DE102016203419A1

DE102016203419A1 - Cascadable circuit for a signal injection system

Info

Publication number: DE102016203419A1
Application number: DE102016203419.7A
Authority: DE
Inventors: Johann Seitz; Dirk Hertz; Florian Ringer; Benjamin Specht
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2016-03-02
Filing date: 2016-03-02
Publication date: 2017-09-07
Anticipated expiration: 2036-03-03
Also published as: CN107153132B; CN107153132A; DE102016203419B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine kaskadierbare Schaltung (40) zur galvanisch getrennten Einkopplung eines Signals (16), umfassend einen Transistor (44) mit einem Source-Anschluss (46), einem Drain-Anschluss (47) und einem Gate-Anschluss (45), wobei der Gate-Anschluss (45) in einer ersten Masche (43) mit dem Source-Anschluss (46) verbunden ist. Erfindungsgemäß ist in einer zweiten Masche (49) zwischen dem Gate-Anschluss (45) und dem Drain-Anschluss (47) mindestens ein Ausgleichswiderstand (42) zur Einstellung eines Stromflusses über einen Teil der ersten Masche (43) in einem zumindest teilsperrenden Zustand des Transistors (44) angeordnet.The invention relates to a cascadable circuit (40) for the galvanically isolated coupling of a signal (16) comprising a transistor (44) having a source terminal (46), a drain terminal (47) and a gate terminal (45), wherein the gate terminal (45) is connected in a first mesh (43) to the source terminal (46). According to the invention, in a second mesh (49) between the gate terminal (45) and the drain terminal (47) at least one compensation resistor (42) for adjusting a current flow over a portion of the first mesh (43) in an at least partially blocking state Transistor (44) arranged.

Description

Die Erfindung betrifft eine kaskadierbare Schaltung zur galvanisch getrennten Einkopplung eines Signals und ein entsprechendes Signaleinkopplungssystem. Die Erfindung betrifft auch ein Schaltgerät, das mit einem entsprechenden Signaleinkopplungssystem ausgestattet ist. The invention relates to a cascadable circuit for galvanically isolated coupling of a signal and a corresponding signal coupling system. The invention also relates to a switching device which is equipped with a corresponding signal coupling system.

Aus DE 10 2010 030 656 A1 ist eine Schaltungsanordnung für einen Digitaleingang bekannt, in der ein selbstleitender Feldeffekttransistor, dessen Source-Anschluss ein Stromsteuerungswiderstand vorgeschaltet ist. Den Stromsteuerungswiderstand wiederum ist eine Zenerdiode vorgeschaltet und zwischen dem Stromsteuerungswiderstand und der Zenerdiode ist eine Verzweigung ausgebildet. Die Verzweigung ist mit dem Gate-Anschluss des Feldeffekttransistors verbunden. Out DE 10 2010 030 656 A1 a circuit arrangement for a digital input is known, in which a self-conducting field effect transistor whose source terminal is preceded by a current control resistor. The current control resistor in turn is preceded by a Zener diode and a branch is formed between the current control resistor and the Zener diode. The branch is connected to the gate terminal of the field effect transistor.

Die Druckschrift DE 199 11 133 A1 offenbart einen Trennschaltkreis, der mit einer Empfängerdiode eines Optokopplers verbunden ist. Der Trennschaltkreis weist mehrere Transistoren, Kondensatoren und Widerstände zur Regulierung eines Stromflusses zwischen zwei Anschlüssen. Der Stromfluss zwischen den zwei Anschlüssen erfolgt proportional zum Photostrom der Empfänderdiode. The publication DE 199 11 133 A1 discloses a separator circuit connected to a receiver diode of an optocoupler. The isolation circuit includes a plurality of transistors, capacitors and resistors for regulating a current flow between two terminals. The current flow between the two terminals is proportional to the photocurrent of the receiving diode.

In einer Vielzahl an technischen Anwendungen besteht Bedarf an einer galvanisch getrennten Signaleinkopplung, die über eine weite Spanne an Messwerten eine hohe Messgenauigkeit gewährleistet. Gleichermaßen bestehen, beispielsweise bei Schaltgeräten, hohe Anforderungen an eine solche Signaleinkopplung in puncto Zuverlässigkeit, Kompaktheit und Wirtschaftlichkeit. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Schaltungsaufbau für eine Signaleinkopplung bereitzustellen, die die skizzierten Anforderungen in einem erhöhten Maß erfüllt. Gleichermaßen sind ein derart verbessertes Signaleinkopplungssystem und ein Schaltgerät bereitzustellen, die in den skizzierten Punkten eine gesteigerte Leistungsfähigkeit aufweisen. In a large number of technical applications, there is a need for a galvanically isolated signal coupling, which ensures high measuring accuracy over a wide range of measured values. Similarly, there are, for example in switching devices, high demands on such a signal coupling in terms of reliability, compactness and cost-effectiveness. The invention has for its object to provide an improved circuit structure for a signal coupling, which meets the outlined requirements to an increased degree. Similarly, such an improved signal injection system and a switching device are to be provided, which have in the points outlined increased performance.

Die zugrundeliegende Aufgabenstellung wird durch die erfindungsgemäße kaskadierbare Schaltung gelöst. Die kaskadierbare Schaltung dient zur Einkopplung eines Signals, das an einer Messstelle oder Erfassungsstelle erzeugt wird und aus Sicherheitsgründen galvanisch getrennt weiterzugeben ist. Die kaskadierbare Schaltung umfasst einen Transistor mit einem Source-Anschluss, einem Drain-Anschluss und einem Gate-Anschluss. Der Gate-Anschluss dient zur Betätigung eines Gates, das einen Stromfluss zwischen dem Source-Anschluss und dem DrainAnschluss reguliert. Dadurch ist der Transistor im Wesentlichen stufenlos zwischen einem voll leitenden, einem teilsperrenden und einem voll sperrenden Zustand einstellbar. Vor dem Source-Anschluss ist eine Verzweigung ausgebildet, die wiederum am Gate-Anschluss endet. Damit sind der Gate-Anschluss und der Source-Anschluss elektrisch in einer ersten Masche angeordnet. Ferner ist in der ersten Masche zwischen der Verzweigung und dem Source-Anschluss auch ein Shunt-Widerstand geschaltet. Eine Änderung des Stromes am Source-Anschluss bewirkt durch die Änderung des Spannungsabfalls am Shunt-Widerstand eine Änderung der Spannung zwischen dem Gate- und dem Source-Anschluss, und somit eine veränderliche Betätigung des Gates, das dem Gate-Anschluss zugeordnet ist. Die erste Masche bildet folglich einen geschlossenen Regelkreis. The underlying task is solved by the cascadable circuit according to the invention. The cascadable circuit is used for coupling in a signal which is generated at a measuring point or detection point and for safety reasons is to be passed on galvanically isolated. The cascadable circuit includes a transistor having a source terminal, a drain terminal, and a gate terminal. The gate terminal is used to operate a gate that regulates a current flow between the source terminal and the drain terminal. As a result, the transistor can be adjusted substantially continuously between a fully conducting, a partially blocking and a fully blocking state. A branch is formed in front of the source terminal, which in turn terminates at the gate terminal. Thus, the gate terminal and the source terminal are electrically arranged in a first mesh. Further, in the first mesh between the branch and the source terminal, a shunt resistor is also connected. A change in the current at the source terminal, by changing the voltage drop across the shunt resistor, causes a change in the voltage between the gate and source terminals, and thus a variable actuation of the gate associated with the gate terminal. The first mesh thus forms a closed loop.

