WO2004034662A1 - Schaltungsanordnung zur galvaniisch getrennten signalübertragung - Google Patents
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Classifications
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- H04L25/00—Baseband systems
- H04L25/02—Details ; arrangements for supplying electrical power along data transmission lines
- H04L25/0264—Arrangements for coupling to transmission lines
- H04L25/0266—Arrangements for providing Galvanic isolation, e.g. by means of magnetic or capacitive coupling
Definitions
- the invention relates to a circuit arrangement for the electrically isolated transmission of an analog input variable by means of a signal transmission part, with a voltage input and a voltage output, and in particular also for voltage adaptation between the voltage input and the voltage output of the circuit arrangement.
- an inductive signal transmission part e.g. B. how an AC transformer is constructed for the transmission of electrical energy, for the transmission of any analog control signal (i.e. also a DC voltage) in a simple manner without the supply of auxiliary energy on the input side.
- the inventive configuration of the circuit arrangement not only saves at least one signal conversion circuit, e.g. B. for an analog-to-digital conversion and vice versa, but also a galvanically isolated power supply for the conversion circuit.
- the input-side circuit part 2 preferably consists of two resistors R1, R2, a smoothing capacitor C1 and a diode D1.
- the smoothing capacitor C1 is arranged electrically between the electrical resistor R2 connected in parallel with it and the winding W1 or an inductance TR1 of the signal transmission part 6. Between the capacitor C1 and the winding W1 is the as Rectifying element D1 acting diode connected in the reverse direction with respect to the voltage input.
- a charging resistor R1 is connected upstream of the capacitor C1.
- the resistors R1 and R2 are connected in series and form a voltage divider.
- the output-side circuit part 3 preferably consists of a transistor as the switching element S1 and a semiconductor element with differential inputs, which is designed as a differential amplifier V1.
- the switching element S1 is connected to one of its switching ends 7 with a winding end 9 of the signal transmission part 6 and with its other switching end 8 to ground or 0 volts.
- the differential amplifier V1 is connected with its differential inputs at both control voltage output-side winding ends 9, 10 of the signal transmission part 6.
- the output of the differential amplifier V1 forms the voltage output 5 with the output voltage U3.
- the diode D1 prevents a current from flowing into the winding W1 due to the voltage U1, since it is switched in such a way that it assumes a blocking state during this charging process.
- the resistors R1, R2 form a matching circuit part with which an output voltage can be changed.
- the switching element S1 enables a scanning process.
- the value stored in the capacitor C1 is practically sampled by the switching element S1, preferably from the galvanically isolated side.
- the switching element S1 is closed at the time tO, which is entered in a time axis t in FIG. 2.
- the slope of the second ramp 16 depends on the level of the input voltage U1, as can be seen from equation (1) and equation (5).
- the voltage U1 is decisive in a time window.
- the time window T1 with a start of sampling (tO) and an end of sampling (t1) is necessary because it is in principle a signal sampling, the sampled value (U3) being available after time t1 similar to a sample and hold circuit stands (see Fig. 2).
- the Voltage U1 does not have to be a constant DC voltage, but, like any analog control signal, can also change.
- the sampling frequency with which the switching element is driven must be much higher in relation to the possible signal changes of the analog input signal.
- the sampling frequency can e.g. B. 1 Hz to 100 kHz.
- ⁇ Uc1 is calculated from:
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur galvanisch getrennten Übertragung einer analogen Eingangsgrösse mittels eines Signalübertragungsteils, mit einem Spannungseingang und einem Spannungsausgang, und insbesondere auch zur Spannungsanpassung zwischen dem Spannungseingang und dem Spannungsausgang der Schaltungsanordnung. Das Signalübertragungsteil ist als ein induktives Signalübertragungsteil (6) ausgebildet, und die Schaltungsanordnung ist mit einer ein Schaltelement (S1) aufweisenden Lade- und Entladeanordnung derart versehen, dass durch Betätigen des Schaltelementes (S1) ein einer Eingangsspannung (U1) proportionaler und durch das Signalüberstragungsteil (6) fliessender Lade- oder Entladestrom (i1, i2) auftritt und sich eine Ausgangspannung (U3) am Spannungsausgang einstellt.
