DE2839889C2

DE2839889C2 - Isolating converter

Info

Publication number: DE2839889C2
Application number: DE19782839889
Authority: DE
Inventors: Walter Dr.Rer.Nat. 8500 Nuernberg Lang
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1978-09-13
Filing date: 1978-09-13
Publication date: 1980-06-26
Also published as: DE2839889B1

Description

Die Erfindung betrifft einen Isolierwandler nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to an isolating converter according to the preamble of claim 1.

Bei solchen, als Gleichstrom- oder Gleichspannung-Meßwandler mit Optokopplern als Potential- und Signaltrennstellen arbeitenden Isolierwandlern nach der DE-OS 23 03 585 werden in den auf höherem Potential liegenden Meßkreisen aufwendige aktive elektronische Bauelemente für Modulatoren mit hochisolierter gesonderter Stromversorgung verwendet. Dabei werden die analogen Meßsignale in Frequenzen umgewandelt und erst diese durch einen Optokoppler auf einen Demodulator übertragen, dei die übertragenen Frequenzen unter Verwendung von Glättungsmilteln in entsprechende Analogsignale umwandelt. Zur Kompensation meßverfälschender Einflüsse auf das letztgenannte Analogsignal ist ein zweiter Optokoppler vorgesehen, dessen Fotodiode mit der des erstgenannten Optokopplers in Reihe liegt und dessen Fototransistor auf den Eingang des Modulators wirkt.With those as direct current or direct voltage transducers with optocouplers as potential and Signal separation points working isolation converters according to DE-OS 23 03 585 are in the on higher Elaborate active electronic components for modulators with a highly isolated separate power supply are used. The analog measurement signals are converted into frequencies and only these are converted by an optocoupler transmitted to a demodulator, the transmitted frequencies using smoothing means converts it into corresponding analog signals. To compensate for influences on the For the latter analog signal, a second optocoupler is provided, the photodiode of which is identical to that of the former Optocoupler is in series and its phototransistor acts on the input of the modulator.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Isolierwandler der eingangs genannten Art zu schaffen, der unter Zulassung einer verminderten aber ausreichenden Genauigkeit mit unter Fortfall von Modulatoren und Demodulatoren ohne aktive Bauelemente und hochisclierter gesonderter Stromversorgung auskommt und leicht gegen beliebig starke Störimpulse geschützt werden kann.
Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt erfin-The invention is based on the object of creating an isolating converter of the type mentioned above, which, while allowing a reduced but sufficient accuracy, does away with modulators and demodulators without active components and highly isolated separate power supply, and can easily be protected against interference pulses of any intensity.
The solution to the task at hand succeeds in

!0 dungsgernäß durch die Merkmale des Kennzeichens des Patentanspruchs 1.! 0 according to the characteristics of the identifier of the Claim 1.

Mit Isolierwandlern dieser Art können auch z. B. in der Schienenfahrzeug-Steuertechnik verwendete Differentialspan'nungsrelais ersetzt werden.With isolating converters of this type, z. B. Differentialspan'nungsrelais used in rail vehicle control technology be replaced.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen, die insbesondere den verbesserten Ausgleich des Temperaturganges, die Kompensation der Nichtiinearität der Strom-Strom-Kennlinien der Optokoppler (das sind die Beziehungen zwischen den Emitter- bzw. Kollektorströmen des Fototransistors und des die Leuchtdioden durchfließenden Meßstromes) sowie die Abgleichung, d. h. die Einstellung des Übersetzungsverhältnisses, des Isolierwandlers betreffen.Further embodiments of the invention are the subject of subclaims, which in particular the improved compensation of the temperature response, compensation of the non-linearity of the current-current characteristics the optocoupler (these are the relationships between the emitter and collector currents of the Phototransistor and the measuring current flowing through the light emitting diodes) as well as the adjustment, d. H. the Setting the transformation ratio, affecting the isolation transformer.

Ein Ausführungsbeispiel eines Isolierwandlers nach der Erfindung ist nachfolgend an Hand der Zeichnung näher erläutert.An embodiment of an isolating converter according to the invention is shown below with reference to the drawing explained in more detail.

