DE2555045A1

DE2555045A1 - Schaltungsanordnung zur bidirektionalen galvanischen trennung von rechtecksignalen

Info

Publication number: DE2555045A1
Application number: DE19752555045
Authority: DE
Inventors: Rainer Dipl Ing Hillebrand; Claus Dr Ing Kleegrewe
Original assignee: Hartmann and Braun AG
Current assignee: ABB Training Center GmbH and Co KG
Priority date: 1975-12-06
Filing date: 1975-12-06
Publication date: 1977-06-08

Description

Schaltungsanordnung zur bidirektionalen galvanischen
Trennung von Rechtecksignalen Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur bidirektionalen galvanischen Trennung von Rechtecksignalen.
Bei der Übertragung serieller digitaler Signale ist häufig deren galvanische Trennung erforderlich. Zu diesem Zweck werden bekanntlich Übertrager oder Optokoppler eingesetzt.
Eine derartige galvanische Trennstelle läßt sich bisher allerdings nur in einer Übertragungsrichtung betreiben. Soll jedoch ein Austausch digitaler Signale mit galvanischer Trennung erfolgen, so ist für jede Ubertragungsrichtung der gleiche Aufwand erforderlich.
Daher lag der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der obengenannten Art zu schaffen, die mit einem einzigen'Übertrager Rechtecksignale beider Richtungen verarbeitet und daher eine wesentlich preiswertere L>sung darstellt.
Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die beiden gleichberechtigten Wicklungen eines Übertragers über die Kollektoren von Transistoren an Gleichspannungsguellen angeschaltet werden, daß die Steuereingänge der Transistoren als Eigangsklemmen herausgeführt sind, und daß an den Wicklunten die Steuereingänge weiterer Transistoren angeschlossen sind, an denen die galvanisch von den Eingangssignalen getrennten Ausgangssignale abgreifbar sind.
Im folgenden ist die Erfindung anhand eines in Fig. 1 der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 eine Stromlaufplan und Fig. 2 und 3 Signale an Ein- und Ausgängen der Schaltungsanordnung.
In Fig. 1 sind auf der Primärseite eines Übertragers U mit R11 ... R17 Widerstände, mit T11 ... T13 Transistoren, mit E1 und A1 eine Eingangsklemme und eine Ausgangsklemme, mit U1 eine Gleichspannungsquelle und mit C1 ein Kondensator bezeichnet. Der Ubertrager U weist zwei völlig gleichberechtigte r;7icklungen L1, L2 auf; die im weiteren verwendeten Bezeichnungen Primärwicklung L1 und Sekundärwicklung L2 erlauben eine eindeutige Bezugnahme auf Fig. 1 der Zeichnung.
Ebenso wie an der Primärwicklung L1 des Übertragers U sind auch an denn Sekundärwicklung L2 verschiedene Bauelemente angeschlossen. Es sind dies im einzelnen Widerstände R21 ... R29 Transistoren T21 ... T23, eine Eingangsklemme E2 und eine Ausgangsklemme A2, eine Gleichspannungsquelle U2 und ein Kondensator C2. Ein der primärseitigen Eingangsklenme E1 zugeführtes Signal trägt die Bezeichnung xl, ein entsprechendes Signal auf der Sekundär seite ist mit x2 bezeichnet. In Analogie dazu sind die Signale an den Ausgangsklemmen A1, A2 mit y1, Y2 bezeichnet. Beispiele für Eingangssignale xl, x2 und Ausgangssignale y1, y2 sind in Fig. 2 und Fig. 3 zu finden.
Auf der Primär seite des Übertragers U befindet sich ein Transistor T11, dessen Emitter mit dem Pluspol einer Spannungsquelle U1 verbunden ist. Zwischen dem Kollektor des Transistors T11 und Nullpotential liegt die Reihenschaltung eines Widerstandes R11 und der Primärwicklung L1 des Übertragers Ü. Parallel zu dieser Reihenschaltung ist ein aus zwei Widerständen R12 R13 bestehender Spannungsteiler angeordnet; ein weiterer Widerstand R14 liegt parallel zur Primärwicklung L1 des Übertragers Ü und dient zu deren Bedämpfun Am Mitteiabgriff des Spannungsteilers R12, R13 ist die Basis eines Transistors T12 und am Verbindungspunkt des Widerstandes R11 mit der Primärwicklung L1 dessen Emitter angeschlossen. Zwischen dem Kollektor des Transistors T12 und der daran angeschalteten Basis eines Transistors T13 und Nullpotential liegen ein Widerstand R15 sowie ein Kondensator C1. Der Transistor T13 ist über einen Kollektorwiderstand R16 an die Spannungsquelle U1 angeschlossen, während sein Emitter auf Nullpotential liegt.
Die Schaltungsanordnung läßt sich symmetrisch auSbauen.
Dem Basiswiderstand R17 des Transistors T11 entspricht jedoch auf der Sekundärseite ein Spannungsteiler R27, R28, R29, wodurch gewisse Vorteile bei der Übertragung von mit Störspannungen überlagerten Rechtecksignalen entstehen.
Die Schaltungsanordnung zeichnet sich durch folgende Wirkungsweise aus: Zunächst sei davon ausgegangen, daß an den beiden Eingangsklemmen E1, E2 positive Spannungen liegen. In diesem Fall bleiben die Kollektor-Emitter-Strecken der Transistoren Tll, T21 im Sperrzustand, so daß ein Stromfluß durch die Primärwicklung 111 bzw. die Sekundärwicklung L2 des Übertragers tt- ausgeschlossen ist.
Infolgedessen sperren auch die Transistoren T13, T23, so daß an den Ausgangsklemmen A1, A2 ebenfalls positive Spannungen anstehen.
Liegt nun an der Eingangskleimne E1 beispielsweise das in Fig. 2 dargestellte Eingangssignal xl, wird der Transistor T11 leitend, so daß ein Strom von der Spannungsqueile ul durch den Widerstand R11 und die Primärwicklung L1 des Übert-2gers ü fließt und in der Sekundärwicklung L2 einen Spanrungsimpuls entsprechender Breite induziert. Dieser induzierte Spannungsimpuls gelangt zum Transistor T22, steuert diesen auf und kann nun zum Zeitpunkt tl über dessen leitfähige Kollektor-Emitter-Strecke, den Kondensator C2 und den Widerstand R25 den Transistor T23 aufsteuern. Bei Vernachlässigung des Spannungsabfalls am Transistor T führt die Ausgangsklemme A2 nun Nullpo-23 tential. Zum Zeitpunkt t2 wird die Schaltungsanordnung wieder in den Ausgangszustand zurückgeschaltet, da das Signal xl den Transistor T11 wieder sperrt.
Bei der Schaltungsanordnung ist eine Verriegelung der Eingangsklemme E1 gegen die Ausgangsklemme A1 dadurch gegeben, daß bei einem Stromfluß durch die Primärwicklung L1 die Basis des Transistors T12 durch den Spannungsteiler R12, R13 so vorgespannt ist, daß der Sperrzustand mit Sicherheit erhalten bleibt. Somit ist also eine Aus steuerung des Transistors T13 durch ein Eingangssignal xl verhindert. Eine äquivalente Verriegelungsschaltung ist auf der Sekundärseite der Schaltungsanordnung vorhanden.
Die beschriebene Schaltungsanordnung sieht vor, daß Eingalgssignale x1 über die Eingangsklemme E1 und einen Widerstand 17 zur Basis des Transistors T11 gelangen. Es kann jedoch als Eingangs schaltung auch der auf der Sekundärseite dargestellte Spannungsteiler R27, R28, R29 eingesetzt werden.
Die Widerstände R27, R28, R29 liegen dort in Reihe an der Spannungsquelle U2. Zwischen den Widerständen R27, R28 ist die Basis des Transistors T21 angeschlossen; der Verbindungspunkt der Widerstände R28 R29 ist als Eingangsklemme E2 herausgeführt.
Durch das Verhältnis der Widerstände R27, R28, R29 läßt sich eine Schwellspannung US und somit die Ansprechschwelle der Schaltungsanordnung einstellen. Auf diese Weise ist in dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel verhindert, daß dem Eingangssignal x2 überlagerte Störspannungen (Fig. 3) die Übertragung beeinflussen, und daß Signale unterhalb der Ansprechschwelle zu einer ungewollten Übertragung führen.
Aus der vorstehenden Beschreibung geht hervor, daß die Übertragung eines Signals in der zweiten Richtung erst dann erfolgen kann, wenn die Übertragung in der ersten Richtung abgeschlossen ist; eine Verarbeitung von gleichzeitig zu den Eingangsklemmen E1, E2 gelangenden Signale xl, x2 ist also nicht möglich. Darin ist jedoch kein Nachteil der vorliegenden Erfindung zu sehen, da die Schaltungsanordnung bevorzugt in Systemen einzusetzen ist, bei denen ein Datenaustausch zwischen einer Leitstelle und mehreren Teilnehmern zeitmultiplex über BUS-Leitungen vorgenommen wird.
7 Seiten Beschreibang 3 Ansprüche 1 Blatt Zeichnungen mit 3 Figuren L e e r s e i t e

