DE2423645C3 - Übertrageranordnung zur galvanisch getrennten Nachbildung einer Gleichspannung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Übertrageranordnung zur galvanisch getrennten Nachbildung einer Gleichspannung mit einem Transformator, der wenigstens eine Eingangs- und eine Ausgangswicklung aufweist, mit einer elektrischen Schaltanordnung, die an die Eingangswicklung des Transformators angeschlossen, von einer Hilfsspannung beaufschlagt und von der Gleichspannung so gesteuert ist, daß die über den Transformator übertragene Spannung proportional zur Gleichspannung ist, und mit einer an die Eingangswicklung des Transformators über die Schaltanordnung angeschlossenen Gleichspannungsquelle.

Eine derartige Übertrageranordnung ist bei einem Gleichspannungswandler für Meß- und Regelzwecke bekannt (vgl. DE-PS 10 06 067). Bei der bekannten Übertrageranordnung soll ein Trapez-Signal erhalten werden, dessen Amplitude proportional einer gesteuerten Spannung einer Sinuswelle ist. Der Schaltungsaufbau ist dabei so, daß eine Sinuswelle einer Erregerspannung an eine Spannungsbegrenzerschaltung angelegt ist, die mit der Eingangswicklung des koppelnden Transformators verbunden ist, und daß ein Gleichspannungssignal durch Gleichrichten der in der Ausgangswicklung des koppelnden Transformators induzierten Spannung erhalten wird, deren Spitzenwert proportional dem einer Steuergleichspannung ist Wenn die Erregungsspannung gerade im positiven Bereich ist, wirken der Transformator und die aus einer Diodenbrücke und einer Steuerspannungsquellt bestehende und folglich galvanisch nicht trennende Spannungsbegrenzerschaltung unabhängig voneinander, wobei die Spannung zur Erregung des Transformators von einer anderen Spannungsquelle genommen wird, anstelle S'e von der nachzubildenden Gleichspannung zu entnehmen, wobei jedoch das Ausgangssignal der Spannungsbegrenzerschaltung dem Wert der nachzubildenden Gleichspannung, die den Transformator erregt, gleichgemacht wird. Bei der bekannten Übertrageranordnung tritt in der Ausgangsspannung eine negative Abweichung infolge von Erregungsverlusten des Transformators auf. Wenn nun die Erregungs-Gleichspannung genau nachgebildet werden soll, muß bei der bekannten Übertrageranordnung eine Korrektur der negativen Abweichung, d. h. eine Verstärkung erfolgen. Eine von Nichtlinearitäten befreite Verstärkung ist aber praktisch nur sehr umständlich erreichbar.

Andererseits wird in der Prozeß-Eingangs- bzw. -Ausgangsschaltung eines Prozeßrechners ein Multiplexer verwendet, der eine Mehrfachabtastung verschiedener Analogsignalquellen bei einem Prozeß durchführt (vgl. JA-OS 26 012/73 und JA-OS 24 882/70). Dabei wird häufig gewünscht, daß ein Analogsignal des Prozesses in Form eines dazu proportionalen Signals galvanisch getrennt nachgebildet oder erdfrei regeneriert wird.

Dazu wird ebenfalls eine Übertrageranordnung mit einem Transformator verwendet, wobei die Übertrageranordnung hohe Regenerations-Geschwindigkeit und hohe Genauigkeit aufweisen soll. Dabei wird, wie bei der eingangs genannten bekannten Übertrageranordnung eine Gleichspannungsquelle über eine Schaltanordnung an die Eingangswicklung des Transformators angeschlossen. Während der Regenerations- oder Nachbildungspha sen wird die Schaltanordnung für eine vorgegebene Zeitdauer durchgeschaltet, damit die Gleichspannungsquelie die Eingangswicklung des Transformators derart erregen kann, daß an dessen Ausgangswicklung eine Spannung proportional zur Gleichspannung der Gleich-

spannungsqueile erzeugt wird. Wird also der Transformator durch die Gleichspannungsquelle selbst erregt, ergibt sich wegen der unzureichenden Erregung des Transformators eine niedrige Arbeitsgeschwindigkeit und wegen der Dachschräge des Impuls-Überschwin-

gens eine nur geringe Genauigkeit

Es ist Aufgabe der Erfindung, f \-.& Übertrageranordnung der eingangs genannten Art so arszubiiden, daß sie mit hoher Geschwindigkeit bei hoher Genauigkeit arbeiten kann.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß «äe Hilfsspannung eine Impulsspannung ist, daß die Ausgangswicklung des Transformators über einen mit ihr in Reihe liegenden Widerstand mit der Impuls-Hilfsspannung beaufschlagt ist, und daß die in der Eingangswicklung durch die Impulshilfsspannung induzierte Spannung ausreichend hoch ist, um zur Spannungsbegrenzung die Schaltanordnung zeitweise so durchzuschalten, daß sich an der Ausgangswicklung eine zur Höhe der Gleichspannung der Gleichspannungs quelle proportionale Spannung ergibt

