DE10057315B4

DE10057315B4 - Circuit arrangement for the floating transmission of a measurement signal and isolation amplifier in which it is used

Info

Publication number: DE10057315B4
Application number: DE2000157315
Authority: DE
Inventors: Markus Kopetzki
Original assignee: Kopetzki Markus Dipling
Current assignee: DRAGO AUTOMATION GMBH, DE
Priority date: 2000-11-17
Filing date: 2000-11-17
Publication date: 2004-11-18
Anticipated expiration: 2020-11-18
Also published as: DE10057315A1

Abstract

Schaltungsanordnung zum potentialfreien Übertragen eines Messsignals, insbesondere eines Messspannungssignals oder eines Messstromsignals, mittels eines Übertragers (20), aufweisend
– eingangsseitig einen Operationsverstärker (6), der eine eingangsseitige Messspannung (Uein) in einen Messstrom (I1) wandelt, der von einem Schaltungselement (15) einer angeschlossenen Zerhackereinheit (8) zerhackt und auf eine mit der Zerhackereinheit (8) verbundene Primärwicklung (21) des Übertragers (20) geführt wird, wobei der Operationsverstärker (6) derart mit einem Zwischenwiderstand (16) geschaltet ist, dass der Zwischenwiderstand (16) zwischen einen zweiten Eingangsanschluss (2) der Schaltungsanordnung und einen Minus-Eingang (5) des Operationsverstärkers (6) geschaltet ist und dass am Zwischenwiderstand (16) eine Zwischenspannung abfällt,
– deren Betrag in etwa gleich dem Betrag der Messspannung (Uein) ist und
– die über eine eingangsseitige Rückwirkungsleitung (17) auf den Minus-Eingang (5) des Operationsverstärkers (6) wirkt und
– ausgangsseitig eine Sekundärwicklung (24), die den zerhackten Strom auf eine angeschlossene, passive Gleichrichtereinheit (27, 28) führt, die den Strom gleichrichtet...Circuit arrangement for the potential-free transmission of a measurement signal, in particular a measurement voltage signal or a measurement current signal, by means of a transmitter (20)
- On the input side an operational amplifier (6) which converts a measurement voltage (Uein) on the input side into a measurement current (I1) which chops from a circuit element (15) of a connected chopper unit (8) and onto a primary winding (21) connected to the chopper unit (8) ) of the transformer (20), the operational amplifier (6) being connected with an intermediate resistor (16) such that the intermediate resistor (16) between a second input terminal (2) of the circuit arrangement and a minus input (5) of the operational amplifier (6) is switched and that an intermediate voltage drops across the intermediate resistor (16),
- whose amount is approximately equal to the amount of the measurement voltage (Uein) and
- Which acts via an input-side feedback line (17) on the minus input (5) of the operational amplifier (6) and
- On the output side, a secondary winding (24) that leads the chopped current to a connected, passive rectifier unit (27, 28) that rectifies the current ...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum potentialfreien Übertragen eines Messsignals, insbesondere eines Messspannungssignals oder eines Messstromsignals, mittels mindestens eines Übertragers.The The present invention relates to a circuit arrangement for floating transmission a measurement signal, in particular a measurement voltage signal or a measuring current signal, by means of at least one transmitter.

Wie beispielsweise aus "Halbleiterschaltungstechnik", U. Tietze und Ch. Schenk, 1999, Springer-Verlag Berlin 11. Auflage, S. 989-993, S. 1384, sowie 2. Auflage, 1971, S. 34-35 bekannt, bieten sich für die Potentialtrennung elektrischer Messstromkreise grundsätzlich optoelektrische Übertragungsmittel oder transformatorische Übertragungsmittel an. Der Einsatz optoelektrischer Übertragungsmittel bedingt hierbei, dass Offsetschaltungsmittel und Verstärker vorzusehen sind, um einerseits einen möglichst linearen Kennlinienbereich der optoelektrischen Übertragungsmittel ausnützen zu können und um andererseits eine ausreichende Auflösung, insbesondere bei kleinen zu übertragenden Meßsignalen, sicherzustellen. Um auch im Langzeitverhalten eine ausreichende Stabilität der Linearität und des Nullpunkts zu gewährleisten, muß bei der Auslegung und bei der Auswahl der Offsetschaltungsmittel ein nicht selten unverhältnismäßig großer Aufwand getrieben werden.How for example from "semiconductor circuit technology", U. Tietze and Ch. Schenk, 1999, Springer-Verlag Berlin 11th edition, pp. 989-993, p. 1384, as well as 2nd edition, 1971, pp. 34-35, are available for electrical isolation electrical measuring circuits basically optoelectric transmission means or transformative transmission means on. The use of optoelectric transmission means here that offset switching means and amplifiers are to be provided, on the one hand, if possible take advantage of the linear characteristic range of the optoelectric transmission means can and on the other hand a sufficient resolution, especially for small ones to be transferred measurement signals sure. To be sufficient even in long-term behavior stability of linearity and ensure the zero point must at the design and the selection of the offset circuit means not rarely disproportionate effort to be driven.