Erfindungsgemäß ist der Drain-Anschluss des Transistors mit dem Gate-Anschluss verbunden, so dass elektrisch eine zweite Masche ausgebildet ist. In der zweiten Masche ist ein Ausgleichswiderstand angeordnet, an dem im Betrieb der kaskadierbaren Schaltung ein Spannungsabfall vorliegt, also eine elektrische Spannung vorliegt. Die zweite Masche erlaubt auch in einem sperrenden Zustand des Transistors einen Stromfluss über einen Teil der ersten Masche. Der Stromfluss umgeht den Transistor und den Shunt-Widerstand und kann eine gekoppelte weitere kaskadierbare Schaltung erreichen. Der Widerstandswert des Ausgleichswiderstands definiert, die Stromstärke dieses Stromflusses, der wiederum geeignet ist, in der weiteren kaskadierbaren Schaltung einen sperrenden oder teilsperrenden Zustand hervorzurufen. Durch eine Wahl eines entsprechend dimensionierten Ausgleichswiderstands ist somit nicht nur der Stromfluss zur Aktivierung der gekoppelten weiteren kaskadierbaren Schaltung definiert, sondern auch der Spannungsabfall am Transistor und dem Shunt-Widerstand einstellbar. According to the invention, the drain terminal of the transistor is connected to the gate terminal, so that a second mesh is electrically formed. In the second loop, a compensation resistor is arranged at which there is a voltage drop during operation of the cascadable circuit, that is to say an electrical voltage is present. The second mesh also allows current flow over a portion of the first mesh in a blocking state of the transistor. The current flow bypasses the transistor and the shunt resistor and can achieve a coupled further cascadable circuit. The resistance value of the compensation resistor defines the current intensity of this current flow, which in turn is suitable for causing a blocking or partially blocking state in the further cascadable circuit. By selecting a correspondingly dimensioned compensation resistor, not only the current flow for activating the coupled further cascadable circuit is thus defined, but also the voltage drop across the transistor and the shunt resistor can be set.

Die beanspruchte kaskadierbare Schaltung bildet ein Regelungssystem, das aus verhältnismäßig einfachen elektronischen Komponenten aufgebaut ist und auch ohne zusätzliche übergeordnete Regelungsinstanz in Kaskadenschaltung im Wesentlichen einen Konstantstrom bereitstellt und einen gleichmäßigen Regelungsbetrieb ermöglicht. In der erfindungsgemäßen kaskadierbaren Schaltung liegen eine reduzierte Verlustleistung, und damit ein reduzierter abzuführender Wärmestrom vor. Dies erlaubt den Einsatz einer Kühlung mit verhältnismäßig geringer Leistung, die bauraumsparend herstellbar ist. Des Weiteren stellt die beanspruchte kaskadierbare Schaltung für das Signal, das an ein Senderelement weiterzuleiten ist, im Wesentlichen einen Konstantstrom bereit. Die erfindungsgemäße kaskadierbare Schaltung bietet bei der Auswertung des Signals ein hohes Maß an Messgenauigkeit. Bei einem Einsatz der beanspruchten kaskadierbaren Schaltung in einer Signaleinkopplung einer Thyristorsteuerung mit parallelen Überbrückungskontakten können beim Öffnen des Überbrückungskontaktes minimale Spannungsanstiege der Lichtbogenspannung schnell erfasst werden und durch entsprechendes Schalten des Thyristors ein Lichtbogen gelöscht werden. The claimed cascadable circuit forms a control system, which is constructed of relatively simple electronic components and even without additional superordinate control authority in cascade circuit essentially provides a constant current and allows a smooth control operation. In the cascadable circuit according to the invention, there is a reduced power loss, and thus a reduced dissipated heat flow. This allows the use of cooling with relatively low power, which can be produced space saving. Furthermore, the claimed cascadable circuit provides substantially a constant current for the signal to be forwarded to a transmitter element. The cascadable circuit according to the invention offers a high degree of measurement accuracy in the evaluation of the signal. When using the claimed cascadable circuit in a signal coupling of a Thyristorsteuerung with parallel bridging contacts when opening the bridging contact minimum Voltage rises in the arc voltage can be detected quickly and deleted by appropriate switching of the thyristor an arc.

Ferner ist die beanspruchte Schaltung aus verhältnismäßig einfachen elektronischen Bauteilen aufgebaut, die ein hohes Maß an Wirtschaftlichkeit bieten. Furthermore, the claimed circuit is constructed of relatively simple electronic components that provide a high degree of economy.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die kaskadierbare Schaltung mindestens zwei Anschlusspunkte auf, die jeweils zum Anschließen eines Sendeelements, einer Signalzuleitung und/oder der gekoppelten kaskadierbaren Schaltung ausgebildet sind. Die erfindungsgemäße kaskadierbare Schaltung weist somit eine hohe Modularität auf und kann in einem Gesamtaufbau ohne aufwendige Anpassung für nahezu beliebige Spannungshöhen eingesetzt werden. Die erfindungsgemäße Schaltung ist ohne zusätzliche Anpassung mit weiteren im Wesentlichen gleichartig aufgebauten kaskadierbaren Schaltungen in Serie schaltbar. Eine solche Kaskade bietet die technischen Vorteile der beanspruchten kaskadierbaren Schaltung in erhöhtem Maße. Gleichermaßen ist eine solche Kaskade dazu geeignet, ein Signal mit einer erhöhten Spannungsamplitude bei reduzierter Verlustleistung aufzunehmen. In a preferred embodiment of the invention, the cascadable circuit has at least two connection points which are each designed to connect a transmission element, a signal supply line and / or the coupled cascadable circuit. The cascadable circuit according to the invention thus has a high degree of modularity and can be used in an overall structure without costly adaptation for almost any voltage levels. The circuit according to the invention can be connected in series without additional adaptation with further essentially identically constructed cascadable circuits. Such a cascade offers the technical advantages of the claimed cascadable circuit to an increased extent. Likewise, such a cascade is capable of receiving a signal having an increased voltage amplitude with reduced power dissipation.