Wesentlich ist also, daß die Leistungsquelle zur Erregung des Impuls-Transformators nicht die Gleichspannungsquelle der Gleichspannung ist, die nachgebildet werden soll, sondern eine andere Hilfs-Spannungs- quelle, die mit der Ausgangswicklung des Transformators verbunden ist Die erfindungsgemäße Übertrager-Anordnung nutzt die Tatsache aus, daß die Spannungen an einer Eingangswicklung und einer Ausgangswicklung eines koppelnden Transformators (dessen Windungs verhältnis z. B. 1:1 ist) stets gleich sind. Wenn nun erfindungsgemäß eine Hilfsspannung an der Ausgangswicklung des Transformators anliegt, wird die in der Eingangswicklung induzierte Spannung so auf den Wert der Gleichspannungsquelle begrenzt, daß die der Spannung der Gleichspannungsquelle proportionale Spannung dadurch erfaßt wird, daß die in der Ausgangswicklung induzierte Spannung abgenommen wird. Das heißt, bei der Übertrageranordnung gemäß de' Erfindung bildet der koppelnde Impuls-Transforma tor einen Teil der Spannungsbegrenzerschaltung. wobei die erfindungsgeinäße Übertrageranordntng nicht nur lediglich eine einfache Spannungsbegrenzerschaltung darstellt, sondern eine einen bzw. den Transformator enthaltende galvanisch trennende Spannungsbe grenzerschalturig ist

Bei der erfindungsgemäßen Übertrageranordnung tritt folglich eine positive Abweichung infolge der Erregungsverluste auf, deren Korrektur durch eine einfache Spannungsteilung erfolgen kann, wodurch bei

6j der Erfindung eine genaue Korrektur bzw. Nachbildung durch einen einfachen Schaltungsaufbau möglich ist.

Die Erfindung ist auch bei einem Nullpotential der Alisgangsspannung vorteilhaft, denn das Nullpotential

der Ausgangsspannung bei der bekannten Übertrageranordnung (DTPS 10 06 067) ist nicht eindeutig, während sie bei der erfindungsgemilßen Übertrageranordnung eindeutig ist. Wenn nämlich an die bekannte Übertrageranordnung als Hilfssparinung eine Impulsspannung angelegt wird, besitzt die Eingangsspannung des koppelnden Transformators einen auf einen Spannungswert begrenzten Signalverlauf und ist die Ausgangsspannung gegenüber der Eingangsspannung eine Wechselspannung, weshalb das Nullpotential ausgangsseitig nicht eindeutig ist, weshalb das Signal zur ausgangsseitigen Erfassung des Spannungswertes demoduliert werden muß. Andererseits werden bei der erfindungsgemäßen Übertrageranordnung das Erregungs-Eingangssignal und das Ausgangssignal gleich- stromgekoppelt, weshalb das Nullpotential der Ausgangsspannung eindeutig ist, wobei die Steuerspannung durch Erfassen der Ausgangsspannung mit einer Zeitsteuerung erfaßt wird durch Anlegen der Erregungs-Hilfsspannung, weshalb keine Demodulation notwendig ist.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 schematisch eine Schaltung zur Darstellung des grundsätzlichen Aufbaus der erfindungsgemäßen Übertrageranordnung,

F i g. 2 Kurven zur Erläuterung der Arbeitsweise der Anordnung nach Fig. 1,

Fig. 3, 5 und 7 bis 13 Schaltungen verschiedener erfindungsgemäßer Ausführungsbeispiele, und

F i g. 4 und 6 charakteristische Signale der Ausführungsbeispiele der F i g. 3 bzw. 5.

Die Fig. 1 enthält eine Gleichüpannungsquelle 1, deren Gleichspannung regeneriert, d. h. galvanisch getrennt nachgebildet werden soll, eine elektrische Schaltanordnung 2, einen Impulsübertrager oder Transformator 3 mit einer Eingangswicklung 4 und einer Ausgangswicklung 5, einen Strombegrenzungswiderstand 6, einen Eingang 7 zum Erregen bzw. Anregen bzw. Einspeisen, und einen Ausgang U.

Wenn eine Spannung E₁ der Gleichspannungsquelle 1 am Ausgang 8 als dazu proportionale Spannung regeneriert werden soll, wird in den Erregungs-Eingang 7 eine Impuls-Hilfsspannung E, eingespeist, wobei zum Regenerieren die in der Eingangswicklung 4 durch die Impuls-Hilfsspannung E, an der Ausgangswicklung 5 induzierte Spannung höher ist als die zu regenerierende Gleichspannung E, Die Schaltanordnung 2, die weiter unten in Fig.3 und in den folgenden Figuren beschrieben wird, befindet sich normalerweise im Ausoder Sperr-Zustanci bzw. im geöffneten Zustand und wird geschlossen oder durchgeschaket, wenn die in der Eingangswicklung 4 induzierte Spannung die Gleichspannung Ε, übersteigt Im Ein- oder Durchlaß-Zustand bzw. im geschlossenen Zustand der Schaltanordnung 2 wird die maximale, in der Eingangswicklung 4 induzierte Spannung durch die Gleichspannung- E, begrenzt Wenn das Windungsverhältnis oder Übersetzungsverhältnis zwischen der Eingangswicklung 4 und der Ausgangs- *° wicklung 5 1:1 ist, und wenn der Maximalwert der in der Eingangswicklung 4 induzierten Spannu/lg gleich der Spannung Ei ist, wird die Ausgangsspannung an der Ausgangswicklung 5 ebenfalls auf den Wert E₁ begrenzt Infolgedessen hat die am Ausgang 8 zur Verfugung stehende Spannung E₀ den Wert E-, d h-, die Spannung E₁ der Gleichspannungsquelle 1 wird isoliert bzw. entkoppelt, bzw. erdfrei am Ausgang 8 erzeugt, d h.

