DE2342294A1

DE2342294A1 - Schaltungsanordnung zur galvanischen trennung von gleichstromsignalen

Info

Publication number: DE2342294A1
Application number: DE19732342294
Authority: DE
Inventors: Claus Dr Ing Kleegrewe
Original assignee: Hartmann and Braun AG
Current assignee: ABB Training Center GmbH and Co KG
Priority date: 1973-08-22
Filing date: 1973-08-22
Publication date: 1975-02-27
Also published as: DE2342294B2; DE2342294C3

Description

Schaltungsanordnung zur galvanischen Trennung von Gleichstromsignalen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur galvanischen Trennung von Gleichstromsignalen mit Hilfe eines Transformators, dessen Primärwicklung mit einem Zerhacker für das Gleichstromsignal verbunden ist und dessen Sekundärwicklung mit einem Gleichrichter für das übertragene Wechselstromsignal verbunden ist.

Schaltungen zur potentialfreien übertragung von Gleichstromsignalen mit einem Wandler oder Transformator sind im Prinzip bekannt. Fig. 1 zeigt eine solche Schaltung, deren Transformator Tr eine in der Mitte angezapfte Primärwicklung P und eine anzapfungslose Sekundärwicklung s

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aufweist. Die Mittelanzapfung der Primärwicklung P ist mit dem einen Pol einer Gleichstromquelle G verbunden, die einen dem Meßwert entsprechenden eingeprägten Strom liefert. Die Enden -der Primärwicklung P sind über die Kollektor-Emitter-Strecken von zwei npn-Transistoren Tl, T2 mit einer Masseleitung M verbunden. Die Basisanschlüsse der Transistoren werden im Gegentakt mit einer steuernden Rechteckspannung beaufschlagt, die von einem nicht dargestellten Rechteckgenerator geliefert wird. Der eingeprägte Gleichstrom fließt also abwechselnd über die linke und rechte Hälfte der Primärwicklung, so daß der Kern des Transformators Tr von dem zerhackten Gleichstrom im Takt des Rechteckgenerators ummagnetisiert wird. Hierdurch wird in der Sekundärwicklung S eine dem Primärstrom proportionale Wechselspannung induziert, die einem Brückengleichrichter Dl zugeführt wird. Am Ausgang des Brückengleichrichters Dl liegt ein Glättungskondensator Cl. Die galvanisch vom Eingang getrennte Meßgleichspannung fällt an einem Arbeitswiderstand Ra an, der an die Ausgangsklemmen Kl, K2 der Schaltung angeschlossen ist.

Die beschriebene Schaltung ist insofern nachteilig, als beim Abschalten an den beiden Hälften der Primärwicklung P hohe Spannungsspitzen entstehen. Werden diese Spannungsspitzen mit bekannten Maßnahmen begrenzt, treten unerwünschte Ubertragungsfehler auf. Weitere Fehler können entstehen, wenn

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die Primärwicklung nicht absolut symmetrisch aufgebaut ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte Schaltung dahingehend zu verbessern, daß die Anforderungen an den Transformator reduziert und Schalttransistoren mit kleinen Sperrspannungen eingesetzt werden können.

Die Erfindung zeichriet sich dadurch aus, daß die anzapfungslose Primärwicklung über einen Kondensator und einen Halbleiterzerhacker mit der Gleichstromsignalquelle verbunden ist.

Ein Ausführungsbeispiel wird anhand von Fig. 2 der Zeichnung erläutert.

übereinstimmende Teile in Fig. 1 und 2 sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Mit Kl, K2 sind die Ausgangsklemmen, mit K3, K4 die Eingangsklemmen für den eingeprägten Gleichstrom, mit K5, K6 Klemmen für eine Hilfsgleichspannungsquelle und mit K7, K8 Klemmen für eine Hilfswechselspannung bezeichnet. Der Transformator Tr weist eine anzapfungslose Primärwicklung P und eine einzige Sekundärwicklung S auf. Im Primärkreis ist ein aus den npn-Transistoren T3, T4 und den pnp-Transistoren T5, T6 bestehender Halbleiterzerhacker vorgesehen, der als Doppel-Darlington-Stufe ausgebildet ist. Die Emitter der Transistoren T4, T6 sind mit dem einen Ende der Primärwicklung P verbunden. Das andere

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Ende liegt über einen Kondensator C3 an der Eingangsklemme K4. Die Eingangsklemmen K3, K4 sind ferner durch einen Kondensator C4 miteinander verbunden. Die Doppel-Darlington-Stufe wird über einen Rechteckgenerator angesteuert, der in an sich bekannter Weise aus einem Operationsverstärker V, den Widerständen Rl - R5 und einem Kondensator C5 besteht. Die Rechteckimpulse des Generators werden über einen Kondensator C6 und einen Widerstand R6 auf die Basisanschlüsse der Transistoren T3, T5 geleitet. Die an die Klemmen K5, K6 anzuschließende Hilfsgleichspannungsquelle liegt gemäß Zeichnung auf dem gleichen Potential wie die Meßstromquelle. In der Verbindungsleitung zwischen Zerhacker und Generator kann jedoch auch eine konstante, niederohmige Gleichspannungsquelle liegen.

