DE3207785C2

DE3207785C2 -

Info

Publication number: DE3207785C2
Application number: DE19823207785
Authority: DE
Inventors: Guenter Von Ing.(Grad.) 4020 Mettmann De Zur Gathen
Original assignee: Hartmann and Braun AG
Current assignee: ABB Training Center GmbH and Co KG
Priority date: 1982-03-04
Filing date: 1982-03-04
Publication date: 1988-11-10
Also published as: CH658520A5; DE3207785A1

Description

Die Erfindung geht aus von einer Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention is based on a circuit arrangement according to the preamble of claim 1.

Aus der DE-OS 21 35 426 ist ein mV/I - Meßgrößenumformer bekannt geworden, bei dem der Meßstromkreis durch einen Übertrager galvanisch vom Speisestrom kreis getrennt ist. Die Primärwicklung des Übertragers weist eine Mittelanzapfung auf, der der Ausgangsstrom entnommen wird, während den beiden Enden der Primärwicklung eine Versorgungswechselspannung zugeführt wird. Zur galvanischen Trennung des Speisestromkreises vom Ausgangsstromkreis ist ein weiterer Übertrager für die Versorgungsspannung erforderlich. Aus der DE-OS 28 47 206 ist eine Schaltungsanordnung zur galvanischen Trennung von analogen Gleichstrom- Signalen mit einem Trenntransformator bekannt, bei dem eine Hilfsgleich spannung über eine Zerhackerschaltung in die einzige Sekundärwicklung des Transformators eingespeist wird. Der sekundärseitige Speisestromkreis liegt in Reihe mit dem Ausgangsstromkreis, so daß keine galvanische Trennung zwischen Hilfsenergiekreis und Ausgangsstromkreis gegeben ist.An mV / I transducer has become known from DE-OS 21 35 426, in which the measuring circuit is galvanically isolated from the supply current by a transformer circle is separated. The primary winding of the transformer has a center tap on which the output current is taken while the two ends of the Primary winding is supplied with an alternating supply voltage. For galvanic Separation of the supply circuit from the output circuit is another Transformer for the supply voltage required. From DE-OS 28 47 206 is a circuit arrangement for the galvanic isolation of analog direct current Signals known with an isolating transformer, in which an auxiliary match voltage via a chopper circuit in the only secondary winding of the Transformer is fed. The secondary-side supply circuit is in series with the output circuit, so no electrical isolation between the auxiliary power circuit and the output circuit.

In dem Aufsatz "Modulatoren zur Umsetzung sehr kleiner Gleichspannungen in Wechselspannungen" von G. Meyer-Brötz aus Telefunken-Zeitung, Jg. 32, 1959, H. 125 ist auf der Seite 193 ein magnetischer Modulator mit drei galvanisch voneinander getrennten Wicklungen beschrieben. Bei der bekannten Schaltung wird der Eisenkern des Modulators bis in die Sättigung magnetisiert und so eine Modulation der Meßgröße bewirkt.In the article "Modulators for the implementation of very low DC voltages in AC voltages "by G. Meyer-Brötz from Telefunken-Zeitung, Jg. 32, 1959, H. 125 is on page 193 a magnetic modulator with three galvanic described separate windings. In the known circuit the iron core of the modulator is magnetized to saturation and so on modulation of the measured variable causes.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zum Speisen eines Meßgrößenumformers zu schaffen, die mit einem im ungesättigten Bereich betriebenen Trennübertrager auskommt, und die eine galvanische Trennung zwischen dem Hilfsenergiestromkreis, dem Eingangs- bzw. Meßumformer stromkreis und dem Ausgangsstromkreis gewährleistet. Gelöst wird diese Aufgabe mit den im Anspruch 1 aufgeführten kennzeichnenden Merkmalen.The object of the present invention is to provide a circuit arrangement for To create a transducer that works with one in the unsaturated Field operated isolating transformer, and the one galvanic Separation between the auxiliary power circuit, the input or transmitter circuit and the output circuit guaranteed. This is solved Task with the characteristic features listed in claim 1.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Fig. 1 bis 3 erläutert. Es zeigtThe invention is explained below with reference to FIGS. 1 to 3. It shows