Zum Umgehen dieser Schwierigkeiten können nun transformatorische Übertragungsmittel eingesetzt werden. Hierbei wird meist das Meßsignal mit einem Schalter oder mit mehreren, häufig zwei Schaltern zerhackt, das heißt in ein rechteckförmiges Wechselsignal umgeformt, transformatorisch in den Ausgangsstromkreis übertragen und dort wieder gleichgerichtet. Insbesondere bei einem Meßspannungssignal muß die Gleichrichtung von einem elektronischen Schalter erfolgen, weil durch die Flußspannung möglicher Gleichrichterdioden verursachte Spannungsabfälle das Meßsignal, insbesondere dessen Signalspannung, verfälschen würden.To the Can bypass these difficulties now transformative means of transmission be used. Here, the measurement signal is usually with a switch or with several, often two switches chopped, that is, into a rectangular alternating signal transformed, transferred into the output circuit and rectified there again. Especially with a measuring voltage signal must the Rectification done by an electronic switch because by the river tension potential Rectifier diodes caused voltage drops in the measurement signal, in particular its Signal voltage, falsify would.

Dies führt zu einem erheblichen Aufwand, weil die ausgangsseitigen elektronischen Schalter, zumeist bipolare Transistoren oder Feldeffekttransistoren, zum Präzisionsgleichrichten des Meßspannungssignals synchron zu den Zerhackerschaltern getaktet werden müssen; eine derartige Anordnung wird Synchrongleichrichtung genannt.This leads to a considerable effort because the electronic output Switches, mostly bipolar transistors or field effect transistors, for precision rectification of the measuring voltage signal must be synchronized with the chopper switches; a such an arrangement is called synchronous rectification.

Hierfür ist ein weiteres Übertragungsmittel erforderlich, um das Taktsignal den Zerhackerschaltern und den Gleichrichterschaltern gleichermaßen zur Verfügung zu stellen; ebenso darf das steuernde Taktsignal das Meßsignal nicht verfälschen; insbesondere beim Einsatz stromgesteuerter bipolarer Transistoren zum Zerhacken oder zum Gleichrichten dürfen die steuernden Basis-Emitterströme nicht durch den Meßübertrager fließen, denn diese Basis-Emitterströme würden hier zu einem Übertragungsfehler führen.For this is an additional means of transmission required, around the clock signal the chopper switches and the rectifier switches equally to disposal to deliver; the control clock signal may also the measurement signal do not falsify; especially when using current-controlled bipolar transistors the controlling base emitter currents must not pass through for chopping or rectifying the transmitter flow, because these base emitter currents would here to a transmission error to lead.

Dem Problem des Übertragungsfehlers wird zumeist durch sehr aufwendige zusätzliche Ansteuerübertrager begegnet, die die Steuerströme potentialfrei an die Zerhackertransistoren oder Gleichrichtertransistoren führen. Beim Einsatz von Feldeffekttransistoren führen die Gateströme, verursacht durch das steuernde Wechselspannungssignal an der Gate-Source-Kapazität, zu einem kapazitivem Störstrom und damit zum Übertragungsfehler.the Transmission error problem is mostly due to very complex additional control transformers encountered the tax flows potential-free to the chopper transistors or rectifier transistors to lead. When using field effect transistors, the gate currents cause by the controlling AC voltage signal at the gate-source capacitance, to one capacitive interference current and thus the transmission error.

Verstärkt wirksam ist dieser Effekt durch die notwendigerweise hohe Wechselspannungsamplitude an den Gates der Feldeffekttransistoren, die zum einwandfreien Schalten erforderlich sind. Die hochfrequenten Anteile der rechteckförmigen Steuerspannung begünstigen ebenfalls die kapazitiven Störströme.Increasingly effective is this effect due to the necessarily high AC voltage amplitude on the gates of the field effect transistors, which are used for perfect switching required are. The high-frequency components of the rectangular control voltage favor also the capacitive interference currents.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den Meßsignalübertrager mit zwei Primärwicklungen und mit zwei Sekundärwicklungen auszustatten, die jeweils von einem Schalter wechselweise an das Meßsignal geschaltet werden; in dieser Anordnung können die Steuersignale für das Meßsignal unschädlich nach Masse abgeleitet werden, wobei sich jedoch der Aufwand für den Meßsignalübertrager verdoppelt. Bei der Ansteuerung der Schalter muß in jedem Falle sichergestellt sein, daß zu jedem Zeitpunkt nur ein Zerhackerschalter oder Gleichrichterschalter geschaltet ist. Selbst geringe Schaltüberlappungen, das heißt ein geschalteter Zustand beider Schalter zum gleichen Zeitpunkt, würden hohe Übertragungsfehler bewirken.A another possibility consists of the measuring signal transmitter with two primary windings and with two secondary windings equip, each of a switch alternately to the measuring signal be switched; in this arrangement, the control signals for the measurement signal harmless after Mass are derived, but the effort for the measuring signal transmitter doubled. When activating the switch must be ensured in any case be that too Only one chopper switch or rectifier switch at any time is switched. Even slight switching overlaps, i.e. a switched one State of both switches at the same time would cause high transmission errors.