Durch die Rechteckimpulse des Generators werden abwechselnd die Transistoren T3, T4 und T5, T6 in den leitenden Zustand gesteuert. In der ersten Halbperiode, in der die Transistoren T3, T4 durchgeschaltet sind, fließt ein Strom von der positiven Klemme K3 über den Transistor T4, die Primärwicklung P und den Kondensator C3 zur negativen Klemme K4. In der zweiten HaIbperiode wird der Kondensator C3~über die Primärwicklung P una den geöffneten Transistor T6 zur negativen Klemme K4 entladen. Da sich die Stromrichtung in der Primärwicklung P in jeder Halbwelle umkehrt, wird der Eisenkern des Transformators ständig ummagnetisiert. Hierdurch wird in der

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Sekundärwicklung S eine dem Eingangsstrom proportionale Wechselspannung induziert, die in der Diodenbrücke Dl gleichgerichtet wird. Die Gleichspannung steuert über einen Glättungskondensator C2 und einen Vorwiderstand R7 eine weitere, aus den Transistoren T7, T8 bestehende Darlington-Stufe aus. Zur Versorgung dieser Darlington-Stufe dient eine Hilfsgleichspannung, die mittels einer Diodenbrücke D2 aus einer an den Klemmen K7, K8 anliegenden Hilfswechselspannung gewonnen wird. Mit C7 ist ein Glättungskondensator und mit Sl eine Sicherung bezeichnet. Die Anwendung der Darlington-Stufe T7, T8 ermöglicht es, mit
einem Transformator Tr von sehr geringer Leistung auszukommen. Vor allem aber wird durch diese Darlington-Stufe die Bürdenabhängigkeit wesentlich verringert. Um Wicklungstoleranzen des Transformators Tr ausgleichen zu können, ist am Ausgang der
Diodenbrücke Dl ein Abgleichwiderstand r8 in Reihe mit zwei
Dioden D3, D4 vorgesehen.

Grundsätzlich ist die Schaltung auch ohne Darlington-Stufe
T7, T8 und die Abgleicheinrichtung voll funktionsfähig.

Die beschriebene Schaltung hat folgende Vorteile:

Durch die Verwendung einer Primärwicklung ohne Mittelanzapfung werden Schwingungen infolge von Streuinduktivitäten vermieden. Da die Primärströme infolge der periodischen Be- und Entladung des Kondensators C3 stetig abklingen, werden hohe Spannungsspitzen vermieden und es können Transistoren mit kleinen
Sperrspannungen benutzt werden. Zugleich verhindert dieser

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Kondensator eine Gleichstromvormagnetisierung des Transformators.
Da die beiden Haupttransistoren T4, T6 der Doppel-Darlington-Stufe durch die Vortransistoren T3, T5 ausgesteuert werden, kommt man rr.ieinem in integrierter Technik aufgebauten Rechteckgenerator kleine: Leistung aus.

6 Seiten Beschreibung

4 Ansprüche

1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Ansprüche

schaltungsanordnung zur galvanischen Trennung von Gleichstromsignalen mit Hilfe eines Transformators, dessen Primärwicklung mit einem Zerhacker für das Gleichstromsignal verbunden ist und dessen Sekundärwicklung mit einem Gleichrichter für das übertragene Wechselstromsignal verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die anzapfungslose Primärwicklung (P) über einen Kondensator (C3) und einen Halbleiterzerhacker (T3 - T6) mit der Gleichstromsignalquelle verbunden ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, ! daß der Halbleiterzerhacker (T3 - T6) als Doppel-Darlington- ι Stufe ausgebildet ist, deren Steuereingänge an einem Rechteckgenerator (V, Rl - R5, C5) liegen.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektoren der npn-Transistoren (T3, T4) mit dem einen Pol der Gleichstromsignalquelle, daß die Emitter der beiden Haupttransistoren (T4, T6) mit dem einen Wicklungsende der Primärwicklung (P) und daß die Kollektoren der pnp-Transistoren (T5, T6) mit dem anderen Pol der Gleichstromsignalquelle verbunden sind.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet; daß die gleichgerichtete Sekundärspannung eine weitere Darlington-Stufe (T7, T8) aussteuert, die mit einer Hilfsgleichspan-

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nungsquelle betrieben, wird, und daß die Ausgangsklemmen (KI, K2) in Reihe mit der Kollektor-Emitter strecke des Haupttransistors (T&> in der Hilfsspannungsleitung liegexr. ·

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