Des Weiteren kann der Ausgleichswiderstand in der erfindungsgemäßen kaskadierbaren Schaltung einen Widerstandswert von 100 kΩ bis 1000 kΩ, bevorzugt von 400 kΩ bis 600 kΩ aufweisen. Der Ausgleichswiderstand ist hochohmig ausgebildet und derart gewählt, dass im Betrieb der kaskadierbaren Schaltung die Spannungsabfälle in den gekoppelten kaskadierbaren Schaltungen einstellbar aufgeteilt sind, im Wesentlichen symmetrisch, also gleich. Hierdurch wird eine gleichmäßige Aufteilung der Verlustleistung zwischen mehreren kaskadierbaren Schaltungen erzielt. Ferner ist die beanspruchte Schaltung so zur Aufnahme eines Signals mit einer weiter erhöhten Spannungsamplitude geeignet. Furthermore, the compensation resistance in the cascadable circuit according to the invention can have a resistance value of 100 kΩ to 1000 kΩ, preferably of 400 kΩ to 600 kΩ. The compensation resistor has a high-impedance design and is selected such that, during operation of the cascadable circuit, the voltage drops in the coupled cascadable circuits are divided in an adjustable manner, essentially symmetrically, ie the same. This achieves a uniform distribution of the power loss between a plurality of cascadable circuits. Furthermore, the claimed circuit is suitable for receiving a signal with a further increased voltage amplitude.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist in der ersten Masche eine Zener-Diode angeordnet. Die Zener-Diode weist eine Durchbruchspannung auf, durch die eine Auslöseschwelle für den Gate-Anschluss, und damit für die Betätigung des Gates des Transistors, eingestellt ist. Die Zener-Diode erlaubt es, die Wirkung von Bauteiltoleranzen des Transistors auf die Funktionsweise der kaskadierbaren Schaltung zu verringern. Dies gewährleistet einen gleichmäßigen Konstantstrom und ermöglicht die Verwendung hochohmiger Ausgleichswiderstände. Hierdurch wird eine weiter reduzierte Verlustleistung erzielt. In a further preferred embodiment of the invention, a zener diode is arranged in the first mesh. The Zener diode has a breakdown voltage which sets a triggering threshold for the gate terminal, and thus for the operation of the gate of the transistor. The zener diode makes it possible to reduce the effect of component tolerances of the transistor on the operation of the cascadable circuit. This ensures a uniform constant current and allows the use of high-impedance balancing resistors. As a result, a further reduced power loss is achieved.

Vorzugsweise ist der Transistor in der erfindungsgemäßen kaskadierbaren Schaltung als selbstleitender Transistor ausgebildet. Im selbstleitenden Transistor entspricht ein Anlegen einer Spannung am Gate-Anschluss einem Sperren des Gates selbst. Hierdurch wird ein Regelkreis mit negativer Rückkopplung verwirklicht. Infolgedessen wird die Stromstärke des weitergeleiteten Signals zuverlässig geglättet, also im Wesentlichen konstant gehalten. Selbstleitende Transistoren stellen kompakte und kosteneffiziente Komponenten dar. Die erfindungsgemäße kaskadierbare Schaltung ist damit bauraumsparend und einfach aufgebaut. Weiter bevorzugt ist der Transistor als Feldeffekttransistor ausgebildet. Feldeffekttransistoren sind zu einer schnellen Reaktion auf veränderliche Spannungen am Source-Anschluss, Drain-Anschluss und/oder Gate-Anschluss ausgebildet und bieten als Regelungskomponente eine hohe Leistungsfähigkeit. Des Weiteren ist ein Feldeffekttransistor spannungsgesteuert und erfordert nur eine minimale Ansteuerleistung. Alternativ kann der Transistor auch als selbstsperrender Transistor ausgebildet sein. The transistor in the cascadable circuit according to the invention is preferably designed as a self-conducting transistor. In the normally-on transistor, application of a voltage at the gate terminal corresponds to disabling the gate itself. This implements a negative-feedback control loop. As a result, the current strength of the forwarded signal is reliably smoothed, so kept substantially constant. Self-conducting transistors represent compact and cost-efficient components. The cascadable circuit according to the invention is thus space-saving and simple in construction. More preferably, the transistor is designed as a field effect transistor. Field-effect transistors are designed for a rapid response to variable voltages at the source terminal, drain terminal and / or gate terminal and offer a high performance as a control component. Furthermore, a field effect transistor is voltage controlled and requires only a minimum drive power. Alternatively, the transistor may also be designed as a self-blocking transistor.

Weiter bevorzugt weist der Transistor eine maximale Betriebsspannung, also die Spannung zwischen den Drain-Anschluss und dem Source-Anschluss, von bis zu 600V auf. Auch für das Bereitstellen eines Signals mit hoher Spannungsamplitude genügt in der beanspruchten kaskadierbaren Schaltung ein Transistor mit verhältnismäßig niedrigen Kennwerten bzw. Leistungsfähigkeit. Transistoren mit derartig niedrigen Betriebsspannungen bieten ein hohes Maß an Zuverlässigkeit und Lebensdauer bei gleichzeitig geringen Abmessungen. Ferner sind derartige Transistoren kosteneffizient herstellbar, so dass die Wirtschaftlichkeit der erfindungsgemäßen kaskadierbaren Schaltung weiter gesteigert wird. More preferably, the transistor has a maximum operating voltage, ie the voltage between the drain terminal and the source terminal, of up to 600V. Also for the provision of a signal with high voltage amplitude sufficient in the claimed cascadable circuit, a transistor with relatively low characteristics or performance. Transistors with such low operating voltages offer a high degree of reliability and service life with simultaneously small dimensions. Furthermore, such transistors can be produced cost-efficiently, so that the cost-effectiveness of the cascadable circuit according to the invention is further increased.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Signal als Analogsignal ausgebildet. Bei Analogsignalen liegen in zahlreichen Anwendungen hohe Spannungsamplituden vor, so dass durch die erfindungsgemäße kaskadierbare Schaltung für eine breite Spanne von Anwendungsfällen eine verbesserte Signalauswertung bietet. Das Analogsignal ist mittels der erfindungsgemäßen kaskadierbaren Schaltung schnell, präzise und einfach einkoppelbar und in ein Digitalsignal umwandelbar. Die präzise und schnelle Einkopplung des Analogsignals ermöglicht eine schnelle und zuverlässige Identifikation des binären Zustands eines angesteuerten Thyristors, nämlich Ein oder Aus. In a further embodiment of the invention, the signal is designed as an analog signal. With analog signals, high voltage amplitudes are present in numerous applications, so that improved signal evaluation is provided by the cascadable circuit according to the invention for a wide range of applications. The analog signal can be coupled in quickly, precisely and simply by means of the cascadable circuit according to the invention and can be converted into a digital signal. The precise and fast coupling of the analog signal allows a fast and reliable identification of the binary state of a driven thyristor, namely on or off.