Bei einer Stromübertragung ist eine ausgangsseitige Synchrongleichrichtung nicht erforderlich, denn die Spannungsabfälle der Gleichrichterdioden haben keinen Einfluß auf den zu übertragenden Meßstrom. Zum Sicherstellen des Schaltverhaltens der eingangsseitigen Zerhackerschaltung muß jedoch in jedem Falle ein großer Aufwand betrieben werden. Andere Ansätze zur Problembehebung, wie etwa das Wandeln der Eingangsgröße in eine proportionale Frequenz oder in ein proportionales Puls-Pausen-Verhältnis, das Übertragen dieser Größe und das anschließende Rückwandeln, erfordern einen noch größeren Aufwand.at a power transmission synchronous rectification on the output side is not required, because the voltage drops the rectifier diodes have no influence on the measuring current to be transmitted. To ensure the switching behavior of the chopper circuit on the input side must however in any case a big one Effort. Other approaches to troubleshooting, such as converting the input variable into one proportional frequency or in a proportional pulse-pause ratio, the transmission this size and that subsequent Reconverting, require an even greater effort.

Ausgehend von den dargelegten Problemen und Unzulänglichkeiten der konventionellen Schaltungsanordnungen liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art bereitzustellen, bei der der Schaltungsaufwand gering ist und durch die eine sehr kostengünstige Realisierung bei sehr hoher Übertragungsgenauigkeit ermöglicht ist.Based on the problems and inadequacies of the conventional circuit arrangements set out, the present invention is based on the object of providing a circuit arrangement of the type mentioned at the outset in which the circuitry is low and enables a very cost-effective implementation with very high transmission accuracy.

Diese Aufgabe wird durch eine Schaltungsanordnung mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.This Task is achieved by a circuit arrangement with the in the claim 1 specified features solved. Advantageous refinements and useful developments of the present Invention are in the subclaims characterized.

Die Schaltungsanordnung gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung verbindet demzufolge einen geringen Schaltungsaufwand mit einer sehr kostengünstigen Realisierung und mit einer sehr hohen Übertragungsgenauigkeit.The Circuit arrangement according to the teaching of The present invention therefore combines a low circuit complexity with a very inexpensive Realization and with a very high transmission accuracy.

Die vorliegende Erfindung betrifft schließlich einen Trennverstärker, aufweisend mindestens eine Schaltungsanordnung der vorstehend aufgeführten Art. Bei einem derartigen Trennverstärker handelt es sich um einen Meßverstärker, bei dem der Eingangskreis und der Ausgangskreis mittels der Schaltungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung voneinander isoliert sind. Diese galvanische Trennung der Signalquelle (Aufnehmer, Meßfühler, Sensor) von der Signalverarbeitung ist beispielsweise bei medizinischen Geräten (→ Schutz des Patienten vor Überspannungen) und gegebenenfalls auch in der Verfahrenstechnik (→ Explosionsschutz) erforderlich; darüber hinaus werden durch die galvanische Trennung elektromagnetische Einstreuungen vermindert oder reduziert, womit sich eine störsichere Meßwertverarbeitung ergibt.The Finally, the present invention relates to an isolating amplifier having at least one circuit arrangement of the type listed above. With such an isolation amplifier is a measuring amplifier, at which the input circuit and the output circuit by means of the circuit arrangement according to the present Invention are isolated from each other. This galvanic isolation of the Signal source (transducer, sensor, sensor) of signal processing is, for example, medical devices (→ Protection of the patient from surges) and possibly also in process engineering (→ explosion protection) required; about that In addition, the galvanic isolation makes electromagnetic Littering is reduced or reduced, which makes interference-free Meas results.

Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:On embodiment the present invention is explained below with reference to the drawing. It shows:

1 ein Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung, in schematischer Prinzipdarstellung. 1 an embodiment of a circuit arrangement according to the present invention, in a schematic diagram.

Die anhand 1 veranschaulichte Schaltungsanordnung 100 ist zum potentialfreien Übertragen eines Meß(gleich)spannungssignals oder eines Meß(gleich)stromsignals mittels eines Übertragers 20 ausgelegt. Hierzu ist der Übertrager 20 mit einer Primärwicklung 21 eingangsseitig an eine Zerhackereinheit 8 und mit einer Sekundärwicklung 24 ausgangsseitig an eine passive Gleichrichtereinheit, bestehend aus zwei Gleichrichterdioden 27, 28, geschaltet.The based 1 illustrated circuit arrangement 100 is for the potential-free transmission of a measuring (equal) voltage signal or a measuring (equal) current signal by means of a transmitter 20 designed. This is the transmitter 20 with a primary winding 21 on the input side to a chopper unit 8th and with a secondary winding 24 on the output side to a passive rectifier unit consisting of two rectifier diodes 27 . 28 , switched.

