EP0165640A1 - Dispositif pour réaliser l'isolement galvanique entre un générateur d'impulsions et une charge - Google Patents

Dispositif pour réaliser l'isolement galvanique entre un générateur d'impulsions et une charge Download PDF

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EP0165640A1
EP0165640A1 EP85200912A EP85200912A EP0165640A1 EP 0165640 A1 EP0165640 A1 EP 0165640A1 EP 85200912 A EP85200912 A EP 85200912A EP 85200912 A EP85200912 A EP 85200912A EP 0165640 A1 EP0165640 A1 EP 0165640A1
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circuit
pulses
pulse generator
magnetizing current
unidirectional transmission
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Oséas Bercy
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Telecommunications Radioelectriques et Telephoniques SA TRT
Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Telecommunications Radioelectriques et Telephoniques SA TRT
Philips Gloeilampenfabrieken NV
Koninklijke Philips Electronics NV
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/42—Circuits specially adapted for the purpose of modifying, or compensating for, electric characteristics of transformers, reactors, or choke coils
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F19/00—Fixed transformers or mutual inductances of the signal type
    • H01F19/04—Transformers or mutual inductances suitable for handling frequencies considerably beyond the audio range
    • H01F19/08—Transformers having magnetic bias, e.g. for handling pulses
    • H01F2019/085—Transformer for galvanic isolation