Die zugrundeliegende Aufgabenstellung wird auch durch das erfindungsgemäße Signaleinkopplungssystem gelöst. Das Signaleinkopplungssystem umfasst ein Empfängerelement, der ein entsprechendes Senderelement zugeordnet ist, das vorzugsweise als Emitter-Diode ausgebildet ist. Durch das Empfängerelement und das Senderelement wird ein Signal in eine korrespondierende Lichtpulssequenz umgesetzt und in ein galvanisch getrenntes Signal umgewandelt. Erfindungsgemäß weist das Signaleinkopplungssystem mindestens zwei der oben beschriebenen kaskadierbaren Schaltungen auf, die mit dem Senderelement verbunden ist. Die mindestens zwei kaskadierbaren Schaltungen liefern dem Senderelement ein Signal, das nur eine geringe Schaltschwelle aufweist um über das Empfängerelement eine Änderung eines Schaltzustands abzubilden, also eine niedrige Ansprechschwelle bietet. Die kaskadierbaren Schaltungen sind an separate Signalzuleitungen des Senderelements angeschlossen oder in Serie geschaltet mit einer Signalzuleitung des Senderelements verbunden. Zusätzlich können an jeder Signalzuleitung des Senderelements jeweils mindestens zwei der erfindungsgemäßen kaskadierbaren Schaltungen in Serie angeschlossen sein. Im beanspruchten Signaleinkopplungssystem sind im zugeführten Signal auch Spannungsänderungen schnell und exakt erfassbar, die unmittelbar nach einem Nulldurchgang eintreten. Hierdurch sind Nulldurchgänge mit minimierter Verzögerung erkennbar, so dass in Antwort auf den Nulldurchgang schnell eine Steuerungsreaktion, beispielsweise durch eine übergeordnete Steuereinheit, einleitbar ist. The underlying task is also solved by the signal coupling system according to the invention. The signal injection system comprises a receiver element, which is associated with a corresponding transmitter element, which is preferably designed as an emitter diode. The receiver element and the transmitter element produce a signal in a corresponding light pulse sequence converted and converted into a galvanically isolated signal. According to the invention, the signal injection system has at least two of the cascadable circuits described above, which is connected to the transmitter element. The at least two cascadable circuits provide the transmitter element with a signal which has only a low switching threshold in order to represent a change in a switching state via the receiver element, that is to say offers a low response threshold. The cascadable circuits are connected to separate signal leads of the transmitter element or connected in series with a signal lead of the transmitter element. In addition, at least two of the cascadable circuits according to the invention may be connected in series to each signal feed of the transmitter element. In the claimed signal coupling system voltage changes can be detected quickly and accurately in the supplied signal, which occur immediately after a zero crossing. As a result, zero crossings can be detected with minimal delay, so that in response to the zero crossing quickly a control reaction, for example by a higher-level control unit, can be introduced.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist ein in das Senderelement eingespeistes Signal eine im Wesentlichen konstante Stromstärke auf, so dass in den einzelnen kaskadierbaren Schaltungen eine reduzierte Verlustleistung auftritt. Hierdurch wird der Bedarf an Kühlleistung und Bauraum verringert, so dass das Signaleinkopplungssystem in eine Vielzahl von Geräten implementierbar ist. In an advantageous development of the invention, a signal fed into the transmitter element has a substantially constant current intensity, so that a reduced power loss occurs in the individual cascadable circuits. This reduces the need for cooling capacity and installation space, so that the signal coupling system can be implemented in a large number of devices.

Ferner können die mindestens zwei kaskadierbaren Schaltungen im erfindungsgemäßen Signaleinkopplungssystem über Anschlusspunkte in Reihe zu einer Kaskade hintereinander geschaltet sein. In einer solchen Kaskade tragen beide kaskadierbaren Schaltungen zur Bereitstellung des Konstantstroms im Wesentlichen gleichmäßig bei. Darüber hinaus liegt im Wesentlichen ein gleichmäßiger Spannungsabfall an den Transistoren der miteinander verbundenen kaskadierbaren Schaltungen vor. Hierdurch erfolgt eine gleichmäßige Auslastung der eingesetzten Komponenten, insbesondere der Transistoren. Folglich wird einer erhöhten Beanspruchung, und damit einer reduzierten Lebensdauer des Signaleinkopplungssystems entgegengewirkt. Das Signaleinkopplungssystem ist auch zur Einspeisung von Signalen mit weiter erhöhter Spannungsamplitude geeignet, wobei das in das Senderelement eingespeiste Signal eine erhöhte Messgenauigkeit bietet. Die Serienschaltung von mindestens zwei kaskadierbaren Schaltungen erlaubt es, in einfacher Weise das erfindungsgemäße Signaleinkopplungssystem an eine breite Spanne von Signalen, und damit Anwendungsfällen, anzupassen. Darüber hinaus wird eine Aufteilung der Verlustleistung und der Spannungsabfälle auf die einzelnen kaskadierbaren Schaltungen erreicht. Furthermore, the at least two cascadable circuits in the signal coupling system according to the invention can be connected in series with each other via connection points in a cascade. In such a cascade, both cascadable circuits contribute substantially uniformly to provide the constant current. Moreover, there is essentially a uniform voltage drop across the transistors of the cascaded circuits that are connected together. This results in a uniform utilization of the components used, in particular the transistors. Consequently, an increased stress, and thus a reduced life of the signal coupling system is counteracted. The signal injection system is also suitable for feeding signals with further increased voltage amplitude, wherein the signal fed into the transmitter element provides increased measurement accuracy. The series connection of at least two cascadable circuits makes it possible to easily adapt the signal coupling system according to the invention to a wide range of signals, and thus applications. In addition, a distribution of the power loss and the voltage drops is achieved on the individual cascadable circuits.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Widerstandswerte der Ausgleichswiderstände in den kaskadierbaren Schaltungen derart gewählt, dass an den Transistoren der einzelnen kaskadierbaren Schaltungen ein im Wesentlichen gleich großer Spannungsabfall vorliegt. Dazu können die Widerstandswerte der Ausgleichswiderstände derart gewählt werden, dass beim Einsetzen eines zumindest teilsperrenden Zustands des Transistors in einer ersten kaskadierbaren Schaltung ein Stromfluss zu einer gekoppelten zweiten kaskadierbaren Schaltung eine Stromstärke aufweist, die dazu geeignet ist, auch am Transistor der zweiten kaskadierbaren Schaltung einen zumindest teilsperrenden Zustand einzuleiten. Hierdurch wird eine besonders gleichmäßige elektrische Beanspruchung der einzelnen kaskadierbaren Schaltungen erzielt, die eine besonders hohe Spannungsamplitude des Signals erlaubt und gleichzeitig ein hohes Maß an Zuverlässigkeit. In a preferred embodiment of the invention, the resistance values of the balancing resistors in the cascadable circuits are chosen such that there is a substantially equal voltage drop at the transistors of the individual cascadable circuits. For this purpose, the resistance values of the balancing resistors can be selected such that when a transistor is inserted in a first cascadable circuit at least partially blocking, a current flow to a coupled second cascadable circuit has a current which is suitable for at least one of the transistors of the second cascadable circuit initiate partially blocking state. As a result, a particularly uniform electrical stress of the individual cascadable circuits is achieved, which allows a particularly high voltage amplitude of the signal and at the same time a high degree of reliability.