Hierbei kann die Zerhackereinheit 8 aus einer besonders kostengünstigen integrierten Analog-Multiplexereinheit der Standard-CMOS-Logikfamilie 4000 oder 74HC4000 bestehen; besonders vorteilhaft ist der Einsatz einer Analog-Multiplexereinheit vom Typ 4053, die wie in 1 dargestellt verschaltet ist. Dieser integrierte Schaltkreis ist intern wie ein elektronisch steuerbarer Umschalter verschaltet und kann Spannungen bzw. Ströme schalten, die innerhalb der Versorgungsspannungsgrenzen des integrierten Schaltkreises liegen (die Versorgungsspannungsgrenzen sind im folgenden zur Vereinfachung nicht weiter beschrieben, wobei ein ordnungsgemäßer Betrieb der elektronischen Elemente vorausgesetzt wird).Here, the chopper unit 8th consist of a particularly inexpensive integrated analog multiplexer unit of the standard CMOS logic family 4000 or 74HC4000; The use of an analog multiplexer unit of the type 4053, as described in 1 is connected. This integrated circuit is connected internally like an electronically controllable changeover switch and can switch voltages or currents that lie within the supply voltage limits of the integrated circuit (the supply voltage limits are not further described below for the sake of simplicity, assuming proper operation of the electronic elements).

Die Analog-Multiplexereinheit vom Typ 4053 weist einen Steuereingang 14 auf, an dem mit einem elektrischen Logikpegel die Stellung des Schalterelements 15 bestimmt werden kann. Durch eine interne Anpassung des Ansteuersignals an die Schaltstufen wird sichergestellt, daß zu keinem Zeitpunkt beide internen Schalter geschlossen sind, so daß es unter keinen Umständen zu Schaltüberlappungen kommt (die Hersteller dieser integrierten Analog-Multiplexereinheiten spezifizieren eine sogenannte "break before make"-Zeit, in der beide Schalter mit Sicherheit unterbrochen sind; zusätzliche Bauteile zum Anpassen des Steuersignals und zum Vermeiden von Schaltüberlappungen können mithin entfallen).The type 4053 analog multiplexer unit has a control input 14 on the position of the switch element with an electrical logic level 15 can be determined. An internal adaptation of the control signal to the switching stages ensures that at no time both internal switches are closed, so that there is no switching overlap under any circumstances (the manufacturers of these integrated analog multiplexer units specify a so-called "break before make" time, in which both switches are interrupted with certainty; additional components for adapting the control signal and avoiding switching overlaps can therefore be omitted).

Am Steuereingang 14 wird nun das Zerhackertaktsignal 10 angelegt. Dieses Taktsignal 10 am Steuereingang 14 bewirkt, daß das Schaltelement 15 wechselweise den Strompfad von Bezugszeichen 11 zu Bezugszeichen 13 bzw. den Strompfad von Bezugszeichen 12 zu Bezugszeichen 13 schaltet. Die zugehörige Taktoszillatoreinheit 9 kann beispielsweise durch einen integrierten Oszillatorbaustein der gleichen Logikfamilie gebildet sein, etwa vom Typ 4047.At the control entrance 14 now becomes the chopper clock signal 10 created. This clock signal 10 at the control entrance 14 causes the switching element 15 alternately the current path of reference signs 11 to reference numerals 13 or the current path of reference numerals 12 to reference numerals 13 on. The associated clock oscillator unit 9 can be formed, for example, by an integrated oscillator module of the same logic family, for example of type 4047.

Zum Speisen der Zerhackereinheit 8 ist eine Verstärkereinheit 6 vorgesehen, die durch einen kostengünstigen Standard-Operationsverstärker gebildet ist. Der eingangsseitige Eingangswiderstand 3 dient zum einen dazu, dem Plus-Eingang 4 der Verstärkereinheit 6 einen Strompfad für den Eingangsruhestrom zur Verfügung zu stellen, und zum anderen liefert der Eingangswiderstand 3 der gesamten Übertragungsschaltung einen definierten Eingangswiderstandswert, so daß der Eingangswiderstand 3 sehr hochohmig dimensioniert werden kann.For feeding the chopper unit 8th is an amplifier unit 6 provided, which is formed by an inexpensive standard operational amplifier. The input resistance 3 serves on the one hand, the plus entrance 4 the amplifier unit 6 to provide a current path for the quiescent input current, and on the other hand provides the input resistance 3 the entire transmission circuit has a defined input resistance value, so that the input resistance 3 can be dimensioned very high impedance.

