NL9201111A - Inrichting voor het discrimineren van de hoge en lage impedantietoestand van een schakelorgaan. - Google Patents

Description

Korte aanduiding: Inrichting voor het discrimineren van de hoge en lage impedantietoestand van een schakelorgaan.

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het discrimineren van de hoge en lage impedantietoestand van een schakelorgaan, omvattende een transformator.

Een dergelijke inrichting is in de techniek algemeen bekend.

Zij bezit een optisch koppelorgaan met een lichtuitzendende diode en fototransistor voor koppeling met respectievelijk enerzijds het schakelorgaan en anderzijds middelen voor het detecteren van het uitgangssignaal van de fotodiode. Om bij gesloten schakelorgaan, dat wil zeggen in de lage impedantietoestand, de lichtuitzendende diode aan te sturen, moet aan het schakelorgaan een spanning worden aangelegd of een stroom worden toegevoerd. Daarbij moet een transformator of gelijkstroom-gelijkstroomomzetter worden toegepast, teneinde net zoals in het geval van het optische koppelorgaan galvanische scheiding te garanderen.

Het bovenstaande houdt in dat de bekende inrichting omvangrijk is en betrekkelijk veel vermogen vraagt, en het moeilijk kan zijn een grote galvanische scheiding te verwezenlijken, bijvoorbeeld in het geval van de genoemde gelijkstroom-gelijkstroomomzetter, waarvan de galvanische scheiding in het algemeen kleiner dan 1,5 kV is.

De uitvinding beoogt de bekende inrichting zodanig te verbeteren dat deze compact is, voorziet in een grote galvanische scheiding, goedkoop is en weinig vermogen vraagt, zodat deze bijvoorbeeld direkt door een microprocessor of bus kan worden bedreven.

De uitvinding voorziet daartoe in een inrichting van de in de aanhef genoemde soort, die het kenmerk heeft, dat het schakelorgaan parallel aan een eerste wikkeling van de transformator is verbonden en er voorts is voorzien in een in serie met een tweede wikkeling van de transformator verbonden weerstand, vóór de weerstand geschakelde eerste middelen voor het door middel van de weerstand aan de tweede wikkeling toevoeren van een elektrische puls en na de weerstand geschakelde tweede middelen voor het detecteren van de responsie op de toegevoerde elektrische puls.

De voorgestelde inrichting kan compact en goedkoop zijn, omdat een hoogfrequente IC-transformator kan worden toegepast en er geen hulp- stroom of hulpspanning aan het schakelorgaan hoeft te worden toegevoerd of aangelegd. Het vermogensverbruik is laag, omdat pulsgewijs vermogen wordt toegevoerd. De galvanische scheiding kan groot zijn, omdat deze uitsluitend door de transformator wordt bepaald en gemakkelijk 4 kV kan bedragen. Een verder geboden voordeel van het gepulseerde bedrijf en de daardoor mogelijke discontinue meting is een betere storingsongevoeligheid.

De tweede middelen kunnen een pulsdetectie-orgaan omvatten, dat detecteert of de aan de weerstand toegevoerde puls ook na de weerstand aanwezig is. Dit houdt in dat gedurende de puls moet worden gemeten, waar natuurlijk voldoende tijd voor beschikbaar moet zijn. Deze uitvoeringsvorm werkt het best bij korte kabellengte, d.w.z. geringe kabelcapaciteit parallel aan de eerste wikkeling van de transformator.

Meer de voorkeur hebbend, omvat de voorgestelde inrichting verder een parallel aan het schakelorgaan en de eerste wikkeling van de transformator verbonden condensator voor het in de tweede wikkeling van de transformator als de responsie opwekken van een LC-oscillatie en zijn de tweede middelen voorzien van een vergelijkingsorgaan voor het vergelijken van de LC-oscillatie met een referentiespanning.

In dit geval wordt na de elektrische puls gemeten en kan de tijdsduur van het aanleggen van de puls korter zijn, zodat minder vermogen is vereist. Afhankelijk van de transformator en condensator kan de elektrische puls een duur van enkele tot enkele tientallen ys hebben, terwijl bijvoorbeeld gedurende een tiental με de puls kan worden gemeten, dit alles met mogelijk een frequentie van 50 metingen per seconden.