Die grundlegende Aufgabenstellung wird auch durch das erfindungsgemäße Schaltgerät gelöst. Das Schaltgerät umfasst mindestens einen Thyristor, mit dem ein zeitlich kritischer Schaltvorgang durchführbar ist. Der Thyristor wird von einer Thyristorsteuerung betätigt, die über eine Spannungserfassung verfügt. Mittels der Spannungserfassung wird in der Leitung, die vom mindestens einen Thyristor unterbrochen oder geschlossen wird, eine Spannung erfasst, deren Verlauf für den gesteuerten Betrieb des Thyristors maßgeblich ist. Die Spannungserfassung erzeugt ein Signal, das einem Signaleinkopplungssystem zugeführt wird. Das Signaleinkopplungssystem wiederum gibt das Signal in angepasster Form an eine verbundene Steuereinheit weiter, die dazu ausgebildet ist, Zündbefehle an den Thyristor auszugeben. Das Signaleinkopplungssystem ist dabei gemäß einer der oben beschriebenen Ausführungsformen ausgebildet. Hierdurch kann an einem parallel zum Thyristor angeordneten Überbrückungskontakt ein bevorstehender oder aufgetretener Lichtbogen erkannt und durch geeignete Betätigung des Thyristors gelöscht werden. Die Betätigung des Thyristors erfolgt dabei in Abhängigkeit vom Signal, das von der erfindungsgemäßen kaskadierbaren Schaltung an die Steuereinheit weitergeleitet wird. Zusätzlich kann parallel zum Thyristor ein Überbrückungskontakt angeordnet sein. The basic task is also solved by the switching device according to the invention. The switching device comprises at least one thyristor, with which a time critical switching operation is feasible. The thyristor is operated by a thyristor control, which has a voltage detection. By means of the voltage detection is detected in the line which is interrupted or closed by the at least one thyristor, a voltage whose course is decisive for the controlled operation of the thyristor. The voltage detection generates a signal which is fed to a signal injection system. The signal injection system, in turn, passes the signal in adapted form to a connected control unit configured to output firing commands to the thyristor. The signal injection system is designed according to one of the embodiments described above. As a result, an impending or occurred arc can be detected at a parallel to the thyristor bridging contact and deleted by appropriate actuation of the thyristor. The actuation of the thyristor is effected in response to the signal which is forwarded by the cascadable circuit according to the invention to the control unit. In addition, a bridging contact can be arranged parallel to the thyristor.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Figuren näher beschrieben. Es zeigen im Einzelnen: The invention will be described in more detail below with reference to figures. They show in detail:

1 schematisch eine galvanisch getrennte Signaleinkopplung nach dem Stand der Technik; 1 schematically a galvanically isolated signal coupling according to the prior art;

2 einen Spannungs-, Strom- und Betätigungsverlauf an einem Thyristor; 2 a voltage, current and actuation profile at a thyristor;

3 schematisch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen kaskadierbaren Schaltung; 3 schematically an embodiment of the cascadable circuit according to the invention;

4 schematisch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Signaleinkopplungssystems; 4 schematically an embodiment of the signal coupling system according to the invention;

5 schematisch den Aufbau eines erfindungsgemäßen Schaltgeräts. 5 schematically the structure of a switching device according to the invention.

1 zeigt eine galvanisch getrennte Signaleinkopplung 10, die ein Senderelement 12 und ein Empfängerelement 14 aufweist. Das Senderelement 12 ist zum Abgeben von Lichtpulsen ausgebildet, die von der Empfänger-Diode 14 in elektrische Impulse umgesetzt werden. Das Senderelement 12 ist über Signalzuführungen 18, 19 verbunden, über die ein Signal 16 zu den Senderelementen 12 geleitet wird. Die im Signal 16 vorliegende in Betrag und Vorzeichen wechselnde Spannung 20 gibt die Spannungsverhältnisse an einem nicht näher dargestellten Thyristor 82 wieder. Der Stromfluss ist in 1 durch ohmsche Widerstände begrenzt, so dass die Verlustleistung quadratisch mit der Spannung ansteigt. Eine Dimensionierung für eine Schwellenspannung zu einer Lichtbogenerfassung, wie zum Beispiel 20V, ruft eine entsprechend hohe Verlustleistung bei höheren Betriebsspannungen hervor. 1 shows a galvanically isolated signal coupling 10 that is a transmitter element 12 and a receiver element 14 having. The transmitter element 12 is designed to emit light pulses from the receiver diode 14 be converted into electrical impulses. The transmitter element 12 is via signal feeds 18 . 19 connected via which a signal 16 to the transmitter elements 12 is directed. The in the signal 16 present voltage changing in magnitude and sign 20 gives the voltage conditions at a thyristor, not shown 82 again. The current flow is in 1 limited by ohmic resistances, so that the power loss increases quadratically with the voltage. A dimensioning for a threshold voltage to an arc detection, such as 20V, causes a correspondingly high power loss at higher operating voltages.

In 2 ist schematisch der Betätigungsablauf an einem nicht näher abgebildeten Thyristor 82 abgebildet, der an eine Wechselspannung 19 angeschlossen ist. In 2 bildet die vertikale Achse die Größenachse 23, an der die Wechselspannung 19, die Spannung 20 des Signals 16 und der erfasste Betriebszustand 25 des Thyristors 82 abgebildet sind. Die horizontalen Achsen bilden jeweils die Zeitachse 21 und markieren an der Größenachse 23 die jeweiligen Nulllinien. Der Verlauf der Wechselspannung 19 ist im Wesentlichen sinusförmig. In einem unangesteuerten Zustand 28 des Thyristors 82 folgt die über das Signal 16 erfasste Spannung 20 am Thyristor 82 dem Verlauf der Wechselspannung 19. Der erfasste binäre Betriebszustand 25 meldet mit dem Erreichen eines Nulldurchgangs der Wechselspannung 19 und des Signals 16 den Nulldurchgang durch einen kurzen Rechteckimpuls 30. Ferner wirkt der Thyristor 82 im ungesteuerten Zustand 28 sperrend, so dass der Stromfluss 27 über den Thyristor 82 Null ist. In 2 is schematically the operation of a not shown in detail thyristor 82 pictured, connected to an AC voltage 19 connected. In 2 the vertical axis forms the size axis 23 at which the AC voltage 19 , the voltage 20 the signal 16 and the detected operating condition 25 of the thyristor 82 are shown. The horizontal axes each form the time axis 21 and mark on the size axis 23 the respective zero lines. The course of the alternating voltage 19 is essentially sinusoidal. In an uncontrolled state 28 of the thyristor 82 follows the over the signal 16 detected voltage 20 at the thyristor 82 the course of the AC voltage 19 , The detected binary operating state 25 signals with reaching a zero crossing of the AC voltage 19 and the signal 16 the zero crossing by a short square pulse 30 , Furthermore, the thyristor acts 82 in the uncontrolled state 28 blocking, so the current flow 27 over the thyristor 82 Is zero.