Beim Ansteuern durch eine niederohmige Meßspannungsquelle, die an den ersten Eingangsanschluß 1 der Schaltungsanordnung sowie an den zweiten Eingangsanschluß 2 der Schaltungsanordnung angeschaltet wird, kann der Eingangswiderstand 3 gänzlich entfallen. Hingegen kann der Eingangswiderstand 3 bei der Ansteuerung durch eine hochohmige Meßstromquelle, die an den ersten Eingangsanschluß 1 der Schaltungsanordnung sowie an den zweiten Eingangsanschluß 2 der Schaltungsanordnung angeschaltet wird, weiterhin als Strom-Spannungswandler fungieren; der Meßstrom wird dann am Eingangswiderstand 3 in eine Meßspannung gewandelt, die am ersten Eingangsanschluß 1 der Schaltungsanordnung sowie am zweiten Eingangsanschluß 2 der Schaltungsanordnung ansteht und die auf den hochohmigen Plus-Eingang 4 der Verstärkereinheit 6 wirkt. In diesem Zusammenhang ist der Eingangswiderstand 3 beim Einsatz als Strom-Spannungswandler in bevorzugter Weise niederohmig zu dimensionieren.When controlled by a low-impedance measuring voltage source connected to the first input connection 1 the circuit arrangement and to the second input terminal 2 the circuit arrangement is switched on, the input resistance 3 completely eliminated. In contrast, the input resistance 3 when controlled by a high-impedance measuring current source that is connected to the first input connection 1 the circuit arrangement and to the second input terminal 2 the circuit order is switched on, continue to function as a current-voltage converter; the measuring current is then at the input resistance 3 converted into a measuring voltage at the first input connection 1 the circuit arrangement and at the second input terminal 2 the circuit arrangement is present and the high-resistance plus input 4 the amplifier unit 6 acts. In this context is the input resistance 3 when used as a current-voltage converter in a preferred manner to dimension low.

Die Verstärkereinheit 6 erhält am Plus-Eingang 4 die Meßspannung bzw. eine Spannung, die als Spannungsabfall vom Eingangswiderstand 3 durch einen potentiellen Meßstrom hervorgerufen ist. Da nun die Verstärkereinheit 6 in Form des Operationsverstärkers mittels der Ausgangsstufe die Spannungsdifferenz zwischen dem Plus-Eingang 4 und dem Minus-Eingang 5 – von parasitären Effekten einmal abgesehen – zu Null regelt, stellt sich am zwischen den zweiten Eingangsanschluß 2 der Schaltungsanordnung und den Minus-Eingang 5 der Verstärkereinheit 6 geschalteten Zwischenwiderstand 16 – ein ordnungsgemäßer Betrieb vorausgesetzt – eine Spannung ein, die dem Betrag nach gleich der Meßspannung ist; diese Spannung wirkt über eine Rückwirkungsleitung 17 auf den Minus-Eingang 5 der Verstärkereinheit 6.The amplifier unit 6 receives at the plus entrance 4 the measuring voltage or a voltage that is the voltage drop from the input resistance 3 is caused by a potential measuring current. Now that the amplifier unit 6 the voltage difference between the plus input in the form of the operational amplifier using the output stage 4 and the minus input 5 - apart from parasitic effects - regulates to zero, is placed between the second input connection 2 the circuit arrangement and the minus input 5 the amplifier unit 6 switched intermediate resistance 16 - assuming proper operation - a voltage equal in magnitude to the measuring voltage; this voltage acts through a feedback line 17 to the minus entrance 5 the amplifier unit 6 ,

Der Ausgang 7 der Verstärkereinheit 6 treibt durch die Zerhackereinheit 8 einen eingangsseitigen Strom I1, der seinerseits am Zwischenwiderstand 16 einen Spannungsabfall verursacht, der dem Betrag nach gleich der Meßspannung ist. Dieser durch die Zerhackereinheit 8 in einen rechteckförmigen Wechselstrom gewandelte eingangsseitige Strom I1 wird auf die Primärwicklung 21 des Übertragers 20 geführt. Ein Rückleiter 22 der Primärwicklung 21 des Übertragers 20 ist über zwei eingangsseitige Kondensatoren 18, 19 wechselspannungsmäßig niederohmig an den eingangsseitigen Strompfad geschaltet.The exit 7 the amplifier unit 6 drives through the chopper unit 8th an input current I1, which in turn is connected to the intermediate resistor 16 causes a voltage drop equal in magnitude to the measurement voltage. This through the chopper unit 8th Input current I1 converted into a rectangular alternating current is applied to the primary winding 21 of the transmitter 20 guided. A return conductor 22 the primary winding 21 of the transmitter 20 is via two capacitors on the input side 18 . 19 AC low-voltage connected to the input current path.