galvanisch getrennt nachgebildet.

Wenn die in der Eingangswicklung 4 induzierte Spannung nur unwesentlich geringer als die Gleichspannung Ei wird, schaltet die Schaltanordnung 2 in den Aus-Zustand, so daß der Magnetfluß des Transformators 3 auf seinen Nullpegel zurückgesetzt wird.

Auf diese Weise wird in der Schaltung der Vig. I zu beliebigen Zeiten eine Impuls-Hilfsspannung E₁, deren Wert höher ist als ein vorbestimmter Wert zum F.rregen in den Eingang 7 eingespeist, um die Gleichspannung E am Ausgang 8 zu regenerieren.

Da die Spannungsquelle zum Erregen des Transformators 3 nicht die Gleichspannungsquelle I selbst ist, deren Spannung regeneriert werden soll, sondern eine andere, getrennt angeordnete (nicht gezeigte) Erregungsquelle, wird die Erregung somit erfindungsgemäß durch eine Spannung durchgeführt, die höher ist als die zu regenerierende Gleichspannung, so daß die Erregung ausreichend groß, der Signalanstieg steil und die Dachschräge und das Überschwingen des erzeugten Signals wegen der Begrenzerwirkung merklich verringert ist, wodurch die Regeneration mit hoher Geschwindigkeit durchgeführt und die Genauigkeit verbessert wird.

F i g. 2 zeigt die Begrenzerwirkung des Transformators nach Fig. 1. Die ausgezogene Kurve (1) stellt die Beziehung dar zwischen der Impuls-Hilfsspannung Ei und der Ausgangsspannung E_n wenn die in der Eingangswicklung 4 während der Erregerzeit der Impuls-Hilfsspannung E₁ induzierte Spannung höher ist als die Gleichspannung Ei, und wenn die Schaltanordnung 2 geschlossen ist Hierbei ist das Windungsverhältnis zwischen der Eingangswicklung 4 und der Ausgangswicklung 5 zu 1 :1 angenommen. Falls das Windungsverhältnis I : /i ist, ergibt sich die Ausgangsspannung E₀ zu Eo = (Mn) Ei. Die strichliniierte Kurve (2) ist die Beziehung zwischen der Impuls-Hilfsspannung E, und der Ausgangsspannung E_n wenn die Schaltanordnung 2 nicht während der Zeitdauer, zu der die Impuls-Hilfsspannung E, in die Ausgangswicklung 5 des Transformators 3 eingespeist wird, eingeschaltet wird, sondern statt dessen durch eine Rücklaufspannung bzw. einen »Unterschwinger«, der nach dem Abklingen der Impuls-Hilfsspannung E₁ an der Ausgangswicklung 5 erzeugt wird

Ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel, mit dem sich die Kurve (1) nach F i g. 2 erzeugen läßt, ist in Fig. 3 dargestellt Eine Diode 11, die der Schaltanordnung 2 in F i g. 1 entspricht, ist derart geschaltet, daß sie die Gleichspannung E/ der Gleichspannungsquelle 1 sperrt Die Gleichspannung £, der Gleichspannungsquelle 1 wird zum Zweck einer Filterung Ober einen Widerstand 9 so in einen Kondensator 10 eingespeist, daß der Kondensator 10 stets auf die Gleichspannung E₁ aufgeladen ist Die Polaritäten der Wicklungen 4 und 5 des Transformators 3 sind durch Punkte bezeichnet Eine Diode 12 dient zum Abblocken eines Sperrstroms und eine Diode 13 zum Kompensieren des durch die Diode 11 verursachten Spannungabfalls.

Wenn im Betrieb die Impuls-Hilfsspannung E, in den Erregungseingang 7 eingespeist wird, wird sie über den Widerstand 6 und die Diode 12 an die Ausgangswicklung 5 des Transformators 3 angelegt, um eine Spannung an der Eingangswicklung 4 zu induzieren. Wenn die in der Eingangswicklung 4 induzierte Spannung ansteigt und die Gleichspannung E/ übersteigt, wird die Diode 11 leitend Danach wird die Spannung an der Ausgangswicklung 5 des Transforma-

tors 3 so auf den Wert der Gleichspannung E, begrenzt. daB am Ausgang 8 eine Impnlsspannung entsteht, deren Wert gleich der Gleichspannung der Gleichspannungsquelle 1 und deren Impulsbreite gleich derjenigen der Impuls-Hilfsspannung E, ist, solange die Impuls-Hilfsspannung E, andauert.