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Meßumformerspeisung gemäß der Erfindung, Fig. 1 is a block diagram of a transmitter power supply according to the invention,

Fig. 2 eine Eingangsschaltung zum Übertragen von eingeprägten Gleichströmen und Fig. 2 shows an input circuit for transmitting impressed direct currents and

Fig. 3 eine Eingangsschaltung zum Messen von Strom, Spannung oder Widerstand mit einem Vorverstärker. Fig. 3 shows an input circuit for measuring current, voltage or resistance with a preamplifier.

Fig. 1 zeigt einen Übertrager 7 mit einer Primär wicklung W 1 sowie zwei Sekundärwicklungen W 2 und W 3. Der mit der Primärwicklung W 1 verbundene Speisestromkreis besteht aus einer Hilfsspannungsquelle mit der Spannung U _H, einer Konstant-Stromquelle 10 mit einem Zerhacker 1. Der Eingangsstromkreis enthält einen Meßgrößenumformer MU, der über die Sekundärwicklung W 2 mit dem Eingangs strom I _E versorgt wird. Die zweite Sekundärwicklung W 3 versorgt den Ausgangsstromkreis mit Spannungsbegrenzer 4, Referenzspannung 5 und Ausgangsverstärker 6 mit dem Ausgangsstrom I _A. Fig. 1 shows a transformer 7 with a primary winding W 1 and two secondary windings W 2 and W 3rd The supply circuit connected to the primary winding W 1 consists of an auxiliary voltage source with the voltage U _H , a constant current source 10 with a chopper 1 . The input circuit contains a transducer MU , which is supplied with the input current I _E via the secondary winding W 2 . The second secondary winding W 3 supplies the output circuit with voltage limiter 4 , reference voltage 5 and output amplifier 6 with the output current I _A.

Die Hilfsspannung U _H wird mit Hilfe der Konstantstrom quelle 10 in einen eingeprägten Gleichstrom I von beispielsweise 80 mA umgeformt. Ein Zerhacker 1 schaltet diesen Gleichstrom I mit einer Zerhackerfrequenz von z. B. 5 kHz auf die Primärwicklung W 1 des Übertragers 7. Der Übertrager ist so ausgelegt, daß er bei dieser Frequenz einen sehr geringen Magnetisierungsstrom aufnimmt und der Übertragerkern nicht in der Sättigung betrieben wird. Hierdurch wird der eingeprägte und zerhackte Gleichstrom I verlustarm auf die beiden Sekundärwicklungen W 2 und W 3 übertragen. Je nach Belastung des an die Sekundärwicklung W 2 bzw. W 3 angeschlossenen Strom kreises teilt sich der eingeprägte Speisestrom I unter Berücksichtigung des Übersetzungsverhältnisses in zwei eingeprägte Teilströme auf, welche die Sekundärwicklung W 2 des Eingangsstromkreises und die Sekundärwicklung W 3 des Ausgangsstromkreises durchfließen. Beide eingeprägten Ströme werden mit Hilfe einer Gleichrichterbrücke 2 bzw. 3 gleichgerichtet und mit Kondensatoren C geglättet. Der gleichgerichtete Strom der Sekundärwicklung W 2 ist mit Eingangsstrom I _E und der Strom der Wicklung W 3 mit Ausgangsstrom I _A bezeichnet.The auxiliary voltage U _H is converted using the constant current source 10 into an impressed direct current I of, for example, 80 mA. A chopper 1 switches this direct current I with a chopper frequency of z. B. 5 kHz on the primary winding W 1 of the transformer 7 . The transformer is designed so that it absorbs a very low magnetizing current at this frequency and the transformer core is not operated in saturation. As a result, the impressed and chopped direct current I is transmitted with little loss to the two secondary windings W 2 and W 3 . Depending on the load on the circuit connected to the secondary winding W 2 or W 3 , the impressed supply current I is divided into two impressed partial currents, taking into account the transmission ratio, which flow through the secondary winding W 2 of the input circuit and the secondary winding W 3 of the output circuit. Both impressed currents are rectified using a rectifier bridge 2 or 3 and smoothed with capacitors C. The rectified current of the secondary winding W 2 is referred to as input current I _E and the current of winding W 3 as output current I _A.