Im gesteuerten Zustand 29 des Thyristors 82 verstreicht nach einem Nulldurchgang des Signals 16 ein Zeitintervall 28, dem sich ein Zündbefehl 26 zum dargestellten Zeitpunkt anschließt. Während des Zeitintervalls 28 erfolgt ein betragsmäßiger Anstieg des Signals 16. Der Anstieg hat eine Spannungsamplitude 22, die zu zur koordinierten Ausgabe des Zündbefehls 26 zu erfassen ist. Unmittelbar nach dem Ausgeben des Zündbefehls 26 tritt ein betragsmäßig zunehmender Stromfluss 27 über den Thyristor 82 ein. Währenddessen ist der erfasste binäre Betriebszustand 25 High, also ein leitender Zustand des Thyristors 82. In the controlled state 29 of the thyristor 82 elapses after a zero crossing of the signal 16 a time interval 28 , which received an ignition command 26 followed at the time shown. During the time interval 28 there is an increase in the amount of the signal 16 , The rise has a voltage amplitude 22 leading to the coordinated output of the ignition command 26 is to capture. Immediately after issuing the ignition command 26 occurs a magnitude increasing current flow 27 over the thyristor 82 one. Meanwhile, the detected binary operating state 25 High, ie a conducting state of the thyristor 82 ,

Nach einem Nulldurchgang des Stroms wird der Stromfluss 27 durch den Thyristor 82 unterbrochen. Darauf folgt wiederum ein Zeitintervall 28, in dem die Spannung 20 am Thyristor 82, die über das Signal 16 erfasst wird, betragsmäßig ansteigt. Nach einem Zeitintervall 28 wird erneut ein Zündbefehl 26 ausgegeben und der Thyristor 82 auf leitend gestellt. After a zero crossing of the current becomes the current flow 27 through the thyristor 82 interrupted. This is again followed by a time interval 28 in which the tension 20 at the thyristor 82 that over the signal 16 is recorded increases in amount. After a time interval 28 becomes an ignition command again 26 output and the thyristor 82 put on top.

3 zeigt schematisch den Aufbau einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen kaskadierbaren Schaltung 40, die mit einem Senderelement 12 einer galvanisch getrennten Signaleinkopplung 10 mit einem Empfängerelement 14 verbunden ist. Gemäß 3 wird über Signalzuleitungen 18, 19 ein Signal 16 zugeführt, das durch die kaskadierbare Schaltung 40 geleitet wird. Die Verbindung zu der Signalzuleitung 18 und dem Senderelement 12 wird über die Anschlusspunkte 38 hergestellt. Das Signal 16 weist eine veränderliche Spannung 20 auf. Die kaskadierbare Schaltung 40 umfasst einen selbstleitenden Feldeffekttransistor 44, der über einen Source-Anschluss 46, einen Gate-Anschluss 45 und einen Drain-Anschluss 47 verfügt. Durch ein Anlegen einer Spannung am Gate-Anschluss 45 wird der Feldeffekttransistor 44 zumindest teilsperrend. Mit dem Source-Anschluss 46 ist ein Shunt-Widerstand 41 verbunden. Zwischen dem Shunt-Widerstand 41 und dem Anschlusspunkt 38 befindet sich eine erste Verzweigung 33, die mit dem Gate-Anschluss 45 verbunden ist. Zwischen der ersten Verzweigung 33 und dem Gate-Anschluss 45 ist eine Zener-Diode 48 angeschlossen. Der Source-Anschluss 46, der Shunt-Widerstand 41, die Zener-Diode 48 und der Gate-Anschluss 45 liegen damit in einer ersten Masche 43. Die Zener-Diode 48 ist in der ersten Masche 43 derart angeordnet, dass die Durchlassrichtung der Zener-Diode 48 zum Gate-Anschluss 45 gerichtet ist. Die Zener-Diode 48 weist eine Durchbruchspannung 36, durch die in Zusammenwirkung mit dem Widerstandswert des Shunt-Widerstands 41 und dem darin vorliegenden Stromfluss eine Auslöseschwelle 37 am Gate-Anschluss 45 festgelegt ist. 3 shows schematically the structure of an embodiment of the cascadable circuit according to the invention 40 that with a transmitter element 12 a galvanically isolated signal coupling 10 with a receiver element 14 connected is. According to 3 is via signal feeders 18 . 19 a signal 16 supplied by the cascadable circuit 40 is directed. The connection to the signal supply line 18 and the transmitter element 12 is about the connection points 38 produced. The signal 16 has a variable voltage 20 on. The cascadable circuit 40 includes a self-conducting field effect transistor 44 that has a source connection 46 , a gate connection 45 and a drain connection 47 features. By applying a voltage to the gate terminal 45 becomes the field effect transistor 44 at least partially blocking. With the source connection 46 is a shunt resistor 41 connected. Between the shunt resistor 41 and the connection point 38 there is a first branch 33 connected to the gate terminal 45 connected is. Between the first branch 33 and the gate terminal 45 is a zener diode 48 connected. The source connection 46 , the shunt resistance 41 , the zener diode 48 and the gate terminal 45 lie in a first stitch 43 , The zener diode 48 is in the first stitch 43 arranged such that the forward direction of the Zener diode 48 to the gate terminal 45 is directed. The zener diode 48 has a breakdown voltage 36 , in cooperation with the resistance value of the shunt resistor 41 and the current flow therein is a triggering threshold 37 at the gate connection 45 is fixed.

Der Gate-Anschluss 45 ist auch über eine zweite Verzweigung 34 mit dem Drain-Anschluss 47 des Feldeffekttransistors 44 verbunden. Der Drain-Anschluss 47, der Gate-Anschluss 45 und die zweite Verzweigung 34 liegen in einer zweiten Masche 49, die unmittelbar an die erste Masche 43 angrenzt. Dabei gehört eine Verbindungsleitung 32 vom Gate-Anschluss 45 bis zu einem dritten Verzweigungspunkt 35 zur ersten und zur zweiten Masche 43, 49. In der zweiten Masche 49 ist ein Ausgleichswiderstand 42 angeordnet, der zwischen der zweiten Verzweigung 34 und dem Gate-Anschluss 45 liegt. Im Betrieb der kaskadierbaren Schaltung 40 liegt über dem Feldeffekttransistor 44 und dem Shunt-Widerstand 41 ein erster Spannungsabfall 53 vor. Ferner liegt am Ausgleichswiderstand 42 ein zweiter Spannungsabfall 55 vor, durch den in einem teilsperrenden oder voll sperrenden Zustand des Feldeffekttransistor 44 ein Stromfluss über die Zener-Diode 48 zum Anschlusspunkt 38 definiert wird. The gate connection 45 is also over a second branch 34 with the drain connection 47 of the field effect transistor 44 connected. The drain connection 47 , the gate connection 45 and the second branch 34 lie in a second stitch 49 that immediately follow the first stitch 43 borders. This includes a connection line 32 from the gate terminal 45 up to a third branch point 35 to the first and the second stitch 43 . 49 , In the second stitch 49 is a balancing resistor 42 arranged between the second branch 34 and the gate terminal 45 lies. In operation of the cascadable circuit 40 lies above the field effect transistor 44 and the shunt resistor 41 a first voltage drop 53 in front. Furthermore, lies on the compensation resistance 42 a second voltage drop 55 before, by the in a partially blocking or fully blocking state of the field effect transistor 44 a current flow through the zener diode 48 to the connection point 38 is defined.