Definitions

  • the present invention relates to a device for carrying out galvanic isolation between a pulse generator and a load, comprising a primary circuit and a secondary circuit coupled by mutual inductance, at least one circuit for eliminating the magnetizing current connected to the secondary circuit.
  • Such a device is known from German patent n ° 1 236 566 filed by PHILIPS on February 9, 1965 and gives complete satisfaction when the pulse generator has a high impedance cyclically, in particular, like that presented at the output of a steady state transistor. of commutation.
  • the generator transmits a series of pulses of the same sign (for example positive)
  • the magnetizing current tends to increase by a phenomenon of accumulation in time, if one does not manage to flow it quickly enough.
  • the characteristics of the transformer then deteriorate as the magnetizing current increases, the material of the core goes into saturation and the transformer no longer transmits the pulses.
  • the pulse generator continuously has a low impedance as is the case for example for an operational amplifier, another fault appears.
  • the transformer primary chooses the shortest and least resistance path to flow the magnetizing current, which then returns to the generator, thus causing disturbances or even destruction.
  • the invention provides a device perfecting the German patent filed by PHILIPS, which avoids the aforementioned drawback when the pulse generator continuously has a low output impedance. Such a device can then be connected to the output of a generator of any type without any other precaution.
  • the device for carrying out the galvanic isolation between a pulse generator and a load, of the type mentioned in the preamble is remarkable in that it further comprises, connected between the pulse generator and the primary circuit, at least one unidirectional transmission circuit for letting the pulses pass and forcing, in cooperation with the circuit for eliminating the magnetizing current, said magnetizing current to flow quickly and only through the secondary.
  • the unidirectional transmission circuit consists of a diode connected in series with the primary circuit.
  • the diode lets the pulses pass to the primary circuit and has a high impedance for the magnetizing current wishing to return to the generator, it thus masks the low impedance of the latter.
  • the device further comprises, at least one circuit for attenuation of transient phenomena due to switching which preferably consists of a zener diode connected in series with the transmission circuit unidirectional.
  • the zener diode therefore clips these parasitic noises, advantageously attenuates transient phenomena due to switching and immunizes the transmission of signals.
  • the device consists of a transformer 1 formed of a primary circuit 2 comprising a single winding 3 and of a secondary circuit 4 also comprising a single winding 5, the primary circuit 2 and the secondary circuit 4 being coupled by mutual induction M.
  • the winding 5 of the secondary circuit 4 and the winding 3 of the primary circuit 2 are wound so that the pulses returning with a determined polarity (positive for example) on the winding 3, come out with the same polarity of the winding 5.
  • the transformer 1 performs galvanic isolation and transmits the signal from the generator E, connected to the input between terminals 6 and 7, supplying pulses of positive polarity, to the load CH connected between the points . 8 and 9.
  • a series circuit 12 said circuit for elimination of the magnetizing current, composed of a diode 13 and a resistor 14.
  • One side of the resistor 14 is connected on the one hand at the terminal 11 of the secondary circuit 4 and on the other hand at point 9, thus connecting it to one side of the load CH.
  • the other side of the resistor 14 is connected to the anode of the diode 13.
  • the cathode of the diode 13 is connected on the one hand to the terminal 10 of the secondary circuit 4 and on the other hand to the point 8, thus connected to the other side of the CH load.
  • the diode 13 conducts the magnetizing current which therefore flows through the resistor 14, this if the pulse generator E has during this time a high impedance.
  • a unidirectional transmission circuit 15 allows the pulses and force to pass in cooperation with the magnetizing current elimination circuit 12, said magnetizing current at s 'é flow quickly and only through the secondary circuit 4.
  • the unidirectional transmission circuit 15 is preferably constituted by a diode 16 ,. connected in series with the primary circuit 2 of the transformer 1. The cathode of the diode 16 is connected to the primary circuit 2 at the terminal 17.
  • the anode of the zener diode 19 is connected to the anode of the diode 16.
  • the cathode of the zener diode 19 is connected to the input terminal 6 and thus connected at a point of the generator. pulses E.
  • the terminal 20 of the primary circuit 2 is directly connected to the second input terminal 7, itself connected to the pulse generator E at its second point.
  • the diode 16 allows the pulses of positive polarity to pass and prevents the return of the magnetizing current since it has a high impedance in reverse, it thus forces the magnetizing current to flow through the secondary circuit 4 in the current elimination circuit.
  • magnetizer 12 specially provided for this purpose.
  • the pulse generator E is subjected to frequent transitions and therefore is disturbed by transient phenomena due to switching.
  • the role of the zener diode 19 is to advantageously attenuate the influence of the transient phenomena due to the switching, it clips the parasitic fluctuations and immunizes the transmission of the signals.
  • FIG. 2 shows another device according to the invention, for which the pulse generator E supplies pulses of bipolar type, such as those proposed in FIG. 3a.
  • the primary circuit 2 here comprises two windings 3 1 and 3 "each admitting a polarity of the pulses, similarly the secondary circuit 4 comprises two windings 5 ' and 5 "transmitting the pulses to a load CH.
  • the winding 5 'of the secondary circuit 4 and the winding 3' of the primary circuit 2 are wound so that the pulses returning with a determined polarity (positive for example) on the 'winding 3', come out with the same polarity of the winding 5 ' .
  • the winding 5 "of the secondary circuit 4 and the winding 3" of the primary circuit 2 are wound so that the pulses returning with a determined polarity (negative for example) on the 3 "winding, come out of the 5" winding with an opposite polarity (positive).
  • the pulses of positive polarity are routed through the unidirectional transmission circuit 15 'and transmitted to the winding 3' of the primary circuit 2.
  • the pulses of negative polarity are routed through the unidirectional transmission circuit 15 "to the 3 "winding of the primary circuit 2.
  • the circuits for attenuating transient phenomena due to switching 18 'and 18" are connected in series, respectively with the unidirectional transmission circuits 15' and 15 ".
  • the unidirectional transmission and attenuation circuits for transient phenomena due to switching are each adapted to the polarities of the pulses.
  • the operation of the device shown is perfectly identical to the operation described for the device of FIG. 1, except that in the unidirectional transmission circuit 15 "and the circuit for attenuation of the transient switching phenomena 18", the diode 16 “and the zener diode 19 "are connected in reverse relative to the connections of the diode 16 and the zener diode 19, this in order to direct and to let pass only the pulses of negative polarity.
  • the diode 16 'placed in series with the winding 3' of the primary circuit 2 allows only the pulses of positive polarity to pass while the diode 16 "placed in series with the winding 3" of the primary circuit 2 allows only the pulses of negative polarity.
  • the diodes 16 'and 16 "prevent the magnetizing current from returning to the pulse generator E.
  • the zener diode 19 ' is connected in series with the diode 16' while the zener diode 19 "is connected in series with the diode 16".
  • the zener diodes 19 'and 19 protect the pulse generator E by clipping parasitic fluctuations, thus attenuating the transient phenomena due to switching.
  • the diodes 16 'and 19' are connected in the same way as the diodes 16 and 19 of the device of FIG. 1, since they all receive pulses of positive polarity.
  • the cathodes of the 16 "and 19" diodes are interconnected.
  • the anode of diode 16 is connected to point 17" of the primary circuit 2.
  • the anode of diode 19 is connected to the input at terminal 6, thus connected at one point to pulse generator E.
  • the primary circuit 2 is connected by its terminal 20 "to the second point of the pulse generator E via the terminal 7.
  • circuits 12 'and 12 "for eliminating the magnetizing current are in total identity with the circuit 12 in FIG. 3 as regards the operation and the arrangement of the elements.
  • the voltage V + is the voltage across the terminals of this load
  • the voltage V - is the voltage across this second charge.
  • the voltage V + is applied to the inverting input of a voltage comparator circuit 21 ′, it is compared to a reference voltage REF , which is a fraction of the value of the amplitude of the input voltage, thus the V + transitions are detected.
  • REF reference voltage
  • Voltage V is applied to the inverting input of a second 21 “voltage comparator circuit, it is also compared at the reference voltage REF, in order to detect the transitions of V.
  • the output voltage V S- At the output of the voltage comparator 21 "the output voltage V S- (see FIG. 3c).
  • Such a device is of great interest as to its use in receiving data, it gives the possibility of strictly complying with the ARINC 429-2 standard.

