DE2249223C2 - Gleichstromwandler für Gleichstromsignale - Google Patents

Gleichstromwandler für Gleichstromsignale

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Description

heitsvierpol zum Schütze von in explosionsgefährdeten Räumen befindlichen Verbrauchern und/oder Meßwertgebern bringt gegenüber den sonst üblichen, beispielsweise aus aktiven Elementen aufgebauten Trennverstärkern beträchtliche Vorteile, da er keine zusätzlichen Netzteile, die auch den vorgeschriebenen Sicherheitsbestimmungen genügen müßten, benötigt.
Die Erfindung wird an Hand zweier Ausführungsbeispiele erklärt.
Fig. 1 zeigt teilweise als Blockschallbild einen Gleichstromwandler, bei dem der Spannungsabfall an drei in Reihe geschalteten Halbleiterdioden zur Speisung der selbstschwingenden Kippstufe dient;
Fig. 2 zeigt teilweise als Blockschaltbild eine andere Ausführungsform eines Gleichstromwandlers, bei dem der rpannungsabfall an einer Z-Diode erzeugt wird.
Fig. 1 zeigt innerhalb der gestrichelten Umrandung einen Gleichstromwandler mit zwei im Gegen- ao takt arbeitenden Schalttransistoren 5 und 6, einer selbstschwingenden Kipp ufe 1, einem Transformator 7 und einer Gleichrichteranordnung 8. Seine Eingangsklemmen sind mit 11 und seine Ausgangsklemmen mit 12 bezeichnet. Ein- und Ausgangsklemmen sind durch den Transformator 7 galvanisch voneinander getrennt. Der Gleichstromwandler verbindet einen elektrischen Verbraucher 10 mit einem Meßwertgeber 9. Der Verbraucher kann ein Meßwertschreiber oder -anzeiger sein. Der Meßwertgeber liefcrt einen eingeprägten Gleichstrom /,.·. Die beiden Schalttransistoren 5 und 6 werden von der selbstschwingenden Kippstufe 1 abwechselnd leitend gesteuert, so daß über die beiden Hälften der Primärwicklung des Transformators 7 abwechselnd der Strom /;; fließt. Der in der Sekundärwicklung des Transformators entstehende Wechselstrom wird durch die Gleichrichteranordnung 8 gleichgerichtet und speist den an den Ausgangsklemmen 12 angeschlossenen Verbraucher 10. Durch den Verbraucher fließt der Gleichstrom IA, der dem Eingangsgleichstrom // proportional ist.
Die Gleichspannung V zur Speisung der selbstschwingenden Kippstufe 1 entsteht als Spannungsabfall über drei in Reihe geschaltete Halbleiterdioden 2, 3 und 4. Die Dioden werden vom Eingangsgleichstiom IE in Durchlaßrichtung durchflossen. Die Höhe des Spannungsabfalls ist gleich der Summe der Flußspannungen an den Dioden. Da die Flußspannung einer Diode bekanntlich nur wenig von der Größe des Diodenflußstromes abhängig ist, bleibt die Gleichspannung U bei sich ändernden Eingangsströmen etwa konstant.
Die Fig. 2 zeigt eine etwas abgeänderte Schaltung eines Gleichstromwandlers. Sie hat den Vorteil der galvanischen Trennung der Basiskrrise der Transistoren 5 und 6 von der Eingangsklemme 11. Außerdem besitzt sie eine Regelschaltung, die ein sicheres Anschwingen der Kippstufe gewährleistet. Der vom Meßwertgeber 9 gelieferte Gleichstrom /£ durchfließt eine in Sperrichtung gepolte Z-Diode 13. Die an der Z-Diode abfallende Spannung versorgt die Kippstufe 1 mit der Gleichspannung U. Die rechteckförmige Steuerspannung für die Schalttransistoren 5 und 6 wird vom Ausgang der Kippstufe über einen Steuertransformator 14 induktiv in die Basiskreise eingespeist. Im Eingangskreis des Gleichstromwandlers liegt ein als Schalter arbeitender Feldeffekttransistor 16. Die Steuerspannung für den Feldeffekttransistor wird über eine Gleichrichterdiode 19 einer Wicklung 15 des Steuertransformators 14 entnommen. Sie steht am Ladekondensator 18 an, dem ein hochohmiger Widerstand 17 parallel geschaltet ist. Die Steuerspannung ist so gerichtet, daß der Feldeffekttransistor nicht leitet. Dieser Zustand bleibt erhalten, solange ein Eingangsstrom /,- fließt.