Der Isolierwandler besteht aus einem ersten Optokoppler 01, dessen Leuchtdiode D i von dem zuThe isolation converter consists of a first optocoupler 0 1, whose light emitting diode D i from the to

JO messenden Strom JFi eines auf bestimmtem Potential befindlichen elektrischen Systems durchflossen wird. Der auf niedrigerem oder höherem Potential liegende Fototransistor TRX des Optokopplers 01 hat im Kollektorkreis einen an die positive Spannung Un angeschlossenen Kollektorwiderstand RCi und im Emitierkreis einen an Masse M angeschlossenen Emitterwiderstand REX. Der Fototransistor TR 1 ist mit einem isotherm /um ersten Optokoppler O X angeordneten zweiten Optokoppler O 2 und einem Komparator pl zu einer Vergleichsschaltung zusammengefaßt, die einen weitgehend linearen Zusammenhang zwischen dem Strom JFl und einem vom Optokoppler O 2 zu liefernden Strom JF2 erzwingt.
Hierzu ist der Fototransistor TR 2 des zweiten Optokopplers 02 über einen Kollektorwiderstand RC2 an die positive Spannung Un zusammen mit der Anode der Leuchtdiode D 2 des Optokopplers O2 angeschlossen und der Emitter des Fototransistors TR 2 über einen Emittcrwiderstand RE2an Masse M gelegt, mit der über einen Widerstand R 3 und einen steuerbaren Transistor ρ 2 die Kathode der Leuchtdiode D 2 in Verbindung steht. Die Basis des Transistors ρ 2 wird vom Ausgang des Komparator ρ 1 gesteuert, dessen invertierender Eingang (-) mit dem Emitter des Fototransistors TR 2 und dessen anderer Eingang ( + ) mit dem Emitter des Fototransistors TR i verbunden ist. Somit wird die Leuchtdiode D 2 des zweiten Optokopplers O 2 über den Transistor ρ 2 durch den eingangsscitig von den Spannungsabfällen Ui ι und Ui > gesteuertenJO measuring current JFi of an electrical system at a certain potential is traversed. The phototransistor TRX of the optocoupler 0 1, which is at a lower or higher potential, has a collector resistor RCi connected to the positive voltage Un in the collector circuit and an emitter resistor REX connected to ground M in the emitting circuit. The phototransistor TR 1 is combined with a second optocoupler O 2 arranged isothermally around the first optocoupler OX and a comparator pl to form a comparison circuit which enforces a largely linear relationship between the current JFl and a current JF2 to be supplied by the optocoupler O 2.
For this purpose, the phototransistor TR 2 of the second optocoupler 02 is connected via a collector resistor RC2 to the positive voltage Un together with the anode of the light-emitting diode D 2 of the optocoupler O2 and the emitter of the phototransistor TR 2 is connected to ground M via an emitter resistor RE2 , with which via a Resistor R 3 and a controllable transistor ρ 2, the cathode of the light-emitting diode D 2 is connected. The base of the transistor ρ 2 is controlled by the output of the comparator ρ 1, the inverting input (-) of which is connected to the emitter of the phototransistor TR 2 and the other input (+) of which is connected to the emitter of the phototransistor TR i . Thus, the light-emitting diode D 2 of the second optocoupler O 2 is controlled via the transistor ρ 2 by the input side of the voltage drops Ui ι and Ui>

Wi Komparator ρ 1 so angesteuert, daß der Kollektorstrom /C2des Fototransistors TR 2 dem Kollektorstrom /Cl des Fototransistors TR 1 praktisch proportional ist und damit der Strom JF2 über die Leuchtdiode D2 dem zu messenden Strom JFi ebenfalls proportional ist. Die im ersten Optokoppler O 1 liegende Potential-Trennstelle wirkt auch bei höherer Frequenz aufgrund der geringeren Koppelkapazität an der Trennstelle. Die im Meßkreis liegende Leuchtdiode D1 braucht keineWi comparator ρ 1 controlled so that the collector current / C2 of the phototransistor TR 2 is practically proportional to the collector current / Cl of the phototransistor TR 1 and thus the current JF2 through the light-emitting diode D 2 is also proportional to the current JFi to be measured. The potential separation point located in the first optocoupler O 1 also acts at a higher frequency due to the lower coupling capacitance at the separation point. The light-emitting diode D 1 located in the measuring circuit does not need any

gesonderte Stromversorgung und kann somit gegen üblich vorkommende Störeinflüsse leicht geschützt werden.separate power supply and can thus easily be protected against common interferences will.

Am Widerstand R 3 wird von dem Strom JF2 ein dem zu messenden Strom JFi proportionaler Spannungsabfall Ua hervorgerufen, der in nicht dargestellten üblichen elektronischen Auswerteschaltungen, z. B. Steuer- und/oder Regelkreisen weiterverarbeitet wird.At the resistor R 3, the current JF2 causes a voltage drop Ua proportional to the current JFi to be measured. B. control and / or regulating loops is further processed.