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Abstract

@ Dispositif pour réaliser l'isolement galvanique entre un générateur d'impulsions (E) et une charge (CH), comportant un circuit primaire (2), un circuit secondaire (4), au moins un circuit d'élimination du courant magnétisant (12) du côté secondaire et remarquable en ce qu'il est muni du côté primaire d'au moins un circuit de transmission unidirectionnelle (15) laissant passer les impulsions et forçant le courant magnétisant à s'écouler par le secondaire dans le circuit d'élimination dudit courant magnétisant (12), et d'au moins un circuit d'atténuation des phénomènes transitoires dus à la commutation (18) protégeant ainsi le générateur d'impulsions (E).

Description

  • La présente invention concerne un dispositif pour réaliser l'isolement galvanique entre un générateur d'impulsions et une charge, comportant un circuit primaire et un circuit secondaire couplés par inductance mutuelle, au moins un circuit d'élimination du courant magnétisant connecté au circuit secondaire.
  • Un tel dispositif est connu du brevet allemand n° 1 236 566 déposé par PHILIPS le 9 Février 1965 et donne entière satisfaction lorsque le générateur d'impulsions présente cycliquement une impédance élevée, notamment, comme celle présentée à la sortie d'un transistor en régime de commutation. Quand le générateur transmet une série d'impulsions de même signe (par exemple positives), le courant magnétisant tend à augmenter par un phénomène d'accumulation dans le temps, si l'on ne parvient pas à l'écouler suffisamment rapidement. Les caractéristiques du transformateur se dégradent alors au fur et à mesure que le courant magnétisant croît, le matériau du noyau va en saturation et le transformateur ne transmet plus les impulsions. En branchant au secondaire du transformateur et en parallèle avec la charge un circuit d'élimination du courant magnétisant, on évite les inconvénients dus à la saturation.
  • Cependant si le générateur d'impulsions présente continuellement une faible impédance comme c'est le cas par exemple pour un amplificateur opérationnel,-un autre défaut apparaît. Le primaire du transformateur choisit alors le chemin le plus court et de moindre résistance pour écouler le courant magnétisant, lequel retourne alors vers le générateur, provoquant ainsi des perturbations, voire une destruction.
  • L'invention propose un dispositif perfectionnant le brevet allemand déposé par PHILIPS, qui évite l'inconvénient précité lorsque le générateur d'impulsions présente continûment une faible impédance de sortie. Un tel dispositif peut alors être connecté à la sortie d'un générateur de type quelconque sans autre précaution.
  • Pour cela, le dispositif pour réaliser l'isolement galvanique entre un générateur d'impulsions et une charge, du type mentionné dans le préambule est remarquable en ce qu'il comporte en outre, connecté entre le générateur d'impulsions et le circuit primaire, au moins un circuit de transmission unidirectionnelle pour laisser passer les impulsions et pour forçer, en coopération avec le circuit d'élimination du courant magnétisant ledit courant magnétisant à s'écouler rapidement et uniquement par le secondaire.
  • Selon un mode de réalisation préféré de l'invention,le circuit de transmission unidirectionnelle est constitué par une diode connectée en série avec le circuit primaire. La diode laisse passer les impulsions vers le circuit primaire et présente une impédance élevée pour le courant magnétisant désirant retourner vers le générateur, elle masque ainsi la faible impédance de ce dernier.
  • Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le dispositif comporte en outre, au moins un circuit d'atténuation des phénomènes transitoires dus à la commutation qui est constitué de préférence, d'une diode zéner connectée en série avec le circuit de transmission unidirectionnelle. Le générateur d'impulsions est soumis à de fréquentes transitions=lors de l'émission d'un message (message codé en "retour à zéro" RZ, par exemple), à chaque transition sont engendrés des fluctuations ou bruits parasites appelés phénomènes transitoires. La diode zéner écrête donc ces bruits parasites, atténue avantageusement les phénomènes transitoires dus à la commutation et immunise la transmission des signaux.
  • La description suivante en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemple, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée.