Der durch die Diode 11 verursachte Spannungsabfall kann kompensiert werden, indem die durch die Dioden 11 und Π bewirkten Spannungsabfälle gleich groß gemacht werden.

Wenn die Impuls Hilfsspannung E₁NuII wird, wird der Magnetfluß des Transformators 3 sofort auf den Nullpegel rückgesetzt, da beide Dioden It und 12 sperren.

Gemäß der Schaltung nach Fig.3 ist die Entkopplung oder Isolierung der Diode 11, die der Schaltanordnung 2 in Fig. 1 entspricht, unnötig, so daß eine Übertrageranordnung hoher Geschwindigkeit und hoher Genauigkeit trotz der einfachen Schaltung hergestellt werden kann.

F i g. 4 zeigt das Verfahren der Schaltung nach F i g. 3. Die Impuls-Hilfsspannung E₁ ist in Fig.4 durch (a) dargestellt, der Spannungsverlauf an der Ausgangswicklung 5 durch (b) und der Spannungsverlauf am Ausgang 8 durch (c).

Ein erfindungsgemäßes Ausfühningsbeispiel, mit dem sich die Kurve (2) in Fig. 2 erfüllen läßt, ist in Fig. 5 dargestellt. Der Unterschied zwischen den Schaltungen der F i g. 5 und 3 besteht darin, daß die Richtung ode-Polarität der Diode 12 umgekehrt und die in deti Erregungseingang 7 einspeisbare Impulsspannung eine negative Impulsspannung ist. In der Schaltung der F i g. 5, deren Signale in F i g. 6 dargestellt sind, ist die Spannung an der Ausgangswicklung 5 negativ, wenn eine negative Impulsspannung angelegt wird. Diese negative Impulsspannung wird durch die Diode 13 so gesperrt, daß die Ausgangsspannung E₀ Null ist Zu diesem Zeitpunkt ist die in der Eingangswicklung 4 induzierte Spannung ebenfalls negativ, wodurch die Diode 11 im Aus-Zustand bleibt In dem Augenblick, in dem die Impulsspannung weggenommen wird, wird wegen der zuvor gespeicherten Energie an der Ausgangswicklung 5 eine Rücklaufspannung erzeugt. Diese Rücklaufspannung erzeugt an der Eingangswicklung 4 eine Spannung mit einer derartigen Polarität da£l die Diode 11 durchgeschaltet wird Im allgemeinen ist die Rücklaufspannung ein Vielfaches der angelegten Spannung, so daß die Diode 11 leicht durchschaltbar ist. Nachdem die Diode U durchgeschaltet ist bzw. leitet, wird die Spannung an der Ausgangswicklung !> ähnlich wie in der Schaltung der F i g. 3 auf die Gleichspannung Ei begrenzt Wenn somit eine Rücklaufspannung verwendet wird, muß die Höhe oder der Spitzenwert der Impuls-Hilfsspannung E,zum Erregen nicht notwendigerweise höher als die Gleichspannung E/ der Gleichspannungsquelle 1 sein.

In diesem Fall besteht zwischen der Breite der am Ausgang 8 zur Verfügung stehenden Ausgangsspannung und der Impulsbreite der erregenden Impulsspannung keine unmittelbare Beziehung, sondern die Breite ist durch die während des Anlegens der Impulsspannung: in der Ausgangswicklung 5 gespeicherte Energie und durch die Schaltungskonstanten bestimmt

Im Ausführungsbeispiel der F i g. 7 enthält der Transformator 3 drei Wicklungen, im Gegensaiz zu den zwei Wicklungen des Transformators 3 in den F i g. 1, -3 und 5, wodurch eine Auslesewicklung S' zum Erregen des Transformators 3 und eine Ausgangswiclclung 5' zum Ableiten des Ausgangssignals getrennt vorhanden sind. Wenn die Wicklung 5 in den Fig. 1,3 und 5 in zwei Wicklungen 5' und 5" unterteilt ist, beeinflußt der Spannungsabfall an der Wicklung 5' wegen des Wicklungswiderstands zum Zeilpunkt der Erregung des Transformators 3 d^;e Wicklung 5" nicht, so daß die Regeneration der Gleichspannung mit höherer Genauigkeit durchführbar ist.
Fig.8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der

ίο Iiι findung, bei dem ein Transistor 14 als Schaltanordnung 2 nach F i g. I ve rwi;ndet wird. Wie gezeigt, ist der Emitter des Transistors 14 mir der Gleichspannungsquelle I verbunden, während S'iin Kollektor so an die Eingangswicklung 4 angeschlossen ist, daß der Strom aus der Gleichspannungsquelle I gesperrt wird.