Bij voorkeur is het vergelijkingsorgaan ingericht om de eerste golf van de LC-oscillatie vóór een eerste nuldoorgang met de referentiespanning te vergelijken. Dit verhoogt de betrouwbaarheid en de storingsongevoeligheid. Deze kunnen nog in hogere mate worden verbeterd door de LC-oscillatie verder te dempen door toepassing van een weerstand parallel aan het schakelorgaan, de eerste wikkeling van de transformator en de condensator. De pulsherhalingsfrequentie kan dan worden verhoogd.

Een microcontroler of microprocessor kan worden gebruikt voor het aansturen en lezen door middel van een databus. Met een 8-bit databus kunnen 8 schakelorganen worden aangestuurd en gelezen onder programma-besturing. Hardware-implementatie is natuurlijk ook mogelijk, bijvoorbeeld onder gebruikmaking van een oscillator en latch.

De uitvinding zal nu nader aan de hand van de tekening bestaande uit een enkele figuur die een uitvoeringsvorm toont van de voorgestelde inrichting nader worden beschreven.

Zoals gezegd, gaat het om een inrichting voor het discrimineren van de hoge en lage impedantietoestand van een schakelorgaan, bijvoorbeeld een transistor of een schakelcontact, dat respectievelijk open of dicht kan zijn en al dan niet spanningsvoerend kan zijn. Het schakelorgaan is in de figuur met het verwijzingscijfer 1 aangegeven. De inrichting omvat een transformator, die in de figuur met het verwijzingscijfer 2 is aangegeven, en kan bestaan uit een ferrietkern met twee wikkelingen, met wikkelverhou-ding 1:1 en in de vorm van een hoogfrequente IC-transformator, bijvoorbeeld de NP5413 van Nanopulse Industries, Incorporated die gewoonlijk als datalijnaanstuurtrafo wordt gebruikt. Het schakelorgaan 1 is parallel aan de eerste wikkeling 22 van de transformator 2 verbonden. Verder is er voorzien in een in serie met de tweede wikkeling 22 van de transformator 2 verbonden weerstand 3. Weerstand 3 dient om kortsluiting van de eerste middelen 4 bij gesloten schakelorgaan 1 te voorkomen. Vóór de weerstand 3 zijn eerste middelen 4 geschakeld voor het aan de tweede wikkeling 22 via de weerstand 3 toevoeren van een elektrische puls, terwijl na de weerstand 3 tweede middelen 5 zijn geschakeld voor het detecteren van de responsie op de toegevoerde elektrische puls.

Wanneer door de eerste middelen 4 een elektrische puls via weerstand 3 aan de tweede wikkeling 22 wordt aangelegd en contact 1 is gesloten, zal er op het knooppunt tussen weerstand 3 en tweede wikkeling 22 geen puls staan, hetgeen door de tweede middelen 5 die dan een (niet getoond) pulsdetectie-orgaan omvatten, wordt gedetecteerd. In het tegengestelde geval, dat wil zeggen met open schakelorgaan 1, zal de puls wel door de tweede middelen 5 worden gedetecteerd, waarbij aldus kan worden gediscrimineerd tussen de hoge en lage impedantietoestand van het schakelorgaan 1.

Bij deze uitvoeringsvorm dient de pulsbreedte betrekkelijk lang te zijn, waardoor relatief veel vermogen wordt gedissipeerd, omdat tijdens de elektrische puls moet worden gemeten. Bovendien mag de parasitaire kabelcapaciteit parallel aan de eerste wikkeling 21 niet al te groot zijn.

De in de figuur als geheel weergegeven uitvoeringsvorm heeft dan ook de voorkeur. Bij deze uitvoeringsvorm is parallel aan het schakel- orgaan 1 en de eerste wikkeling 21 een condensator 7 verbonden, terwijl de tweede middelen 5 in plaats van het (niet getoonde) pulsdetectie-orgaan een vergelijkingsorgaan 6 omvatten voor het met een referentiespanning Vref vergelijken van het signaal op het knooppunt tussen weerstand 3 en wikkeling 22 om een volgens een e-macht gedempte LC-oscillatie te detecteren, die na beëindiging van de door de eerste middelen 4 aangelegde elektrische puls bij geopend schakelorgaan 1 wordt opgewekt door door de elektrische puls opgeladen condensator 7 en eerste wikkeling 21. Transformator 2 mag daarbij niet in de verzadiging worden gestuurd.

