ein Diskriminator 24 vorgesehen, der einen der Trigger 13 oder 14 oder aber auch beiden Triggern 13 und 14, in diesem Falle dem Trigger 13, nachgeschaltet ist und der stets dann ein Ausgangssignal abgibt, wenn die Impulse am Ausgang des Triggers 13 fehlen bzw. nicht die gewünschte Größe erreicht haben. Der Diskriminator 24 arbeitet schließlich auf einen Wechselspannungsgenerator 25, der seinerseits eine dreieckförmige Spannung dem Verstärker 19 zuführt, wenn der Diskriminator 24 ein Ausgangssignal abgibt. Weiterhin ist es möglich, dem Diskriminator 24 noch einen Impulsgeber 26 zuzuordnen, der nur beim Zuschalten der Hilfsenergie dem Diskriminator ein Signal zuführt, was gleich dem fehlenden oder nicht entsprechend großen Ausgangssignalen der Trigger 13 und/oder 14 zur Ansteuerung des Wechselspannungsgenerators 25 führt. Die Wirkungsweise dieser Schaltung ist folgende:As shown in the drawing, on a magnetic core 1 is applied to the measuring direct current I P measuring winding 2, which acts as a primary winding and consists of a few turns or a single conductor. Furthermore, the magnetic core 1 is provided in accordance with a working according to the zero flux DC converter with a compensation winding 3, which corresponds to the secondary winding, so to speak. In addition, two Isthmen are provided in the magnetic core 1, in each of which probes 4 and 5 are arranged. The bias windings 6 and 7 are fed by an AC voltage generator 10, so that a carrier-frequency alternating magnetic field Hv is generated, which is to be measured by the direct current I P in the magnetic core 1 superimposed magnetic field H a is superimposed. The indicator windings 8 and 9 respectively differentiating 11 and 12 are connected downstream, whose outputs are each a trigger 13 and 14, respectively. The output voltages of the triggers 13 and 14 are fed to a logic 15, which in turn controls switches 16 and 17. The switches 16 and 17 are located in the charging circuit of a capacitor 18 whose voltage forms an input of an amplifier 19. This amplifier 19 operates on the compensation winding 3 and a burden 20 connected in series to ensure that even operations with more high frequencies, which are superimposed on the DC or alone on the measuring winding 2, can be mapped with great accuracy is the magnetic core 1 is still provided with a further winding, a so-called induction winding 21, which operates directly on the amplifier 19. This trained according to the teaching of DD patent application G 01 R / 2603211 DC converter is according to the invention by the following components expanded: both the output of the trigger 13 and to the output of the trigger 14 is a respective Integriefglied 22 and 23 connected, which is the mean forms the respective trigger output signal and the corresponding voltage to the corresponding trigger 13 and 14, respectively. Furthermore, a discriminator 24 is provided, which is one of the trigger 13 or 14 or both triggers 13 and 14, in this case the trigger 13, connected downstream and always outputs an output signal when the pulses at the output of the trigger 13 is missing or have not reached the desired size. The discriminator 24 eventually operates on an AC voltage generator 25, which in turn supplies a triangular voltage to the amplifier 19 when the discriminator 24 outputs an output signal. Furthermore, it is possible to assign a pulse generator 26 to the discriminator 24, which only supplies a signal to the discriminator when the auxiliary power is switched on, which leads to the missing or not correspondingly large output signals of the trigger 13 and / or 14 for controlling the AC voltage generator 25. The operation of this circuit is the following:
Der zu messende Gleichstrom IP durchfließt die Meßwicklung 2, wodurch der Magnetkern 1 mit seinen Sonden 4,5 magnetisiert wird. Die Sonden 4,5 liefern ein impulsförmiges Ausgangssignal und zwar mit einer Frequenz, die der Frequenz des Wechselspannungsgenerators 10, der die Vormagnetisierungswicklungen 6,7 speist, identisch ist. Der zeitliche Abstand dieser Impulse ist abhängig von der Richtung und Größe des Stromes lP, der die Meßwicklung durchfließt. Die genauere Identifizierung der Lage der Impulse zueinander erfolgt mit Hilfe der Differenzierglieder 11,12, deren Ausgangssignal immer dann einen Nulldurchgang aufweist, wenn das Ausgangssignal der Indikatorwicklungen 8,9 jeweils einen Extremwert erreicht. Das Ausgangssignal der Differenzierglieder 11,12 wird mittels der Trigger 13,14 in eine äquidistante Rechteckspannung umgeformt, deren Tastverhältnis proportional zum Abstand der Impulse aus den Indikatorwicklungen 8,9 ist. Die Logik 15 sorgt dafür, daß bei gleichem Tastverhältnis der