Ein weiterer Transformator 16 hat eine Eingangswicklung 17, die zum Erregen s:wischen den Eingangsklemmen 7 und T liegt, sowie eine Ausgangswicklung 18, die über einen Widerstand 15 zwischen Basis und Kollektor des Transistors 14 li^gt. Infolgedessen wird der weitere Transformator 116 synchron bzw. im Gleichtakt mit dem Transformator 3 betrieben, wenn eine Impulsspannung an die Erregungs-Eingangsklemmen 7 und T angelegt wird, um den Transistor 14 durch die Ausgangsspannung an der Ausgangswicklung 18 durchzuschalten. Auch in diesem Fall besteht die Einschaltbedingung für den Transistor 14 darin, daß die in der Eingangswicklung 4 induzierte Spannung höher als die Gleichspannung E,-der Gleichspannungsquelle 1 ist. In diesem Fall wird die Spannung an der Ausgangswicklung 5 des Transformators 3 auf die Gleichspannung E/ der Gleichspannungsquelle 1 begrenzt, und die Regeneration der Gleichspannung erfolgt wie bereits oben beschrieben.

Gemäß dem Ausfiihrungsbeiüpiel der F i g. 8 ist der Spannungsabfall zwischen Emitter und Kollektor des Transistors 14 sehr niedrig und betrügt nur etwa 100 μν, da der Transistor 14 durch den Strom zwischen Basis und Kollektor durchgeschaltet wird. Infolgedessen eignet sich die Schaltung der Fig.8 zur Regeneration auch einer niedrigen Gleichspannung der Gleichspannungsquelle 1.

Da die Leistung des weiteren Transformators 16 lediglich zum Durchschalten den Transistors 14 ausreichen muß, ist die Größe des weiteren Transformators 16 nur ungefähr >Λο der Größe des Transformators 3.

Zum Ansteuern des Transistors 14 ist ein weiterer Transformator 16 der in Fig.8 gezeigten Art nicht unbedingt erforderlich. Der Ausgang eines Teils der Eingangswicklung 4 des Transformators 3 kann ebenso zum Ansteuern des Transistors 14 verwendet werden.

Fig.9 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem der Spannungsubfall zwischen der Gleichspannungsquelle 1 und der Eingangswicklung 4 des Transformators 3, insbesondere der Spannungsabfall der Diode in Durchlaßrichtung, sehr niedrig ist Genauer gesagt wird stati. der Diode 11 nach F i g. 3 ein idealer Diodenbegrenzer aus einem hochverstärkenden Differenzverstärker 119 und einer Diode 20 verwendet Die Gleichspannungsquelle 1 ist an den positiven Eingang des Differenzvei-stärkers 1i9 über den Widerstand 9 angeschlossen und der Ausgang des Differenzverstärkers 19 ist mit der Kathode der Diode 20 verbunden, deren Anode an ein Ende der Eingangswicklung 4 des Transformators 3 angeschlossen ist Die Anode der Diode 20 wird außerdem zum negativen Eingang des Differenzverstärkers 19 derart gegengekoppelt, daß der Differenzverstirker 19, die Diode 20

und der Gegenkoppliingskreis einen idealen Diodenbegrenzer darstellen.

Es sei der Fall betrachtet, bei dem die Polarität der Gleichspannung £, der Gleichspannungsquelle 1 so ist, wie dargestellt. Wenn in diesem Zustand die Impuls-Hilfsspannung E_s nicht an den Erregungseingang 7 angelegt wird, ist die in der Eingangswicklung 4 induzierte Spannung Null. Infolgedessen wird keine Spannung an den negativen Eingang des Differenzverstärkers 19 angelegt, während der positive Eingang über den Widerstand 9 und den Kondensator 10 mit der Gleichspannung b) der Gleichspannungsquelle 1 gespeist wird. Der Differenzverstärker 19 gibt deshalb ein maximales positives Ausgangssignal ab, und die Diode 20 ist in Sperrichtung vorgespannt (wenn das Ausgangssignal des Differenzverstilrkers 19 gesättigt ist, wird die Wiederherstellung des normalen Zustandes verzögert. Infolgedessen wird der Differenzverstärker 19 in der Praxis im nichtgesättigten Zustand betrieben, indem getrennt ein nichtlinearer Widerstand od. dgl. rückgekoppelt wird). Zu diesem Zeitpunkt wird am Ausgang 8 keine Ausgangsspannung E₀ erzeugt.

Wenn die Impuls-Hilfsspanming Zf, an den Eingang 7 angelegt wird, um die Gleichspannung F/ zu regenerieren, wird die in der Eingangswicklung 4 induzierte Spannung als Gegenkopplungsspannung an den Eingang des Differenzverstärkers 19 rückgeführt. Wenn die gegengekoppelte Spannung die Gleichspannung Gauch nur leicht übersteigt, ändert sich das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 19 so in negativer Richtung, daß ein Strom derart durch die Diode 20 fließen kann, daß die in der Eingangswicklung 4 induzierte Impulsspannung gleich der Gleichspannung £', der Gleichspannungsquelle 1 wird, wodurch der Anstieg der Impulsspannung begrenzt wird. Somit wird die in der Eingangswicklung 4 induzierte Spannung sicher auf die Gleichspannung £", begrenzt. Die Spannung an der Ausgangswicklung 5 ist dann ebenfalls impulsförmig und weist dieselbe Amplitude auf, um am Ausgang 8 eine Impulsspannung E₀ mit derselben Amplitude wie die Gleichspannung E, der Gleichspannungsquelle 1 galvanisch getrennt zu erzeugen.