    • La figure 1 montre un dispositif complet, conforme à l'invention.
    • La figure 2 présente un autre dispositif conforme à l'invention, pour un générateur fournissant des impulsions bipolaires.
    • La figure 3 représente l'allure de quelques signaux dans le dispositif montré à la figure 2.
  • Sur la figure 1, le dispositif est constitué par un transformateur 1 formé d'un circuit primaire 2 comportant un seul enroulement 3 et d'un circuit secondaire 4 comportant aussi un seul enroulement 5, le circuit primaire 2 et le circuit secondaire 4 étant couplés par induction mutuelle M. L'enroulement 5 du circuit secondaire 4 et l'enroulement 3 du circuit primaire 2 sont bobinés de telle sorte que les impulsions rentrant avec une polarité déterminée (positive par exemple) sur l'enroulement 3, ressortent avec la même polarité de l'enroulement 5. Le transformateur 1 réalise l'isolement galvanique et transmet le signal du générateur E, branché à l'entrée entre les bornes 6 et 7, fournissant des impulsions de polarité positive, vers la charge CH connectée entre les points. 8 et 9. Aux bornes 10 et 11 du circuit secondaire 4 est branché un circuit série 12, dit circuit d'élimination du courant magnétisant, composé d'une diode 13 et d'une résistance 14. Un côté de la résistance 14 est connecté d'une part à la borne 11 du circuit secondaire 4 et d'autre part au point 9, le reliant ainsi à un côté de la charge CH. L'autre côté de la résistance 14 est connecté à.l'anode de la diode 13. La cathode de la diode 13 est raccordée d'une part à la borne 10 du circuit secondaire 4 et d'autre part au point 8, ainsi reliée à l'autre côté de la charge CH. La diode 13 conduit le courant magnétisant qui s'écoule donc dans la résistance 14, ceci si le générateur d'impulsions E présente pendant ce temps une impédance élevée.
  • Conformément à l'invention, connecté entre le générateur d'impulsions E et le circuit primaire 2, un circuit de transmission unidirectionnelle 15 laisse passer les impulsions et force en coopération avec le circuit d'élimination du courant magnétisant 12, ledit courant magnétisant à s'écouler rapidement et uniquement par le circuit secondaire 4. Le circuit de transmission unidirectionnelle 15 est constitué de préférence par une diode 16,. branchée en série avec le circuit primaire 2 du transformateur 1. La cathode de la diode 16 est connectée au circuit primaire 2 en la borne 17.
  • Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, en amont du circuit de transmission unidirectionnelle 15 et en série avec celui-ci, se trouve un circuit d'atténuation des phénomènes transitoires dus à la commutation 18, qui de préférence est constitué d'une diode zéner 19. L'anode de la diode zéner 19 est reliée à l'anode de la diode 16. La cathode de la diode zéner 19 est connectée à la borne d'entrée 6 et ainsi reliée en un point du générateur d'impulsions E. La borne 20 du circuit primaire 2 est directement reliée à la deuxième borne d'entrée 7, elle-même reliée au générateur d'impulsions E en son deuxième point.
  • La diode 16 laisse passer les impulsions de polarité positive et interdit le retour du courant magnétisant puisqu'elle présente en inverse une grande impédance, elle force ainsi le courant magnétisant à s'écouler par le circuit secondaire 4 dans le circuit d'élimination du courant magnétisant 12, spécialement prévu à cet effet.
  • D'autre part, le générateur d'impulsions E est soumis à de fréquentes transitions et de ce fait est perturbé par des phénomènes transitoires dus à la commutation. Le rôle de la diode zéner 19 est d'atténuer avantageusement l'influence des phénomènes transitoires dus à la commutation, elle écrête les fluctuations parasites et immunise la transmission des signaux.
  • Sur la figure 2 est représenté un autre dispositif conforme à l'invention, pour lequel le générateur d'impulsions E fournit des impulsions de type bipolaire, telles que celles proposées sur la figure 3a.
  • Le circuit primaire 2 comporte ici deux enroulements 31 et 3" admettant chacun une polarité des impulsions, de même le circuit secondaire 4 comporte deux enroulements 5' et 5" transmettant les impulsions vers une charge CH. L'enroulement 5' du circuit secondaire 4 et l'enroulement 3' du circuit primaire 2 sont bobinés de telle sorte que les impulsions rentrant avec une polarité déterminée (positive par exemple) sur l'enroulement 3', ressortent avec la même polarité de l'enroulement 5'.Au contraire, l'enroulement 5" du circuit secondaire 4 et l'enroulement 3" du circuit primaire 2 sont bobinés de telle sorte que les impulsions rentrant avec une polarité déterminée (négative par exemple) sur l'enroulement 3", ressortent de l'enroulement 5" avec une polarité opposée (positive).