Ist der Eingangsstrom Null, dann schwingt die Kippstufe nicht. Der Steuertransformator 14 liefen keine Steuerspannung an die Schalttransistoren S und 6. Außerdem ist die Wicklung 15 spannungslos, so daß sich der Speicherkondensator 18 nicht aufladen kann. Eventuell noch vorhandene Restladungen werden über den Widerstand 17 abgebaut. Am Feldeffekttransistor 16 liegt somit keine Steuerspannung an. Steigt der Eingangsstrom wieder an, dann ist der Stromweg von der Primärwicklung des Transformators 7 über die Schalttransistoren 5 bzw. 6 unterbrochen, da beide Transistoren durch die spannungslosen Teilwicklungen in ihren Basiskreisen im gesperrten Zustand verharren. Der Gleichstromwandler kann erst dann wieder arbeiten, wenn die Kippstufe 1 schwingt, d. h. wenn über die Z-Diode 13 ein Strom fließt. Hierzu ist der Feldeffekttransistor 16 vorgesehen. Seine Kanalstrecke befindet sich bei fehlender Steuerspannung in niedeirohmigem Zustand und verbindet die Z-Diode elektrisch mit den beiden Eingangsklemmen 11. Der Eingangsstrom /,.; fließt über die Z-Diode und erzeugt an ihr die Betriebsspannung U. Die Kippstufe schwingt an. Über die Wicklung 15 und den Gleichrichter 19 fließt ein Strom in den Ladekondensator 18. Gleichzeitig liefen der Steuertransformator 14 die Steuerspannung für die Schalttransistorcn 5 und 6. Überschreitet die Spannung am Ladekondensator 18 einen bestimmten Wert, dann sperrt der Feldeffekttransistor 16. Der Eingangsstrom /,.· fließt wieder über die Schalltransistoren 5 bzw. 6 und den Transformator 7 und wird potentialtrennend übertragen.
An Steiie des Feldeffekttransistors kann auch ein Kondensator verwendet werden. Seine Kapazität ist so zu bemessen, daß, sobald ein Eingangsstrom zu fließen beginnt, der in den Kondensator fließende Ladestrom ausreicht, die Kippstufe zum Anschwingen zu bringen. Bei Verwendung eines solchen Kondensators werden die Wicklung 15 und die Bauelemente 17,18 und 19 nicht benötigt.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

  1. l 2
    Projektierung von Meßanlagen; in vielen Fallen wird Patentansprüche· erst durch ein solches Trennglied, z. B. einen Trenn-
    verstärker, die Lösung einer Aufgabe mög.ich. Bei
    !.Gleichstromwandler mit transformatorisch der Verwendung elektrischer Betriebsmittel inexplovoneinander getrenntem Eingangs-und Ausgangs- 5 sionsgefährdeten Μ«™β"Μ?α .^™!™ ^ kreis für Gleichstromsignale, bei dem der Für die maßnahmen erforderlich, die in den VDE-Vorschnf-Transformation erforderliche Wechselstrom durch ten als Schutzarten festgelegt smd. Wenn en Strom-Umschaltung des Gleichstromes mittels elektro- kreis sehr geringe Energie enthalt besteht die Mogmechanischer oder elektronischer Schalter erzeugt Hchkeit, die Schutzart Eigcnsicherheit anzuwenden, wird, die von einer selbstschwingenden Kippstufe 10 Diese Schutzart spielt in der Meß- und Regeltechnik angesteuert werden, dadurch gekenn- eine große Rolle, da in der Tat oft — gerade bei zeichnet, daß die Gleichspannung (U) zur weitgehender Transistorierung elektronischer Schal-Speisung der selbstschwingenden Kippstufe (1) tungen — mit sehr kleinen Strömen gearbeitet weraus dem Spannungsabfall an einem vom Ein- den kann.