In der genannten Betriebsart wird der Eingangswiderstand des Differenzverstärker 19 unabhängig vom Betriebspegel sehr hoch, so daß er der Gleichspannungsquelle 1 praktisch keinen Strom entzieht. Dies stellt einen wesentlichen Vorteil für die hochgenaue Regeneration dar.

Da der Durchlaßspan lungsabfall an der Diode 20 auf einen durch die hohe Leerlaufverstärkung des Differenzverstärkers 19 geteilten Wert verringert wird, ist sie gewöhnlich vernachlässigbar.

Wenn der Transformiiior 3 etwa 100 mH hat und der Ansteuerstrom höchste is mehrere mA beträgt, kann mit dem Ausführungsbeispiel der F i g. 9 im Bereich von 10 mV bis 10 V der Gleichspannung £, eine Genauigkeit von ungefähr 0,1 % erzielt werden.

Fig. 10 und 11 stellen Abänderungen des Ausführungsbeispiels der F i g. 9 dar. Während in F i g. 9 der Gegenkoppliingskreis des Differenzverstärkers 19 an der Anode der Diode 20 beginnt, beginnt er in F i g. 10 an einer Spannungstei erwicklung Abder Eingangswicklung 4 und in Fig. 11 an einem Anschluß einer Zusatzwicklung 4cder Eingangswicklung 4.

Da in Fig. 10 die ir der Spannungsteilerwicklung Aa induzierte Spannung durch die Gleichspannung E, begrenzt ist, wird am Ausgang 8 eine Impuls spannung erzeugt, deren Amplitude auf einen dem Vfindungs- bzw. Übersetzungsverhältnis zwischen den Spannungsteilerwicklung, η Aa und Ab der Eingangswicklung 4 entsprechenden Wert verstärkt ist.

Im Gegensaiz dazu kann die begrenzte Spannung der Aiisgangswicklung 5 i π Fig. 11 auf einen Wert gebracht werden, der durch Teilen der Gleichspannung E₁ erhalten wird, da die Gegenkopplung von einem Ende der Wicklung 4caus erfolgt.

Fig. 12 stellt ein weiteres Ausführungsbeispiel dar,

ίο bei dem die Erfindung auf einen galvanisch getrennten Multiplexer angewandt wird. Zu messende Gleichspannungsquellen la- lcsind über /?C-Filter mit Widerständen 9a-9c und Elektrolyt-Kondensatoren 10a-10c relativ großer Kapazität und weiterhin über Dioden 11 a — 11 c an Eingangswicklungen 4a — Ac von Transformatoren 3a—3c angeschlossen. Die Ausgangswicklungen 5a—5c der Transformatoren 3a —3c sind an die Ausgangswicklung eines Ansteuer-Transformators 22 über eine Reihenschaltung aus entsprechenden Anwahl-Transistoren 21a-21ceinem gemeinsamen Widerstand 6 und eine Kompensationsdiode 23 angeschlossen. Ein Ende jeder Ausgangswicklung 5a —5c der Transformatoren 3a bis 3c ist geerdet, und jedes Ausgangssignal wird über ein Ende der Ausgangswicklung 5a —5c und die Kathode der Kompensationsdiode 23 am Ausgang 8 mit Hilfe eines Operationsverstärkers 28 voneinander unterscheidbar abgenommen.

Der Operationsverstärker 28 ist mit einem Gegenkopplungswiderstand 29 und mit Eingangswiderständen 24—27 beschältet

Die Arbeitsweise der Anordnung nach Fig. 12 ist wie folgt: Wenn z. B. die Gleichspannung der Gleichspannungsquelle Xb gemessen werden soll, wird entsprechend der Transistor 21 b (dessen Anwahlschaltung nicht gezeigt ist) durchgeschaltet, wenn die Impuls-Hilfsspannung £_s an den Ansteuer-Transformator 22 angelegt wird, um eine Impulsspannung an den entsprechenden Transformator 3b anzulegen. Wenn die in der Eingangswicklung Ab des Transformators 3b induzierte Spannung die Gleichspannung der zu messenden Gleichspannungsquelle \b erreicht (genauer gesagt, die Spannung am Kondensator lOfeJ wird die Diode Wb leitend und die Klemmenspannung an der Ausgangswicklung 5b des Transformators 3b wird auf die Gleichspannurg der zu messenden Gleichspannungsquelle \b begrenzt Danach wird der Unterschied zwischen der Klemmenspannung an der Ausgangswicklung 5ö und der Spannung der Kompensationsdiode 23 als Ausgangsimpuls am Ausgang 8 abgeleitet

Da zu diesem Zeitpunkt die Ströme durch die Diode Wb und die Kompensationsdiode 23 näherungsweise gleich sind, kann der Einfluß des Spannungsabfalls an der Diode Wb auf ein bestimmtes Maß verringert werden, indem Dioden mit denselben Kennlinien verwendet werden.