  • Les impulsions de polarité positive sont aiguillées par l'intermédiaire du circuit de transmission unidirectionnelle 15' et transmises vers l'enroulement 3' du circuit primaire 2. Les impulsions de polarité négative sont aiguillées par l'intermédiaire du circuit de transmission unidirectionnelle 15" vers l'enroulement 3" du circuit primaire 2. Les circuits d'atténuation des phénomènes transitoires dus à la commutation 18' et 18" sont branchés en série, respectivement avec les circuits de transmission unidirectionnelle 15' et 15".
  • Les circuits de transmission unidirectionnelle et d'atténuation des phénomènes transitoires dus à la commutation sont chacun adaptés aux polarités des impulsions.
  • Le fonctionnement du dispositif représenté est parfaitement identique au fonctionnement décrit pour le dispositif de la figure 1, à cela près que dans le circuit de transmission unidirectionnelle 15" et le circuit d'atténuation des phénomènes transitoires de commutation 18", la diode 16" et la diode zéner 19" sont branchées en inverse relativement aux branchements de la diode 16 et de la diode zéner 19, cela afin d'aiguiller et de ne laisser passer que les impulsions de polarité négative.
  • La diode 16' placée en série avec l'enroulement 3' du circuit primaire 2 ne laisse passer que les impulsions de polarité positive alors que la diode 16" placée en série avec l'enroulement 3" du circuit primaire 2 ne laisse passer que les impulsions de polarité négative. Les diodes 16' et 16" interdisent au courant magnétisant de retourner vers le générateur d'impulsions E.
  • La diode zéner 19' est branchée en série avec la diode 16' alors que la diode zéner 19" est branchée en série avec la diode 16". Les diodes zéner 19' et 19" protègent le générateur d'impulsions E en écrêtant les fluctuations parasites, atténuant ainsi les phénomènes transitoires dus à la commutation.
  • Les diodes 16' et 19' sont connectées de la même manière que les diodes 16 et 19 du dispositif de la figure 1, puisqu'elles reçoivent toutes des impulsions de polarité positive.
  • Les cathodes des diodes 16" et 19" sont reliées entre elles. L'anode de la diode 16" est connectée au point 17" du circuit primaire 2. L'anode de la diode 19" est connectée à l'entrée à la borne 6, reliée ainsi en un point du générateur d'impulsions E. Le circuit primaire 2 est relié par sa borne 20" au deuxième point du générateur d'impulsions E par l'intermédiaire de la borne 7.
  • Les circuits 12' et 12" d'élimination du courant magnétisant sont en totale identité avec le circuit 12 de la figure 3 quant au fonctionnement et à la disposition des éléments.
  • Aux points 8' et 9' d'une part est connectée une charge CH,la tension V+ est la tension aux bornes de cette charge, aux points 8" et 9" d'autre part est connectée une charge équivalente, la tension V- est la tension aux bornes de cette deuxième charge. La tension V+ est appliquée à l'entrée inverseuse d'un circuit comparateur de tension 21', elle est comparée à une tension de référence REF, qui est une fraction de la valeur de l'amplitude de-la tension d'entrée, ainsi les transitions de V+ sont détectées. A la sortie du comparateur de tension 21' est la tension de sortie VS+ (voir figure 3b). La tension V est appliquée à l'entrée inverseuse d'un deuxième circuit comparateur de tension 21", elle est aussi comparée à la tension de référence REF , afin de détecter les transitions de V . A la sortie du comparateur de tension 21" la tension de sortie VS- (voir figure 3c).
  • L'obtention de ces deux tensions VS+ et VS-, permet avantageusement d'une part de reconstituer l'horloge de départ en utilisant un circuit logique NON-ET 22, dont les deux entrées reçoivent respectivement VS+ et VS-, et d'autre part de transformer le message codé en "retour à zéro" RZ en un message codé en "non retour à zéro" NRZ, au moyen d'une bascule bistable 23, du type bascule RS par exemple, obtenue à partir de deux circuits logiques NON-ET. L'horloge reconstituée HR et le message transformé IR, sont reproduits respectivement en figure 3d et 3e.
  • Un tel dispositif est d'un grand intérêt quant à son utilisation en réception de données, il donne la possibilité de respecter strictement la norme ARINC 429-2.