Das Übertragungsprinzip beruht darauf, daß bei dem beschriebenen Übertrager die Summe der Ausgangsströme in den Sekundärwicklungen W 2 und W 3 unter Berücksichtigung des Übersetzungsverhältnisses W 1/W 2 und W 1/W 3 einen konstanten Wert annimmt, da der durch die Wicklung W 1 fließende Speisestrom I konstant ist. Der Eingangsstrom I _E im Meßumformer-Stromkreis wird durch den vorgeschalteten Meßumformer MU vorgegeben und beträgt beispielsweise 4 bis 20 mA. Wird W 2 = W 3 gewählt, so fließt bei einem Eingangsstrom I _E von vorzugsweise 4 . . . 20 mA ein Ausgangsstrom I _A von 40 . . . 24 mA, wenn das Übersetzungsverhältnis W 1/W 2 = W 1/W 3 mit 1,8 festgelegt ist. Die Summe der Sekundärströme I _E und I _A ist stets konstant und beträgt im gewählten Beispiel 44 mA, woraus sich ein Speisestrom I von 1,8 × 44 mA = 80 mA errechnet. Diese Bedingung gilt, solange die Bürdenspannung für den Ausgangsstrom I _A insbesondere bei großem I _A nicht zu groß wird. Um die Bürdenspannung auf einen maximal zulässigen Wert zu begrenzen, ist im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 der Gleichrichterbrücke 3 ein Spannungsbegrenzer 4 nachgeschaltet. Der den Spannungsbegrenzer 4 durch fließende Ausgangsstrom I _A verhält sich streng pro portional nach folgender Beziehung:The transmission principle is based on the fact that, in the transformer described, the sum of the output currents in the secondary windings W 2 and W 3 takes a constant value, taking into account the transformation ratio W 1 / W 2 and W 1 / W 3 , since the one flowing through the winding W 1 Feed current I is constant. The input current I _E in the transmitter circuit is predetermined by the upstream transmitter MU and is, for example, 4 to 20 mA. If W 2 = W 3 is selected, an input current I _E of preferably 4 flows. . . 20 mA an output current I _A of 40. . . 24 mA if the gear ratio W 1 / W 2 = W 1 / W 3 is set at 1.8. The sum of the secondary currents I _E and I _A is always constant and is 44 mA in the selected example, from which a feed current I of 1.8 × 44 mA = 80 mA is calculated. This condition is, as long as the compliance voltage for the output current I _A particularly at large I _A is not too large. In order to limit the burden voltage to a maximum permissible value, a voltage limiter 4 is connected downstream of the rectifier bridge 3 in the exemplary embodiment according to FIG. 1. The output current I _A flowing through the voltage limiter 4 behaves strictly proportionally according to the following relationship:

das heißt mit steigendem Eingangsstrom I _E wird der Ausgangsstrom I _A kleiner. Über einen Sekundärwider stand R wird der Gleichstrom I _A in eine Spannung umgeformt, die der Aussteuerung eines Ausgangsverstärkers 6 dient. An dessen Ausgang steht eine Gleichspannung Ua oder ein Gleichstrom Ia zur Verfügung, die dem Ausgangs strom I _A gemäß der genannten Beziehung proportional folgt.that is, as the input current I _{E increases} , the output current I _A becomes smaller. Via a secondary resistor R , the direct current I _{A is converted} into a voltage which is used to drive an output amplifier 6 . A DC voltage Ua or a direct current Ia is available at its output, which follows the output current I _A proportionally in accordance with the relationship mentioned.