Es ist ersichtlich, daß durch willkürliches Anwählen der Transistoren 21a—21c die Spannung der entsprechenden, zu messenden Gleichspanr ungsquelle 1 a — 1 c galvanisch getrennt gemessen werden kann.

F i g. 13 stellt eine Anwendung der Erfindung auf eine erdfreie Eingangsschaltung für ein Digitalsignal dar, wobei das Ein-Aus-Signal eines Kontaktes bzw. Schalters als digitale Signalquelle dient Die Einflüsse der Verdrahtung und die Streukapazitäten sind

6s vernachlässigt Ein mechanischer Schalter 30 als Signaiqueiie ist über Klemmen 33—31, 34—32 eines Adernpaares an beide Enden eines Kondensators 10 angeschlossen. Da die Signalquellenseite keine Span-

nungsquelle enthält, ist eine Reihenschaltung aus einem Widerstand 35 hohen Widersiandswerts und einer Spannun~squelle 36 an den Kondensator 10 angeschlossen. Wenn sich der Schalter 30 im Aus-Zusland befindet, wie dargestellt, fließt ein Ladestrom aus der Spannungsquelle 36 über den ho< hohmigen Widerstand 35 so in den Kondensator 10, daß dieser auf einen konstanten Wert aufgeladen wird, der durch die Spannung der Spannungsquelle 36 bestimmt ist. Im anderen Fall, wenn der Schalter 30 sich im Ein-Zustand befindet, wird der Kondensator 10 so kurzgeschlossen, daß er auf die Spannung Null entladen wird. Der Kondensator 10 speichert somit stets den Spannungswert, der dem Schalt-Zustand des Schalters 30 entspricht.

Die Arbeitsweise zum Regenerieren der Klemmenspannung des Kondensators 10 am Ausgang 8 ist ähnlich wie bei der Schaltung der F i g. 3. Durch Abnehmen der Klemmenspannung des Kondensators 10 am Ausgang 8 kann der Schalt-Zustand des Schalters 30 mit hoher Geschwindigkeit festgestellt werden, z. B. ist ein Auslesen in ungefähr 100 ns möglich.

Fs wurden bevorzugte Ausführungsbeispiele und Anwendungen der Erfindung beschrieben. Die Erfindung kann überall dort eingesetzt werden, wo eine Gleichspannung über einen Transformator regeneriert wird. Erfindungsgemäß wird die Erregungsenergie d r Transformators nicht aus der Signalquelle selbst abgeleitet, sondern aus einer getrennten Signalquelle. Darüber hinaus wendet die Erfindung in vorteilhafter Weise die Begrenzerwirkung des Transformators an. Infolgedessen ist durch die Erfindung eine Regeneration bzw. eine galvanisch getrennte Nachbildung einer Gleichspannung mit hoher Geschwindigkeit und hoher Genauigkeit möglich.

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Übertrageraiiordnung zur galvanisch getrennten Nachbildung einer Gleichspannung mit einem Transformator, der wenigstens eine Eingangs- und eini; Ausgangswicklung aufweist,

mit einer elektrischen Schaltanordnung, die an die Eingangswicldung des Transformators angeschlossen, von einer Hilfsspannung beaufschlagt und von der Gleichspannung so gesteuert ist, daß die über den Transformator übertragene Spannung proportional zur Gleichspannung ist, und mit einer an die Eingangswicldung des Transformators über die Spaltanordnung angeschlossenen '5 Gleichr.pannungsq uelle,

dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsspannung eine Impulsspannung ist, daß die Ausgangs wicklung (5) des Transformators (3) über einen mit ihr in Reihe liegenden Widerstand (6) mit dct Impuk;-Hilfsspannung (E_s) beaufschlagt ist, und

daß die in der Eingangswicklung (4) durch die Impuls-Hilfsspainung (E₅) induzierte Spannung ausreichend hoch ist, um zur Spannungsbegrenzung die Schaltanordnung (2) zeitweise so durchzuschalten, daß sich an der Ausgangswicklung (5) eine zur Höhe der Gleichspannung (E₁) der Gleichspannungsquelle (1) propotional Spannung (E₀) ergibt

2. Übertragungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu der mit der mit der Eiⁿgangswicklung (4) in Reihe liegenden Schaltanordnung (2) und ebenfalls parallel zu der mit einem Widerstand (9, 35) in Reihe geschalteten Gleichspannungsquelle (i) ein Kondensator (10) angeordnet ist, der auf die zu n.essende Gleichspannung /£,) aufgeladen ist (F i g. 3 bis 13).