Die Kollektorwiderstände RCi und RCI begrenzen zusammen mit den Kolkktorwiderständen REi und RE2 die Verhüte in den Optokopplern 01 und O2 und sichern einen ausreichend linearen Aussteuerungsbereich für die Emitterströme JE 1 und JEZ Die Werte für die besagten Widerstände sind etwa so groß gewählt, damit sich ein Stromübertragungsverhältnis (Koppelfaktor) beider Optokoppler η = j^S 1 ergibt.The collector resistors RCi and RCI together with the collector resistors REi and RE2 limit the prevention in the optocouplers 0 1 and O 2 and ensure a sufficiently linear modulation range for the emitter currents JE 1 and JEZ a current transfer ratio (coupling factor) of both optocouplers η = j ^ S 1 results.

Der Komparator ρ 1 stellt den Strom JF2 so ein, daß lThe comparator ρ 1 sets the current JF2 so that l

JEl ■ REl= JE2- RE2JEl ■ REl = JE2-RE2

woraus sich ableiten läßt ^\h}i=RE2/REl. Gegebenenfalls können die Kollektorwiderstände RCl und RC2 auch entfallen. Außerdem können die beiden Emitterwiderstände REi und RE2, wie gestrichelt angedeutet, an einen gemeinsamen Abgleichwiderstand R angeschlossen sein, dessen verstellbarer Abgriff an Masse M geschaltet ist Durch Wahl der Emitterwiderstände REi und RE2 läßt sich der Übertragungsfaktor des Isolierwandlersfrom which one can deduce ^ \ h} i = RE2 / REl. If necessary, the collector resistors RCl and RC2 can also be omitted. Moreover, the two emitter resistors REi and RE 2, as indicated by dashed lines, can be connected to a common balancing resistor R, the adjustable tap is connected to ground M extension of the emitter resistors REi and RE2 can be the transmission factor of the Isolierwandlers

JFl ,_a-RE2JFl, _a -RE2

einstellen.to adjust.

Bei gleichen Optokopplern, d. h. solchen mit übereinstimmender Tendenz der Strom-Strom-Kennlinien wird die Nichtlinearität dieser Kennlinien kompensiert und durch die isotherme Anordnung auch ihr Temperaturgang weitgehend ausgeglichen, sofern dieser gleiche Tendenzen zeigt. Es eignen sich daher für den Isolierwandler besonders solche Optokoppler, deren Strom-Strom-Kennlinien in normierter Form sich nicht schneiden und deren Temperaturgang gleiche Tendenz zeigt.With the same optocouplers, i. H. those with a corresponding tendency of the current-current characteristics the non-linearity of these characteristic curves is compensated and, due to the isothermal arrangement, also their temperature response largely balanced, provided that it shows the same tendencies. It is therefore suitable for the Isolation converters especially those optocouplers whose current-current characteristics are not standardized cut and whose temperature curve shows the same tendency.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Isolation converter with two optocouplers and electrically isolated electrical measuring and evaluation circuits for measuring current or voltage in systems at a certain potential and transferring this size to sensitive control and / or regulating circuits with significantly different potential, characterized in that directly in the analog working measuring circuit the light-emitting diode (D 1) of a first optocoupler (Oi) is arranged, the phototransistor (TR 1) with a second optocoupler (O 2) on a common auxiliary voltage source (Ub, M) lying via a also from the phototransistor (TR 2) of the second optocoupler influenced comparator (p 1) controls a transistor (p2) in the circuit of the light emitting diode (D 2) of the second optocoupler (02) so that the input voltage at the comparator (p 1) disappears and the current through the transistor ( p 1) is proportional to the measuring current (/ Fl).

2. Isolation converter according to claim 1, characterized in that both optocouplers (Oi, Ö2) are arranged isothermally.

3. Isolation converter according to claim 1 or 2, characterized in that both optocouplers are the same Have temperature gears and the same current-current characteristics.

4. Isolation converter according to one of the preceding claims, characterized in that the emitter resistors (REt, RE2) of both phototransistors are adjustable.

5. Isolation converter according to claim 4, characterized in that a part (RCi, RC2) of the transistor resistors are arranged in the collector circuits.

6. Isolierwardler according to claim 1 to 5, characterized

characterized in that the coupling factor η = _Jp each

Optocoupler (Oi, O2) is less than or at most equal to one.