Der rechteckförmige Wechselstrom wird vom Übertrager 20 in den Ausgangsstromkreis übertragen und gleichgerichtet; hierzu sind an der Sekundärwicklung 24 des Übertragers 20 zwei die passive Gleichrichtereinheit bildende Gleichrichterdioden 27, 28 vorgesehen. Ein Rückleiter 23 der Sekundärwicklung 24 des Übertragers 20 ist über zwei ausgangsseitige Kondensatoren 25, 26 wechselspannungsmäßig niederohmig an den ausgangsseitigen Strompfad geschaltet.The rectangular alternating current is from the transformer 20 transferred to the output circuit and rectified; for this are on the secondary winding 24 of the transmitter 20 two rectifier diodes forming the passive rectifier unit 27 . 28 intended. A return conductor 23 the secondary winding 24 of the transmitter 20 is via two capacitors on the output side 25 . 26 connected to the output-side current path in a low-impedance manner.

Der Kern des Übertragers 20 ist aus einem Ferritwrerkstoff gebildet, wobei derartige handelsübliche Ferritkerne verlustarm hohe Frequenzen übertragen können. Die Frequenz der Zerhackereinheit 8 wird in diesem Zusammenhang so hoch dimensioniert, daß die Verluste des Übertragers 20 infolge der sich ergebenden sehr kleinen magnetischen Flußdichte vernachlässigbar sind; mithin ist der ausgangsseitige Strom I2 in etwa gleich dem eingangsseitigen Strom I1.The core of the transmitter 20 is formed from a ferrite material, such commercially available ferrite cores being able to transmit high frequencies with little loss. The frequency of the chopper unit 8th is dimensioned so high in this context that the losses of the transformer 20 are negligible due to the resulting very small magnetic flux density; consequently, the current I2 on the output side is approximately equal to the current I1 on the input side.

Um ausgangsseitig eine Spannung abgreifen zu können, ist zwischen den ersten Ausgangsanschluß 30 der Schaltungsanordnung und den zweiten Ausgangsanschluß 31 der Schaltungsanordnung ein Ausgangswiderstand 29 geschaltet; der übertragene ausgangsseitige Strom I2 verursacht am Ausgangswiderstand 29 einen Spannungsabfall, der hochohmig als Ausgangsspannung am ersten Ausgangsanschluß 30 der Schaltungsanordnung und am zweiten Ausgangsanschluß 31 der Schaltungsanordnung abgegriffen werden kann. Soll ausgangsseitig ein Ausgangsstrom abgegriffen werden, so kann der Ausgangswiderstand 29 auch entfallen.In order to be able to tap a voltage on the output side, there is between the first output connection 30 the circuit arrangement and the second output terminal 31 the circuit arrangement an output resistor 29 connected; the transmitted output current I2 causes at the output resistor 29 a voltage drop, the high-resistance as an output voltage at the first output terminal 30 the circuit arrangement and at the second output terminal 31 the circuit arrangement can be tapped. If an output current is to be tapped on the output side, the output resistance can be used 29 also dropped.

Bei Gleichheit des Zwischenwiderstands 16 und des Ausgangswiderstands 29 ist die Eingangsspannung am ersten Eingangsanschluß 1 der Schaltungsanordnung sowie am zweiten Eingangsanschluß 2 der Schaltungsanordnung gleich der Ausgangsspannung am ersten Ausgangsanschluß 30 der Schaltungsanordnung sowie am zweiten Ausgangsanschluß 31 der Schaltungsanordnung. Durch Variation des Zwischenwiderstands 16 und/oder des Ausgangswiderstands 29 kann ein beliebiger Übertragungsfaktor für die Schaltungsanordnung eingestellt werden.If the intermediate resistance is equal 16 and the output resistance 29 is the input voltage at the first input terminal 1 the circuit arrangement and at the second input terminal 2 the circuit arrangement is equal to the output voltage at the first output terminal 30 the circuit arrangement and at the second output terminal 31 the circuit arrangement. By varying the intermediate resistance 16 and / or the output resistance 29 Any transmission factor can be set for the circuit arrangement.