Claims

Ansprüche 1. Schaltungsanordnung zur bidirektionalen galvanischen Trennung von Rechtecksignalen, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden gleichberechtigten Wicklungen (L1, L2) eines Ubertragers (tut) über die Kollektoren von Transistoren (T11, T21) an Gleichspannungsquellen (U1, U2) angeschaltet werden, daß die Steuereingänge der Transistoren (T111 T21) als Eingangsklemmen (E1, E2) herausgeführt sind, und daß an den Wicklungen (L 112) die Steuereingänge weiterer Transistoren (T13, T23) angeschlossen sind, an denen die galvanisch von den Eingangssignalen (x1, x2) getrennten Ausgangssignale (yl, Y2) abgreifbar sind.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verriegelung der Eingangsklemme (E1) gegen die Ausgangsklemme (A1) und der Eingangsklemme (E2) gegen die Ausgangsklemme (A2) den Steuereingängen der Transistoren (T13, T23) die Schaltstrecken weiterer Transistoren (T12, T22) vorgeschaltet sind, daß parallel zu den Wicklungen (L1, L2) des Ubertragers (tut) Spannungsteiler (R12, R13 und R22, R23) angeordnet sind, deren Anzapfungen die Steuereingänge der Transistoren (T13, T23) belegen.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuereingang des Transistors (T21) an einem aus drei Widerständen (R27, R28, R29) bestehenden Spannungsteiler angekoppelt ist, deren Verhältnis den Ansprechwert (Us) der Schaltungsanordnung vorgibt.