In 4 ist schematisch der Aufbau einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Signaleinkopplungssystems 80 abgebildet, das eine Mehrzahl an kaskadierbaren Schaltungen 40.1, 40.2, 40.3, 40.4 umfasst. Dem Signaleinkopplungssystem 80 wird über Signalzuleitungen 18, 19 mit einer angeschlossenen Gleichrichterbrücke 60 mit Dioden 61 ein Signal 16 zugeführt, das eine veränderliche Spannung 20 aufweist. Die Signalzuleitungen 18, 19 sind an Anschlusspunkten 38 mit den kaskadierbaren Schaltungen 40.1, 40.2, 40.3, 40.4 verbunden. Des Weiteren sind die kaskadierbaren Schaltungen 40.1, 40.2, 40.3, 40.4 nach demselben Prinzip aufgebaut wie die kaskadierbare Schaltung 40 in 3. Die kaskadierbaren Schaltungen 40.1, 40.2, 40.3, 40.4 weisen jeweils einen Feldeffekttransistor 44 mit einem Source-Anschluss 46, einem Drain-Anschluss 47 und einem Gate-Anschluss 45 auf. Der Feldeffekttransistor 44 ist als selbstleitender Feldeffekttransistor 44 ausgebildet. Damit führt eine am Gate-Anschluss 45 angelegte Spannung zu einer Hemmung oder Sperrung des Stromflusses zwischen dem Source-Anschluss 46 und dem Drain-Anschluss 47. Den Source-Anschlüssen 46 ist jeweils ein Shunt-Widerstand 41 vorgeschaltet. Jede der kaskadierbaren Schaltungen 40.1, 40.2, 40.3, 40.4 weist eine erste Verzweigung 33 auf, die zum Gate-Anschluss 45 führt. Hierdurch ist eine erste Masche 43 ausgebildet, in der der Source-Anschluss 46, der Vorwiderstand 41, der Gate-Anschluss 45 und eine Zener-Diode 48 angeschlossen sind. Die Zener-Diode 48 weist eine Durchbruchspannung 36 auf, die in Zusammenwirkung mit dem Widerstandswert des Shunt-Widerstands 41 und den darin vorliegenden Stromfluss eine Auslöseschwelle 37 für die Betätigung des Gates über den Gate-Anschluss 45 festlegt. In 4 schematically shows the structure of an embodiment of the signal coupling system according to the invention 80 mapped to a plurality of cascadable circuits 40.1 . 40.2 . 40.3 . 40.4 includes. The signal coupling system 80 is via signal feeders 18 . 19 with a connected rectifier bridge 60 with diodes 61 a signal 16 fed, which is a variable voltage 20 having. The signal leads 18 . 19 are at connection points 38 with the cascadable circuits 40.1 . 40.2 . 40.3 . 40.4 connected. Furthermore, the cascadable circuits 40.1 . 40.2 . 40.3 . 40.4 built according to the same principle as the cascadable circuit 40 in 3 , The cascadable circuits 40.1 . 40.2 . 40.3 . 40.4 each have a field effect transistor 44 with a source connection 46 , a drain connection 47 and a gate terminal 45 on. The field effect transistor 44 is as a self-conducting field effect transistor 44 educated. This leads one at the gate connection 45 applied voltage to inhibit or block the flow of current between the source terminal 46 and the drain port 47 , The source connections 46 is each a shunt resistor 41 upstream. Each of the cascadable circuits 40.1 . 40.2 . 40.3 . 40.4 has a first branch 33 on going to the gate terminal 45 leads. This is a first stitch 43 formed in which the source terminal 46 , the pre-resistor 41 , the gate connection 45 and a zener diode 48 are connected. The zener diode 48 has a breakdown voltage 36 on, in cooperation with the resistance value of the shunt resistor 41 and the current flow therein a triggering threshold 37 for operating the gate via the gate terminal 45 sets.

Zu den ersten Maschen 43 gehört jeweils eine Verbindungsleitung 32, die vom Gate-Anschluss 45 zu einer dritten Verzweigung 35 führt. Die Verbindungsleitungen 32 und die dritten Verzweigungen 35 gehören auch jeweils zu einer zweiten Masche 49, in der der Drain-Anschluss 47 des jeweiligen Feldeffekttransistors 44 über eine zweite Verzweigung 34 mit der dritten Verzweigung 35, und so mit dem zugehörigen Gate-Anschluss 45 verbunden ist. In den zweiten Maschen 49 ist jeweils auch ein Ausgleichswiderstand 42 angeordnet. Die Ausgleichswiderstände 42 führen in der jeweiligen kaskadierbaren Schaltung 40.1, 40.2, 40.3, 40.4 dazu, dass beim Einsetzen eines zumindest teilsperrenden Zustands des Transistors 44 in der kaskadierbaren Schaltung 40.1 ein Stromfluss zur gekoppelten kaskadierbaren Schaltung 40.2 eine Stromstärke aufweist, die dazu geeignet ist, auch am Transistor 44 der gekoppelten kaskadierbaren Schaltung 40.2 zumindest einen teilsperrenden Zustand einzustellen. Das gleiche gilt für die kaskadierbaren Schaltungen 40.3, 40.4. Dadurch erfolgt eine Aufteilung des Spannungsabfalls entlang der jeweiligen Kaskade 52, 54. Jede der kaskadierbaren Schaltungen 40.1, 40.2, 40.3, 40.4 gewährleistet, dass Signal 16 auf dem Weg in Richtung eines Senderelements 12 eine zunehmend konstante Stromstärke 50 aufweist. Die Spannungabfälle 56, 57, 58, 59 an den einzelnen kaskadierbaren Schaltungen 40.1, 40.2, 40.3, 40.4 sind im Wesentlichen gleich hoch. To the first stitches 43 Each belongs to a connecting line 32 coming from the gate terminal 45 to a third branch 35 leads. The connection lines 32 and the third branches 35 each also belong to a second mesh 49 in which the drain connection 47 the respective field effect transistor 44 over a second branch 34 with the third branch 35 , and so with the associated gate connector 45 connected is. In the second stitch 49 is in each case also a compensation resistance 42 arranged. The balancing resistances 42 lead in the respective cascadable circuit 40.1 . 40.2 . 40.3 . 40.4 in that upon insertion of an at least partially blocking state of the transistor 44 in the cascadable circuit 40.1 a current flow to the coupled cascadable circuit 40.2 has a current that is suitable, even at the transistor 44 the coupled cascadable circuit 40.2 to set at least a partially blocking state. The same applies to the cascadable circuits 40.3 . 40.4 , This results in a breakdown of the voltage drop along the respective cascade 52 . 54 , Each of the cascadable circuits 40.1 . 40.2 . 40.3 . 40.4 ensures that signal 16 on the way towards a transmitter element 12 an increasingly constant current 50 having. The voltage drops 56 . 57 . 58 . 59 at the individual cascadable circuits 40.1 . 40.2 . 40.3 . 40.4 are essentially the same.