Het essentiële verschil met de eerste uitvoeringsvorm is, dat na aanlegging van de elektrische puls door de eerste middelen 4, door de tweede middelen 5 de gedempte LC-oscillatie wordt gedetecteerd, waarbij de parasitaire kabelcapaciteit bij de capacitiet van condensator 7 wordt opgeteld, zodat deze in alle praktische gevallen niet verstorend zal werken.

De capaciteitswaarde van condensator 7 kan bijvoorbeeld 100 nF zijn. Een extreme kabelcapaciteitswaarde bedraagt 100 nF, en een extreme kabelweerstand 100 Ω. In een prototype werd in serie met het schakelorgaan 1 een weerstand van 100 Ω verbonden en voor condensator 7 een van 200 nF genomen. Een puls van 5 V leverde een LC-oscillatie met een spanning van piek tot piek van 0,4 V. Voor het vergelijkingsorgaan 6 werd een comparator LM 293 van National Semiconductor toegepast, terwijl Vref op 0,1 V was ingesteld. Bij de genoemde LC-oscillatie kan dat aan de uitgang van de comparator worden gedetecteerd.

De LC-oscillatie kan nog verder worden gedempt door het aanbrengen van een weerstand 8 parallel aan de eerste wikkeling 21, het schakelorgaan 1 en de condensator 7.

Bij voorkeur is het vergelijkingsorgaan 6 ingericht om de eerste golf van de LC-oscillatie vóór een eerste nuldoorgang met de referentiespanning Vref te vergelijken. Daardoor is de detectie- of meettijd kort en derhalve de detectie of meting storingsongevoeliger.

De vermogensniveaus zijn zo laag dat een microcontroler of microprocessor kan worden gebruikt voor het via een uitgangstransistor aanleggen van de elektrische puls aan de weerstand 3 en via een databus lezen van het uitgangssignaal van het vergelijkingsorgaan 6.

Een toepassingsmogelijkheid is in een gebouwbeheersysteemnetwerk waarin bijvoorbeeld om de 20 ms wordt gecontroleerd of een drukschakelaar wordt ingedrukt, waarbij in het bevestigende geval dit door een micro-controler of microprocessor zal worden gedetecteerd, die dan bijvoorbeeld een lichtbron aanschakelt.

Claims (5)

1. Inrichting voor het discrimineren van de hoge en lage impedan-tietoestand van een schakelorgaan, omvattende een transformator, met het kenmerk, dat het schakelorgaan parallel aan een eerste wikkeling van een transformator is verbonden en er voorts is voorzien in een in serie met een tweede wikkeling van de transformator verbonden weerstand, vóór de weerstand geschakelde eerste middelen voor het door middel van de weerstand aan de tweede wikkeling toevoeren van een elektrische puls en na de weerstand geschakelde tweede middelen voor het detecteren van de responsie op de toegevoerde elektrische puls.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de tweede middelen een pulsdetectie-orgaan omvatten.

3. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat zij verder een parallel aan het schakelorgaan en de eerste wikkeling van de transformator verbonden condensator voor het in de tweede wikkeling van de transformator als de responsie opwekken van een LC-oscillatie omvat en de tweede middelen zijn voorzien van een vergelijkingsorgaan voor het vergelijken van de LC-oscillatie met een referentiespanning.

4. Inrichting volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat het vergeli jkingsorgaan is ingericht om de eerste golf van de LC-oscillatie vóór een eerste nuldoorgang met de referentiespanning te vergelijken.

5. Inrichting volgens conclusie 3 of 4, met het kenmerk, dat parallel aan het schakelorgaan, de eerste wikkeling van de transformator en de condensator een weerstand voor het dempen van de LC-oscillatie is verbonden. Eindhoven, juni 1992.