Claims (5)

1. Dispositif pour réaliser l'isolement galvanique entre un générateur d'impulsions et une charge, comportant un circuit primaire et un circuit secondaire couplés par inductance mutuelle, au moins un circuit d'élimination du courant magnétisant connecté au circuit secondaire, caractérisé en ce qu'il comporte en outre, connecté entre le générateur d'impulsions et le circuit primaire, au moins un circuit de transmission unidirectionnelle pour laisser passer les impulsions et pour forcer, en coopération avec le circuit d'élimination du courant magnétisant, ledit courant magnétisant à s'écouler rapidement et uniquement par le circuit secondaire.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de transmission unidirectionnelle est constitué par une diode connectée en série avec le circuit primaire.
3. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce qu'il comporte en outre, au moins un circuit d'atténuation des phénomènes transitoires dus à la commutation.
4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le circuit d'atténuation des phénomènes transitoires dus à la commutation est constitué d'une diode zéner connectée en série avec le circuit de transmission unidirectionnelle.
5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, pour lequel le générateur d'impulsions fournit des impulsions de type bipolaire, caractérisé en ce que le circuit primaire comporte deux enroulements admettant chacun une polarité des impulsions, lesdites impulsions étant aiguillées au moyen des circuits de transmission unidirectionnelle, et en ce que le circuit secondaire comporte deux enroulements pour transmettre les impulsions vers une charge, alors que les circuits de transmission unidirectionnelle et d'atténuation des phénomènes transitoires dus à la commutation sont chacun adaptés aux polarités des impulsions.
EP85200912A 1984-06-15 1985-06-11 Dispositif pour réaliser l'isolement galvanique entre un générateur d'impulsions et une charge Expired EP0165640B1 (fr)

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EP0165640A1 true EP0165640A1 (fr) 1985-12-27
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