Im erfindungsgemäßen Signaleinkopplungssystem 80 sind jeweils zwei kaskadierbare Schaltungen 40.1, 40.2, 40.3, 40.4 zu einer ersten und zweiten Kaskade 52, 54 zusammengeschaltet. Die einzelnen kaskadierbaren Schaltungen 40.1, 40.2, 40.3, 40.4 sind dazu an ihren Anschlusspunkten 38 miteinander gekoppelt. Die kaskadierbaren Schaltungen 40.1, 40.2, 40.3, 40.4 einer Kaskade 52, 54 unterstützen sich gegenseitig dabei, einen Konstantstrom 50 bereitzustellen und dadurch die anfallende Verlustleistung im Signaleinkopplungssystem 80 zu verringern. Infolgedessen erreicht ein aufbereitetes Signal 17, das als Konstantstrom 50 ausgebildet ist, an den Anschlusspunkten 38 das Senderelement 12, das einem Empfängerelement 14 zugeordnet ist. Ferner ist die kaskadierbare Schaltung 40.3 der zweiten Kaskade 54 über ihren Anschlusspunkt 38 mit dem Senderelement 12 verbunden. In the signal coupling system according to the invention 80 are each two cascadable circuits 40.1 . 40.2 . 40.3 . 40.4 to a first and second cascade 52 . 54 connected together. The individual cascadable circuits 40.1 . 40.2 . 40.3 . 40.4 are at their connection points 38 coupled together. The cascadable circuits 40.1 . 40.2 . 40.3 . 40.4 a cascade 52 . 54 support each other thereby, a constant current 50 to provide and thereby the resulting power loss in the signal coupling system 80 to reduce. As a result, a conditioned signal arrives 17 as a constant current 50 is formed at the connection points 38 the transmitter element 12 that is a receiver element 14 assigned. Further, the cascadable circuit 40.3 the second cascade 54 over her connection point 38 with the transmitter element 12 connected.

5 zeigt schematisch den Aufbau einer Thyristorsteuerung 90, die zu einem nicht näher dargestellten Schaltgerät 100 gehört. Die Thyristorsteuerung 90 umfasst eine Spannungserfassung 92, die zur Messung vorliegender Spannungen 20 mit einem Thyristor 82 verbunden ist. Der Thyristor 82 ist mit einem parallel geschalteten Überbrückungskontakt 83 verbunden, und gehört zu einer Hybridschaltung. Die Spannungserfassung 92 liefert als Messergebnisse Signale 16, die einem erfindungsgemäßen Signaleinkopplungssystem 80, wie beispielsweise in 4 abgebildet, weitergeleitet werden. Das Signaleinkopplungssystem 80 gewährleistet eine galvanisch getrennte Einkopplung 10 des Signals 16, das als Ausgabesignal 15 an eine Steuereinheit 94 ausgegeben wird. Zur Durchführung der galvanisch getrennten Einkopplung 10 umfasst das Signaleinkopplungssystem 80 mindestens eine kaskadierbare Schaltung 40, 40.1, 40.2, 40.3, 40.4 wie beispielsweise in 3 oder 4 dargestellt. Die Steuereinheit 94 ist zum Ausgeben von Zündbefehlen 26 an den Thyristor 82 ausgebildet, um so in Reaktion auf das erhaltene Ausgangssignal 15 den Thyristor 82 zielgerichtet zu betreiben. 5 shows schematically the structure of a Thyristorsteuerung 90 to a switching device, not shown 100 belongs. The thyristor control 90 includes a voltage detection 92 for measuring existing voltages 20 with a thyristor 82 connected is. The thyristor 82 is with a parallel bridging contact 83 connected, and belongs to a hybrid circuit. The voltage detection 92 delivers signals as measurement results 16 , which is a signal coupling system according to the invention 80 , such as in 4 shown, forwarded. The signal coupling system 80 ensures a galvanically isolated coupling 10 the signal 16 that as an output signal 15 to a control unit 94 is issued. For carrying out the galvanically isolated coupling 10 includes the signal injection system 80 at least one cascadable circuit 40 . 40.1 . 40.2 . 40.3 . 40.4 such as in 3 or 4 shown. The control unit 94 is for issuing ignition commands 26 to the thyristor 82 trained so in response to that received output signal 15 the thyristor 82 to operate purposefully.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102010030656 A1 [0002]
DE 19911133 A1 [0003]

Claims

Cascadable circuit ( 40 ) for galvanically isolated coupling of a signal ( 16 ) comprising a transistor ( 44 ) with a source connection ( 46 ), a drain connection ( 47 ) and a gate terminal ( 45 ), whereby the gate connection ( 45 ) in a first mesh ( 43 ) with the source connection ( 46 ) and in the first mesh ( 43 ) a shunt resistor ( 41 ), characterized in that in a second stitch ( 49 ) between the gate terminal ( 45 ) and the drain connection ( 47 ) at least one compensation resistance ( 42 ) for adjusting a current flow over a part of the first mesh ( 43 ) in an at least partially blocking state of the transistor ( 44 ) is arranged.

Cascadable circuit ( 40 ) according to claim 1, characterized in that the circuit has at least two connection points ( 38 ) for connection to a transmitter element ( 12 ), a signal feed ( 18 ) and / or another cascadable circuit ( 40 ) having.

Cascadable circuit ( 40 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the at least one compensation resistor ( 42 ) has a resistance value of 100 kΩ to 1000 kΩ, preferably from 400 kΩ to 600 kΩ.

Cascadable circuit ( 40 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that in the first mesh ( 43 ) a zener diode ( 48 ) for setting a triggering threshold ( 36 ) of the gate terminal ( 45 ) is arranged.

Cascadable circuit ( 40 ) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the transistor ( 44 ) is self-conducting.

Cascadable circuit ( 40 ) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the transistor ( 44 ) is designed as a field effect transistor.

Cascadable circuit ( 40 ) according to one of claims 1 to 6, characterized in that the transistor ( 44 ) has a drain-source operating voltage of 400V to 1500V, preferably of 600V.

Cascadable circuit ( 40 ) according to one of claims 1 to 7, characterized in that the signal ( 16 ) has a voltage amplitude of 1.4kV to 10kV, preferably 2kV.

Cascadable circuit ( 40 ) according to one of claims 1 to 8, characterized in that the signal ( 16 ) is designed as an analog signal.

Signaling system ( 80 ) comprising a receiver element ( 14 ) and an associated galvanically isolated transmitter element ( 12 ), to the at least two cascadable circuits ( 40 . 40.1 . 40.2 . 40.3 . 40.4 ) are each connected according to one of claims 1 to 9.

Signaling system ( 80 ) according to claim 10, characterized in that one in the transmitter element ( 12 ) fed signal ( 17 ) an adjustable current ( 50 ) having.

Signaling system ( 80 ) according to claim 10 or 11, characterized in that the at least two cascadable circuits ( 40 . 40.1 . 40.2 . 40.3 . 40.4 ) into a cascade ( 52 . 54 ) are connected in series.

Signaling system ( 80 ) according to one of claims 10 to 12, characterized in that the balancing resistances ( 42 ) of the cascadable circuits ( 40 . 40.1 . 40.2 . 40.3 . 40.4 ) to a uniform voltage drop ( 52 ) at the transistors ( 44 ) are formed.

Switching device ( 100 ) with at least one thyristor ( 82 ) and a thyristor control ( 90 ), comprising a voltage detection ( 92 ) via a signal coupling system ( 80 ) with a control unit ( 94 ) for issuing ignition commands ( 26 ), characterized in that the signal coupling system ( 80 ) is designed according to one of claims 10 to 13.

Switching device ( 100 ) according to claim 14, characterized in that parallel to the thyristor ( 82 ) a bridging contact ( 83 ) is switched.