Rechteckspannungen entweder kein Schalter oder beide Schalter 16,17 gleichsinnig angesteuert werden. In beiden Fällen wird der Kondensator 18 nicht geladen bzw. nicht umgeladen. Ein derartiger Betriebsfall liegt vor, wenn durch die Meßwicklung 2 kein Strom fließt, also auch die Bürde 20 mit keinem Strom beaufschlagt werden darf. Im Ergebnis eines Stromflusses durch die Meßwicklung 2 ändert sich hingegen das Tastverhältnis der Rechteckspannungen am Ausgang der Trigger 13,14 gegensinnig zueinander. Mittels Logik 15 werden dann entweder der Schalter 16 oder der Schalter 17 oder aber auch entsprechend dem Tastverhältnis beide Schalter mit unterschiedlichen Schließzeiten angesteuert, wodurch der Kondensator 18 geladen oder entladen wird. Der Mittelwert der Spannung über dem Kondensator 18 ist dann stets von Null verschieden und der Verstärker 19 treibt durch die Kompensationswicklung 3 sowie die Bürde 20 einen so großen Strom, daß sich Durchflutungsgleichgewicht im Magnetkern 1 und seinen Sonden 4,5 einstellt.The measured direct current I P flows through the measuring winding 2, whereby the magnetic core 1 is magnetized with its probes 4,5. The probes 4, 5 deliver a pulse-shaped output signal having a frequency identical to the frequency of the AC generator 10 feeding the bias windings 6, 7. The time interval of these pulses is dependent on the direction and magnitude of the current I P , which flows through the measuring winding. The more precise identification of the position of the pulses relative to one another takes place with the aid of the differentiating elements 11, 12, whose output signal always has a zero crossing when the output signal of the indicator windings 8, 9 reaches an extreme value in each case. The output signal of the differentiating elements 11, 12 is converted by means of the triggers 13, 14 into an equidistant square-wave voltage whose duty cycle is proportional to the distance of the pulses from the indicator windings 8, 9. The logic 15 ensures that with the same duty cycle of the square-wave voltages either no switch or both switches 16,17 are driven in the same direction. In both cases, the capacitor 18 is not charged or not reloaded. Such a case of operation exists when no current flows through the measuring winding 2, so that the load 20 may not be subjected to any current. As a result of a current flow through the measuring winding 2, however, the duty cycle of the rectangular voltages at the output of the trigger 13,14 changes in opposite directions to each other. By means of logic 15, either the switch 16 or the switch 17 or else, according to the duty ratio, both switches are activated with different closing times, whereby the capacitor 18 is charged or discharged. The mean value of the voltage across the capacitor 18 is then always different from zero and the amplifier 19 drives through the compensation winding 3 and the burden 20 such a large current that sets the flux balance in the magnetic core 1 and its probes 4.5.
Tritt nun aber der Fall ein, daß der zulässige Aussteuerbereich des Wandlers, das heißt der maximale primäre Strom IP, der vom Wandler übertragen werden kann, überschritten wird oder aber die Hilfsenergie nach Beaufschlagung des Wandlers mit einem Primärstrom IP zugeschaltet wird, so fehlen die Ausgangsimpulse der Sonden 4 und 5, die Trigger 13 und 14 werden nicht angesteuert und haben somit ein nicht definiertes Ausgangssignal. Daß es zu keiner Fehlaussteuerung des Verstärkers 19 und somit nicht zu einem Fehlverhalten des Wandlers in diesen Fällen kommt, wird durch die Schaltungselemente 22 bis 26 erreicht. Da sich die Ausgangssignale der Trigger 13,14hierbei nicht zeitlich ändern, liegen entsprechende Spannungen an den Ausgängen der Integrierglieder 22,23, die, auf den jeweiligen Trigger 13 bzw. 14 zurückgeführt, diesen in dieser Lage halten. Am Ausgang des Diskriminators 24 liegt dann ein Ausgangssignal an, welches den Wechselspannungsgenerator 25 aktiviert. Dieser Wechselspain iungsgenerator 25 steuert sodann den Verstärker 19 aus, was zu einer Wechse.durchflutung des Magnetkernes 1 zusätzlich zur Magnetisierung durch den Primärstrom lPführt. Sinkt nun die Gesamtdurchflutung im Magnetkern 1 unter einen bestimmten Wert, so geht der Wandler selbsttätig wieder in seine normale Arbeitsweise nach dem Nullflußprinzip über. Der Diskriminator 24 schaltet den Wechselspannungsgenerator 25 ab. An den Ausgängen der Trigger 13 und 14 liegen rechteckförmige Spannungen an, deren Mittelwerte durch die Intergriergiieder 22 und 23 gebildet werden und auf den Eingang des jeweiligen Triggers 13 bzw. 14 zur Bildung einer Triggerschwelle zurückgeführt werden, die ein Maß für den Zustand der Aussteuerung des