11: erster Eingangsanschluß der Schaltungsanordnungfirst Input connection of the circuitry
22: zweiter Eingangsanschluß der Schaltungsanordnungsecond Input connection of the circuitry
33: Eingangswiderstand,Input resistance,
: insbesondere Ohmscher Eingangswiderstandin particular Ohmic input resistance
44: Plus-Eingang der Verstärkereinheit 6 Plus input of the amplifier unit 6
55: Minus-Eingang der Verstärkereinheit 6 Minus input of the amplifier unit 6
66: Verstärkereinheit,Amplifier unit,
: insbesondere Operationsverstärkerin particular operational amplifiers
77: Ausgang der Verstärkereinheit 6 Output of the amplifier unit 6
88th: Zerhackereinheitchopper
99: TaktoszillatoreinheitClock oscillator unit
1010: Taktsignalclock signal
11, 1311 13: erster Strompfad der Zerhackereinheit 8 first current path of the chopper unit 8th
12, 1312 13: zweiter Strompfad der Zerhackereinheit 8 second current path of the chopper unit 8th
1414: Steuereingang der Zerhackereinheit 8 Control input of the chopper unit 8th
1515: Schalterelement der Zerhackereinheit 8 Switch element of the chopper unit 8th
1616: Zwischenwiderstand,Intermediate resistance,
: insbesondere Ohmscher Zwischenwiderstandin particular Ohmic intermediate resistance
1717: eingangsseitige Rückwirkungsleitunginput side Retroactivity line
1818: erstes eingangsseitiges kapazitives Element,first capacitive element on the input side,
: insbesondere erster eingangsseitiger Kondensatorin particular first input-side capacitor
1919: zweites eingangsseitiges kapazitives Element,second capacitive element on the input side,
: insbesondere zweiter eingangsseitiger Kondensatorin particular second input-side capacitor
2020: Übertragerexchangers
2121: Primärwicklung des Übertragers 20 Primary winding of the transformer 20
2222: Rückleiter der Primärwicklung 21 des Übertragers 20 Return conductor of the primary winding 21 of the transmitter 20
2323: Rückleiter der Sekundärwicklung 24 des Übertragers 20 Return conductor of the secondary winding 24 of the transmitter 20
2424: Sekundärwicklung des Übertragers 20 Secondary winding of the transformer 20
2525: erstes ausgangsseitiges kapazitives Element,first output-side capacitive element,
: insbesondere erster ausgangsseitiger Kondensatorin particular first output-side capacitor
2626: zweites ausgangsseitiges kapazitives Element,second output-side capacitive element,
: insbesondere zweiter ausgangsseitiger Kondensatorin particular second output capacitor
2727: erste Diode der insbesondere passiven Gleichrichtereinheitfirst Diode of the particularly passive rectifier unit
2828: zweite Diode der insbesondere passiven Gleichrichtereinheitsecond Diode of the particularly passive rectifier unit
2929: Ausgangswiderstand,Output resistance,
: insbesondere Ohmscher Ausgangswiderstandin particular Ohmic output resistance
3030: erster Ausgangsanschluß der Schaltungsanordnungfirst Output connection of the circuitry
3131: zweiter Ausgangsanschluß der Schaltungsanordnungsecond Output connection of the circuitry
I1I1: eingangsseitiger Strominput side electricity
I2I2: ausgangsseitiger Stromoutput side electricity

Claims

Circuit arrangement for the potential-free transmission of a measurement signal, in particular a measurement voltage signal or a measurement current signal, by means of a transmitter ( 20 ), having - an operational amplifier on the input side ( 6 ), which converts an input-side measurement voltage (Uein) into a measurement current ( I1 ) converts from a circuit element ( 15 ) a connected chopper unit ( 8th ) chopped and on one with the chopper unit ( 8th ) connected primary winding ( 21 ) of the transmitter ( 20 ) is performed, whereby the operational amplifier ( 6 ) with an intermediate resistor ( 16 ) is switched so that the intermediate resistance ( 16 ) between a second input connection ( 2 ) of the circuit arrangement and a minus input ( 5 ) of the operational amplifier ( 6 ) is switched and that at the intermediate resistor ( 16 ) an intermediate voltage drops, - the amount of which is approximately equal to the amount of the measuring voltage (Uein) and - which is via an input-side feedback line ( 17 ) to the minus input ( 5 ) of the operational amplifier ( 6 ) acts and - on the output side a secondary winding ( 24 ) which transfers the chopped current to a connected, passive rectifier unit ( 27 . 28 ) which rectifies the current and connects to a load resistor ( 29 ) generates a voltage (Uout).

Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the core of the transformer ( 20 ) is formed from a ferrite material for low-loss transmission of high frequencies.

Circuit arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the chopper unit ( 8th ) is designed for high frequency.

Circuit arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that the chopper unit ( 8th ) has an integrated analog multiplexer unit, in particular based on standard CMOS logic.

Circuit arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in that the chopper unit ( 8th ) - is connected internally in the manner of an electrically or electronically controllable switch and / or - for switching currents or voltages within the supply voltage limits of the chopper unit ( 8th ) is designed.

Circuit arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized in that the chopper unit ( 8th ) at least one control input ( 14 ) at which the respective position of at least one switch element ( 15 ) can be determined by means of at least one electrical logic level.

Circuit arrangement according to claim 6, characterized in that the control input ( 14 ) can be acted upon with a control signal which is internally sent to the switching stages of the chopper unit ( 8th ) it is customizable that both internal switches are not closed at the same time.

