DE102004015082A1

DE102004015082A1 - Verfahren und eine Anordnung zum induktiven Entkoppeln hochfrequenter Wechselstromsignale

Info

Publication number: DE102004015082A1
Application number: DE200410015082
Authority: DE
Inventors: Jens Baumbach; Rainer Otto; Dirk Lippik; Dietmar Telschow
Original assignee: STZ MECHATRONIK
Current assignee: STZ MECHATRONIK
Priority date: 2004-03-25
Filing date: 2004-03-25
Publication date: 2005-10-27

Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung anzugeben, mit denen eine Entkopplung unter Beibehaltung des gleichen Scheinwiderstandes gegenüber einer reinen Induktivität, aber bei Reduzierung von Bauraum und Masse des Entkopplers ermöglicht wird. DOLLAR A Erfindungsgemäß gelingt die Lösung der Aufgabe dadurch, dass die Eingangsimpedanz einer Induktivität durch gleichphasige Einspeisung eines verstärkten Messsignals in die Koppelwicklung der Induktivität erhöht wird und dass die Anordnung eine Induktivität mit Koppelwicklung enthält, die mit einer Reihenschaltung verbunden ist, welche einen Arbeitswandler und einen Messübertrager oder mindestens eine Induktivität oder mindestens einen Messwiderstand enthält. DOLLAR A Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum induktiven Entkoppeln hochfrequenter Wechselstromsignale von Gleichströmen und/oder niederfrequenten Strömen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum induktiven Entkoppeln hochfrequenter Wechselstromsignale von Gleichströmen und/oder niederfrequenten Strömen.
Bevorzugtes Anwendungsgebiet der Erfindung sind Aktuator-Sensor-Interface-Systeme, Stromversorgungsnetze und dergleichen.
Im Stand der Technik ist es bekannt, zum Entkoppeln hochfrequenter Wechselstromsignale von Gleichströmen und/oder niederfrequenten Strömen asymmetrische oder symmetrische Induktivitäten mit vorgegebener Wechselstromimpedanz zu verwenden.
Bei den bekannten Anordnungen ist nachteilig, dass die Entkopplungsinduktivitäten unter Berücksichtigung des Gesamtstromes dimensioniert werden müssen, was einen großen Magnetkreisquerschnitt und ein großes Wickelfenster erfordert und damit ein großes Bauelementvolumen und ein hohes Gewicht der Anordnung bedingt.
Es ist ferner bekannt mit so genannten Gyratoren Induktivitäten durch den Einsatz elektronischer Schaltungen nachzubilden. Nachteilig ist hierbei, dass die Funktion einer echten Induktivität zur Übertragung des niederfrequenten Leistungsanteils nicht erreicht werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung der eingangs genannten Art anzugeben, mit denen eine Entkopplung unter Beibehaltung des gleichen Scheinwiderstandes gegenüber einer reinen Induktivität, aber bei Reduzierung von Bauraum und Masse des Entkopplers ermöglicht wird.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren, welches die in die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist, und mit einer Vorrichtung, welches die in die in Anspruch 3 angegebenen Merkmale aufweist, gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße Anordnung beinhaltet eine Funktionsgruppe, die trotz zusätzlicher elektronischer Bauelemente ein kleineres Volumen einnimmt als eine für den gewünschten Scheinwiderstand notwendige Induktivität. Dies wird erreicht, indem die Sekundärentwicklung der Entkopplungsinduktivität von einem gleichphasigen Steuerstrom durchflossen wird, der zu einer Erhöhung des Scheinwiderstandes der Primärwicklung führt.
Die phasenrichtige Einspeisung der Steuerwechselspannung erfolgt über einen Verstärker.
In Abhängigkeit von den zu sperrenden und zu übertragenden Gleich- bzw. Wechselstromsignalen können unterschiedliche Magnetwerkstoffe und -formen als Übertrager dienen.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.
In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:
1 eine Schaltungsanordnung zur dynamischen Entkopplung eines Aktuator-Sensor-Interfacebusses,
2 eine Ausführung, bei der der Stromkreis über einen Arbeitswandler und einen Messwandler geschlossen wird,
3 eine Ausführung, bei der das zu verstärkende Steuersignal über eine einfache Induktivität gewonnen wird,
4 eine Ausführung, bei der das zu verstärkende Steuersignal über einen Messwiderstand gewonnen wird, und
5 die Schaltungsanordnung einer erdsymmetrischen Ausführung.
In 1 ist die dynamische Entkopplung des Aktuator-Sensor-Interfacebusses, wie in den Mess- und Prüfbedingungen nach EN 50 295 gefordert, dargestellt.
Bei der in 2 erläuterten Ausführung wird der Stromkreis über einen Arbeitswandler und einen Messwandler geschlossen. Die dem Steuerstrom proportionale induzierte Spannung des Messwandlers T2 wird in einem Verstärker U1 verstärkt und in den Arbeitswandler T1 zusätzlich eingekoppelt. Damit wird erreicht, dass der höherfrequente Steuerstrom minimiert wird und den Forderungen nach EN 50295 genügt. In einem untersuchten Beispiel wurde die Induktivität von 13,5 mH auf 0,8 mH im Arbeitswandler und auf 0,4 mH im Messwandler verringert. Die Windungszahl konnte auf ¼ der vorherigen Windungszahl reduziert werden. Die Sättigung des Ferritmagnetkreise tritt erst beim vierfachen Laststrom ein. Alternativ kann der Bauraum der Wandler verringert werden. Gleiche Betrachtungen gelten sinngemäß für den Messwandler.
In weiteren Ausführungsformen kann das zu verstärkende Steuersignal auch über eine einfache Induktivität oder einen Messwiderstand gewonnen werden, wie in 3 und 4 dargestellt.
5 zeigt eine Schaltungsanordnung für eine erdsymmetrischen Lösung. Die Drosseln T1/T4 und T2/T3 können auch zu einem Übertrager mit drei Wicklungen zusammengefasst werden. Die Steuerspannung von T1/4 wird in einem Verstärker U1B mit Faktor 200 verstärkt und den Koppelwicklungen von T2/T3 zugeführt. Mit dem Verstärker U1A wird die Mittenspannung der Koppelwicklung festgehalten. Die Widerstände R10 und R20 sind als Überlastschutz für die Verstärker vorgesehen.

Claims

Verfahren zum induktiven Entkoppeln hochfrequenter Wechselstromsignale von Gleichströmen und/oder niederfrequenten Strömen, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangsimpedanz einer Induktivität durch gleichphasige Einspeisung eines verstärkten Messsignals in die Koppelwicklung der Induktivität erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Messsignal aus einer Reihenschaltung von Arbeitswandler und einem Messübertrager oder mindestens einer Induktivität oder mindestens einem Messwiderstand gewonnen wird.
Anordnung zum induktiven Entkoppeln hochfrequenter Wechselstromsignale von Gleichströmen und/oder niederfrequenten Strömen, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung eine Induktivität mit Koppelwicklung enthält, die mit einer Reihenschaltung verbunden ist, welche einen Arbeitswandler und einem Messübertrager oder mindestens einer Induktivität oder mindestens einem Messwiderstand enthält.
Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass für erdsymmetrische Anwendungen eine geteilte Induktivität mit Koppelwicklung und ein geteilter Messübertrager angeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Messübertrager einen Messsignalverstärker in Form eines Operationsverstärkers oder einer Brückenschaltung mit Eigen- oder Fremdergieversorgung enthält.
Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Operationsverstärker mit asymmetrischer oder symmetrischer Messsignaleinspeisung versehen ist.