3. Übertrageranordnung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine so hohe Impuls-Hilfsspannung (E_s), daß die in der Eingangswicklung (4) durch eine an der Ausgangswicklung (5) erzeugte Rücklaufspannung bei unterbrochenem Beaufschlagen mit der Impuls-Hilfsspannung (E₅) induzierte Spannung höher ist als die Gleichspannung (E).

4. Übertrageranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

daß die Ausgangswicklung (5) aus einer ersten und einer zweiten Wicklung (5', 5")i besteht, daß die erste Wicklung (S') mit der Impuls-Hilfsspannung (Ε,) beaufschlagt ist, so daß die durch die Impuls-Hilfsspannung (E,) in der Eingangswicklung (4) induzierte Spannung höher ist als die Gleichspannung (Ei), und daß in der zweiten Wicklung (5") bei durchgeschalteter Schaltanordnung (2) die zur Gleichspannung proportionale Spannung (E₀) erzeugt ist (F i g. 7).

5. Übertrageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltanordnung (2) eine bezüglich des Stroms aus der Gleichspannungsquelle (1) in Sperrichtung geschaltete Diode (11) ist (F i g. 3,5,7,13).

6. Übertrageranordnung nach einem der Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltanordnung (2) ein bezüglich des Stroms aus der Gleichspannungsquelle in Sperrichtung geschalteter Transistor (14; 21 a - 21 c) ist (F i g. 8,12).

7. Übertrageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltanordnung (2) ein idealer Diodenbegrenzer aus einem Differenzverstärker (19), einer Diode (20) und einem Gegenkopplungskreis ist(F ig. 9,10,11).

8. Übertrageranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß verbunden sind

die Gleichspannungsquelle (ί) mit dem positiven

Eingang des Differenzverstärkers (19),

der Ausgang des Differenzverstärkers mit der

Kathode der Diode (20), und

die Anode der Diode (20) mit einem Ende der

Eingangswicldung (4) und mit dem negativen

Eingang des Differenzverstärkers (19) (F i g. 9).

9. Übertrageranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß verbunden sind

die Gleichspannungsquelle (1) mit dem positiven Eingang des Differenzverstärkers (19), der Ausgang des Differenzverstärkers (19) mit der Kathode der Diode (20),

die Anode der Diode (20) mit einem Ende der Eingangswicklung (4) und

das andere Ende einer Teilwicklung (4-a) der Eingangswicklung (4) mit dem negativen Eingang des Differenzverstärkers (19), wobei der Differenzverstärker (19) durch die Impuls-Hilfsspannung (E,) so angesteuert ist, daß die Spannung am negativen Eingang des Differenzverstärkers (19) höher als die Gleichspannung (E) ist (Fig. 101

10.. Übertrageranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß verbunden sind die Gleichspannungsquelle (1) mit tiem positiven Eingang des Differenzverstärkers (19), der Ausgang des Differenzverstärkers (19) mit der Kathode der Diode (20), und

die Anode der Diode (20) mit einem Ende der Eingangswicklung (4) des Transformators (3), der eine Eingangs-Zusatz-Wicklung (4c) besitzt, deren erstes Ende an die Anode der Diode (20) und deren zweites Ende an den negativen Eingang des Differenzverstärkers (19) ange·- jhlossen ist, wobei die Impuls-Hilfsspannung (E,) so beaufschlagt ist, daß die Spannung am negativen Eingang des Differenzverstärkers (19) höher als die Gleichspannung (E₁) ist (F i g. 11).

11. Übertrageranordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 10 für einen erdfreien Multiplexer, gekennzeichnet durch

mehrere zu messende Gleichspannungsquellen (Ia-Ic),

ebenso viele Transformatoren (3a-3c) mit je mindestens einer Eingangswicklung (4a — 4c) und einer Ausgangswicklung (5a-5c), und ebenso viele Kondensatoren (10a— 10c) und Dioden (lla—lic), wobei

Jeder Kondensator (10a— HOc) über die entsprechende Diode (lla—lic) parallel zur entsprechenden Eingangswicklung (4a-4c) geschaltet ist, die Gleichspannung (E) jeder Gleichspannungsquelle (lla—Ic) am entsprechenden Kondensator (10a- 10c). für die entsprechende Diode (Wa-Wc) in Sperrichtung anliegt, und

die i'.ur Gleichspannungsquelle (la—IcX deren Spannung gemessen werden soll, gehörende Ausgangswicklung (5a—5c) so mit der Impuls-Hilfsspannung (E,) beaufschlagt ist, daß die durch die Impuls-Hilfsspannung (E,) in der zugehörigen Eingangswicklung (4a —4c) induzierte Spannung höher ist als die Gleichspannung (E)(F i g. 12).

12. Übertrageranordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu dem Kondensator (10) und ebenfalls parallel zu der Reihenschaltung aus einem hochohmigen Widerstand (35) und der Gleichspannungsquelle (36) beide Enden des Kontakts eines mechanischen Schalters (30) so geschaltet sind, daß der Kondensator (10) stets mit einer dem Ein-Aus-Zustand des Kontakts entsprechenden Gleichspannung beaufschlagt ist (Fig. 13).