Circuit arrangement according to claim 6 or 7, characterized in that the control input ( 14 ) with a clock signal ( 10 ) can be acted upon by which the switch element ( 15 ) the chopper unit ( 8th ) alternately a first current path ( 11 . 13 ) or a second current path ( 12 . 13 ) switches.

Circuit arrangement according to claim 8, characterized in that at least one clock oscillator unit ( 9 ) to generate the clock signal ( 10 ) to the control input ( 14 ) connected.

Circuit arrangement according to claim 9, characterized in that the clock oscillator Ness ( 9 ) by at least one integrated oscillator module on a similar or the same logic basis as the chopper unit ( 8th ) is formed.

Circuit arrangement according to one of claims 1 to 10, characterized in that at least one input resistor ( 3 ), in particular at least one ohmic input resistance, between the first input connection ( 1 ) of the circuit arrangement and the second input connection ( 2 ) the circuit arrangement is switched.

Circuit arrangement according to claim 11, characterized in that the input resistance ( 3 ) is designed for this - the preferably high-resistance plus input ( 4 ) of the operational amplifier ( 6 ) to provide a current path for the input (idle) current and / or - to provide the circuit arrangement with a defined input resistance value.

Circuit arrangement according to claim 11 or 12, characterized in that the input resistance ( 3 ) when a low-impedance measuring voltage source is connected to the two input connections ( 1 . 2 ) the circuit arrangement is designed with low resistance or disappears.

Circuit arrangement according to claim 11 or 12, characterized in that the input resistance ( 3 ) when a high-ohmic measuring current source is connected to the two input connections ( 1 . 2 ) of the circuit arrangement - is designed for converting the measuring current into measuring voltage and / or - is designed with low resistance.

Circuit arrangement according to claim 13 or 14, characterized in that at the plus input ( 4 ) of the operational amplifier ( 6 ) - one as voltage drop across the input resistor ( 3 ) voltage caused by the measuring current or - the measuring voltage is present.

Circuit arrangement according to one of claims 1 to 15, characterized in that the output ( 7 ) of the operational amplifier ( 6 ) an input current (I1) through the chopper unit ( 8th ) drives the intermediate resistor ( 16 ) causes a voltage drop, the amount of which - greater than the amount of the voltage drop across the input resistor ( 3 ) voltage caused by the measuring current or - greater than the magnitude of the measuring voltage.

Circuit arrangement according to claim 16, characterized in that - the input-side current (I1) through the chopper unit ( 8th ) can be converted into a rectangular alternating current, - that this rectangular alternating current onto the primary winding ( 21 ) of the transmitter ( 20 ) is feasible - that this rectangular alternating current via the secondary winding ( 24 ) of the transmitter ( 20 ) can be transferred into the output circuit and - that this rectangular alternating current on the output side by means of the rectifier unit ( 27 . 28 ) can be rectified.

Circuit arrangement according to one of claims 1 to 17, characterized in that the return conductor ( 22 ) the primary winding ( 21 ) of the transmitter ( 20 ) via at least two capacitive elements on the input side ( 18 . 19 ), in particular via at least two capacitors on the input side, is connected to the input-side current path with low impedance in terms of AC voltage.

Circuit arrangement according to one of claims 1 to 18, characterized in that the return conductor ( 23 ) the secondary winding ( 24 ) of the transmitter ( 20 ) via at least two capacitive elements on the output side ( 25 . 26 ), in particular via at least two capacitors on the output side, is connected with low-voltage alternating voltage to an output-side current path provided for an output-side current (I2).

Circuit arrangement according to claim 19, characterized in that the amount of output current (I2) is approximately the same is the amount of input current (I1).

Circuit arrangement according to one of claims 1 to 20, characterized in that the output resistor ( 29 ) is designed for - on the output side as a voltage drop across the output resistor ( 29 ) to tap the voltage caused by the current (I2) and / or - to provide the circuit arrangement with a defined output resistance value.

Circuit arrangement according to claim 21, characterized in that the output resistance ( 29 ) when tapping an output voltage in the form of the voltage drop at the two output connections ( 30 . 31 ) the circuit arrangement is designed with high resistance.

Circuit arrangement according to claim 22, characterized in that the output resistance ( 29 ) when tapping an output current at the two output connections ( 30 . 31 ) the circuit arrangement is designed with low resistance or disappears.

Circuit arrangement according to one of claims 21 to 23, characterized in that a defined transmission for the circuit arrangement factor by varying the intermediate resistance ( 16 ) and / or the output resistance ( 29 ) is selectable.

Circuit arrangement according to claim 24, characterized in that the amount of the at the two input connections ( 1 . 2 ) the input voltage applied to the circuit arrangement is approximately equal to the amount of the two output connections ( 30 . 31 ) the output voltage applied to the circuit arrangement if the intermediate resistance ( 16 ) roughly equal to the output resistance ( 29 ) is.

Isolation amplifier, comprising at least one circuit arrangement according to one of claims 1 to 25.