Die zwischen dem Spannungsbegrenzer 4 und dem Ausgangs verstärker 6 geschaltete Referenzspannungsquelle 5 hat die Aufgabe, den Nullpunkt des Ausgangsverstärkers derart zu unterdrücken, daß bei Meßanfang, z. B. bei I _E = 4 mA bzw. I _A = 40 mA die Ausgangsgröße auf einen gewünschten Anfangswert von Ia = 0 mA oder Ia = 4 mA eingestellt werden kann. Damit die Ausgangsgröße Ua oder Ia ein hinreichend gutes Meßergebnis darstellt, ist der Versorgungsstrom der Referenzspannungsquelle 5 und des Ausgangsverstärkers 6 auf einen definierten Wert von z. B. 2 mA einzustellen. Jedoch können vorteilhafterweise Referenzspannungsquellen und Operationsverstärker mit niedrigem Eigenverbrauch eingesetzt werden.The switched between the voltage limiter 4 and the output amplifier 6 reference voltage source 5 has the task of suppressing the zero point of the output amplifier in such a way that at the start of the measurement, for. B. at I _E = 4 mA or I _A = 40 mA the output variable can be set to a desired initial value of Ia = 0 mA or Ia = 4 mA. So that the output variable Ua or Ia represents a sufficiently good measurement result, the supply current of the reference voltage source 5 and the output amplifier 6 is at a defined value of z. B. set 2 mA. However, reference voltage sources and operational amplifiers with low internal consumption can advantageously be used.

Die gewählten Ströme dienen lediglich zur Erläuterung eines bevorzugten Anwendungsbeispieles. Im Prinzip ist jedoch die Größe des Konstantstromes I und das ÜbersetzungsverhältnisThe selected currents only serve to explain a preferred application example. In principle, however, is the size of the constant current I and the transformation ratio

frei wählbar.freely selectable.

Durch das Einschalten der in Fig. 2 dargestellten Ein gangsschaltung 8 in den Eingangsstromkreis gemäß Fig. 1 läßt sich die Funktion des Meßgrößenumformers in eine reine Meßfunktion für eingeprägte Gleichströme abwandeln. An die Stelle des Meßgrößenumformers MU tritt ein aktiver Gleichstromgeber, der einen Strom I* in die Eingangs schaltung 8 erzeugt. Deren Darlington-Stufe stellt einen veränderlichen Widerstand dar, dessen Wert sich in Abhängigkeit von I* derart verändert, daß ein dem Strom I* entsprechender Eingangsstrom in der Sekundär wicklung W 2 fließt. Fig. 3 zeigt schließlich eine Eingangsschaltung 9, die eine Messung von Strömen, Spannungen oder Widerständen ermöglicht. Sie wird in gleicher Weise wie die Eingangsschaltung 8 in den Eingangsstromkreis gemäß Fig. 1 geschaltet.By switching on the input circuit 8 shown in FIG. 2 in the input circuit according to FIG. 1, the function of the transducer can be modified into a pure measuring function for impressed direct currents. In place of the transducer MU , an active DC current generator, which generates a current I * in the input circuit 8 . The Darlington stage represents a variable resistor, the value of which changes as a function of I * in such a way that an input current corresponding to the current I * flows in the secondary winding W 2 . Finally, FIG. 3 shows an input circuit 9 which enables currents, voltages or resistances to be measured. It is connected in the same way as the input circuit 8 in the input circuit shown in FIG. 1.

Claims

1. Circuit arrangement for feeding a transducer with simultaneous electrical isolation of an input and an output circuit, the transducer being in the input circuit, characterized in that

- That a transformer ( 7 ) is provided with a primary winding (W 1 ) for the supply circuit, with a first secondary winding (W 2 ) for the input circuit, with a second secondary winding (W 3 ) for the output circuit,
- That the feed current is a constant current (I) , which is connected to the primary winding (W 1 ) via a chopper ( 2 ),
- That the transducer (MU) is connected to the first secondary winding (W 2 ) via a rectifier bridge
- And that the second secondary winding (W 3 ) of the transformer is connected to a rectifier bridge for generating an output direct current (I _A ).

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the supply current is taken from a constant current source ( 1 ) which feeds a voltage source (U _H ).