    gangsgleichstrom (I F) durchflossenen Element 15 In der Druckschrift »Technische Information Conentnommenist tronic RQT 870 Strom-Trennwandler Typ FW 212
  2. 2. Gleichstromwandler nach Anspruch 1, da- RC/T 870-659/1. 71 /P« der Hartmann & Braun AG./ durch gekennzeichnet, daß das Element aus einer Schoppe & Faeser GmbH, ist em Gleichslromwand- oder mehreren in Reihe geschalteten Haibleiter- ler zur Übertragung von eingeprägten Gleichströmen dioden (2, 3, 4) besteht, die vom Eingangsstrom *o beschrieben, bei dem Eingangs- und Ausgangskreis (It) in Durchlaßrichtung durchflossen sind. galvanisch voneinander getrennt sind. Der Eingangs-
  3. 3. Gleichstromwandler nach Anspruch 1, da- strom wird bei diesem Gleichstromwandler durch durch gekennzeichnet, daß das Element aus einer einen Transistormodulator m einen Wechselstrom oder mehreren in Reihe geschalteten Z-Dioden umgewandelt. Der modulierte Strom ist über einen besteht, die vom Eingangsstrom (I1,) in Sperr- a5 Trenntransformator einem Demodulator zugeführt, richtung durchflossen sind. der einen gleichgerichteten und gesiebten Signal-
  4. 4. Gleichstromwandler nach Anspruch 1, da- strom abgibt. Dieser Signalstrom entspricht dem Emdurch gekennzeichnet, daß das Element ein ohm- gangsstrom, ist jedoch von diesem galvanisch gescher Widerstand ist. trennt. Modulator und Demodulator werden von
  5. 5. Gleichstromwandler nach Anspruch 1, ge- 30 einem selbstschwingenden Generator angesteuert, der kennzeichnet durch die Verwendung in einem von einer Batterrie gespeist wird. Der Generator ist passiven Sicherheitsvierpol zum Schütze von in vom Modulator und Demodulator durch einen explosionsgefährdeten Räumen befindlichen Ver- Steuertransformator mit zwei Sekundärwicklungen brauchern und/oder Meßwertgebern. galvanisch getrennt. Nachteilig hierbei ist, daß eine
  6. 6. Gleichstromwandler nach einem der An- 35 zusätzliche Gleichspannungsquelle zur Speisung des spräche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Generators erforderlich ist. Das bedeutet, daß bei Eingangskreis ein von der Kippstufe (1) ge- Verwendung eines solchen Wandlers zur Potentialsteuerter Ein/Aus-Schalter liegt, derart, daß er trennung von eingeprägten Gleichströmen nicht nur beim Eingangsstrom (ie) Null das Element (13) der Wandler selbst, sondern auch die Speisequelle elektrisch mit den Eingangsklemmen (11) ver- 40 für den Generator den geschilderten Anforderungen bindet. genügen muß. Das bedingt aber einen zusätzlichen
  7. 7. Gleichstromwandler nach Anspruch 6, da- Aufwand an Bauteilen.
    durch gekennzeichnet, daß der Ein/Aus-Schalter Die Aufgabe der Erfindung besteht dann, einen
    ein Feldeffekttransistor (16) ist. Gleichstromwandler für Gleichstromsignale mit
    45 selbstschwingender Kippstufe anzugeben, bei dem eine zusätzliche Gleichspannungsquelle r'ür die Spei-
    sung der Kippstufe nicht erforderlich ist.
    Ausgehend von einem Gleichstromwandler der eingangs genannten Art wird die Aufgabe erfindungs-
    . 50 gemäß dadurch gelöst, daß die Gleichspannung zur
    Die Erfindung bezieht sich auf einen Gleichstrom- Speisang der selbstschwingenden Kippstufe aus dem wandler mit transformatorisch voneinander getrenn- Spannungsabfall an einem v>m Eingangsgleichstrom tem Eingangs- und Ausgangskreis für Gleichstrom- durchflossenen Element entnommen ist.
    signale, bei dem der für die Transformation erforder- Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen
    liehe Wechselstrom durch Umschaltung des Gleich- 55 Gleichsiromwandlers besteht darin, daß er keinerlei stromes mittels elektromechanischer oder elektrant- Netzgeräte oder sonstige den Wandler speisende Einschcr Schalter erzeugt wird, die von einer selbst- richtungen benötigt, sondern daß der Gleichstromschwingenden Kippstufe angesteuert werden. wandler einfach als passiver Vierpol an beliebige Bei meßtechnischen Aufgaben der Regeltechnik, Stellen in den Stromkreis eingeschaltet werden kann. bei Überwachungsschaltungen und Datenverarbei- 60 Besonders vorteilhaft ist es, den erfindungsgemäßen tungsanlagen treten häufig unüberwindliche Ver- Gleichstromwandler als fertig beschaltetes Baumaschungen von Potentialen auf. Oft müssen Meß- element in Form etwa eines normgerechten Kästsignale mehrfach in eine Schaltung eingegeben wer- chens mit zwei Eingangsklemmen und zwei Ausden, wobei sie verschiedene Potentiale annehmen gangsklemmcn zu verwenden, das überall dort durch können. Da es sich meistens um Gleichstrom-Meß- 65 Auftrennen der elektrischen Signalleitungen dazwisignale handelt, die von ihrem Potential getrennt wer- sehen geschaltet werden kann, wo die Gefahr von den müssen, erleichtern Gleichstromtrennglieder mit Potentialverschiebungen besteht. Die Verwendung galvanisch getrenntem Eingang und Ausgang die des Gleichstromwandlers in einem passiven Sicher-
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