Magnetkernes 1 ist.If, however, the case occurs that the permissible modulation range of the converter, that is to say the maximum primary current I P which can be transmitted by the converter, is exceeded or if the auxiliary energy is switched on by application of a primary current I P after the converter has been acted upon the output pulses of the probes 4 and 5, the triggers 13 and 14 are not driven and thus have an undefined output signal. That there is no Fehlaussteuerung the amplifier 19 and thus not to a malfunction of the converter in these cases, is achieved by the circuit elements 22 to 26. Since the output signals of the triggers 13, 14 do not vary in time, corresponding voltages are present at the outputs of the integrators 22, 23, which are fed back to the respective triggers 13, 14, keeping them in this position. At the output of the discriminator 24 then there is an output signal which activates the AC voltage generator 25. This Wechselspain voltage generator 25 then controls the amplifier 19, which leads to a Wechsse.durchflutung of the magnetic core 1 in addition to the magnetization by the primary current l P. Now sinks the total flooding in the magnetic core 1 below a certain value, the converter automatically returns to its normal operation on the Nullflußprinzip. The discriminator 24 turns off the AC generator 25. At the outputs of the triggers 13 and 14 are rectangular voltages whose mean values are formed by the Intergriergiieder 22 and 23 and are fed back to the input of the respective triggers 13 and 14 to form a trigger threshold, which is a measure of the state of the modulation of Magnetic core 1 is.
Die erfindungsgemäße Lösung umfaßt auch die Möglichkeit, durch eine entsprechende Ausbildung des Diskriminators 24 diesen nun einmal, nämlich nur während des Zuschaltens der Hilfsenergie zur Wirkung kommen zu lassen, indem der Wechselspannungsgenerator 25 aktiviert wird. Beim Zuschalten der Hilfsenergie gibt der Impulsgeber 26 ein Signal an den Diskriminator 24 ab, der seinerseits unabhängig von dem Zustand der Trigger 13 und/oder 14 den Wechselspannungsgenerator 25 einschaltet. Dieser steuert dann den Verstärker 19 aus, was zu einer zusätzlichen Durchflutung des Magnetkernes 1 führt. Sinkt die Durchflutung des Magnetkernes 1 unter einen bestimmten Wert, so erscheinen an den Ausgängen der Trigger 13 und 14 Ausgangsimpulse, die über die Logik 15 die Schalter 16 und 17 ansteuern und den Übergang des Wandlers zum normalenThe solution according to the invention also includes the possibility, by means of a corresponding design of the discriminator 24, of having it take effect once, namely only during the connection of the auxiliary energy, by activating the AC voltage generator 25. When connecting the auxiliary power of the pulse generator 26 outputs a signal to the discriminator 24, which in turn, regardless of the state of the trigger 13 and / or 14, the AC voltage generator 25 turns on. This then controls the amplifier 19, which leads to an additional flooding of the magnetic core 1. Decreases the flux of the magnetic core 1 below a certain value, appear at the outputs of the trigger 13 and 14 output pulses that control the switches 16 and 17 via the logic 15 and the transition of the transducer to normal
Nullflußprinzip bewirken. Der Diskriminator 24 schaltet den Wechselspannungsgenerator 25 dann ab. Eine Wiedereinschaltung des Wechselspannungsgenerators 25 ist hierbei nur über den Impulsgeber 26, das heißt bei erneutem Einschalten des Wandlers notwendig, da durch die Bildung eine der Ansteuerung des Magnetkernes 1 entsprechenden Triggerschwelle durch Mittelwertbildung der Ausgangssignale der Trigger 13 und 14 durch die l.ntegrierglieder 22 und 23 die Trigger 13,14 bei Übersteuerung des Magnetkernes 1 eine definierte Lage einnehmen, was zu einem zumindest die Richtung des zu messenden Stromes repräsentierenden Ausgangsstrom führt und der Wandler nach Zurücknahme der Übersteuerung von selbst in das normale Arbeitsregime zurückkehrt.Zero flow principle cause. The discriminator 24 then turns off the AC generator 25. A reclosure of the AC voltage generator 25 is in this case only on the pulse generator 26, that is necessary when switching the converter again, since by forming a triggering of the magnetic core 1 corresponding trigger threshold by averaging the output signals of the trigger 13 and 14 by the l.ntegrierglieder 22 and 23, the triggers 13,14 take over a defined position in overdriving the magnetic core 1, which leads to an at least the direction of the current to be measured representative output current and the converter returns after withdrawal of the override by itself in the normal working regime.