Description
"Schaltungsanordnung zur galvanisch getrennten Signalübertragung"
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur galvanisch getrennten Übertragung einer analogen Eingangsgröße mittels eines Signalübertragungsteils, mit einem Spannungseingang und einem Spannungsausgang, und insbesondere auch zur Spannungsanpassung zwischen dem Spannungseingang und dem Spannungsausgang der Schaltungsanordnung.
Schaltungsanordnungen dieser Art werden im Industriebereich zur Übertragung von Steuersignalen in Geräten mit einem Analogsignalsteuereingang für 0 bis 10 Volt verwendet. Derartige Schaltungsanordnuηgen werden beispielsweise auch zur Sollwerteinstellung eines Reglers oder zur Bewertung einer Prozeßgröße in einem Regelkreis eingesetzt.
Wegen bestehender Sicherheitsnormen muss ein Steuersignal. galvanisch von einem Stromversorgungsnetz getrennt sein und im Sinne dieser Sicherheitsnormen berührbar sein. Einen derartigen Stromkreis bezeichnet man als SELV- oder PELV-Stromkreis.
Bekannt sind Schaltungsanordnungen, die diese Forderung dadurch erfüllen, dass das Analogsignai unter Zuführung einer Hilfsenergie derart umgewandelt wird, dass das Signal mit Hilfe von einfachen optoelektronischen Elementen, z. B. Optokoppler, übertragen und dadurch die galvanische Trennung erreicht werden kann. Hierfür ist teilweise eine relativ aufwändige Umsetzung des Analogsignals in ein pulsbreitenmoduiierf.es Rechtecksignal und umgekehrt erforderlich, weil einfache Optokoppler hur für digitale Signale geeignet sind. Derartige Lösungen sind ausserdem systembedingt im Bereich um 0 V bzw. 10 V Eingangsspannung nicht linear. Zwar sind
auch lineare Optokoppler, mit denen eine Analog-Digital-Umwandlung und umgekehrt entfällt, bekannt. Sie sind aber teuer und müssen in der Regel abgeglichen werden.
Ein anderes Problem stellen auch unterschiedliche Spannungsbereiche dar, die für verschiedene Baugruppen oder Schaltkreise erforderlich sind. Während z. B. für eine Sollwerteinstellung in einem Regelkreis ein 0 bis 10 Volt-Signal Industriestandard ist, benötigt ein Mikrokontroller einen Eingangsspannungsbereich von z. B. 0 bis 5 Volt. Diese Umwandlung muss möglichst fehlerfrei sein, d. h. die Signalübertragung muss mit größtmöglicher Linearität erfolgen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, die sehr linear ist und eine galvanische Signaltrennung in einfacher Weise ermöglicht.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Signalübertragungsteil als ein induktives Signalübertragungsteil ausgebildet ist und die Schaltungsanordnung mit einer ein Schaltelement aufweisenden Lade- und Entladeanordnung derart versehen ist, dass durch Betätigen des Schaltelementes ein einer Eingangsspannung proportionaler und durch das Signalübertragungsteil fließender Lade- oder Entladestrom auftritt und sich eine Ausgangsspannung am Spannungsausgang einstellt.
Vorteilhaft ist es,, wenn der im Signalubertragungsteil enthaltene induktive Energiespeicher mit einem Kern aus magnetisierbarem Material und einer ersten (primär, Windungsanzahl n1) und zweiten (sekundär, Windungsanzahl n2) Wicklung mit dem Übersetzungsverhältnis Ü=n1/n2 aufgebaut ist.
Durch die Erfindung ist es überhaupt möglich, ein induktives Signalübertragungsteil, das z. B. wie ein Wechselstrom-Übertrager zur Übertragung elektrischer Energie aufgebaut ist, zur Übertragung eines beliebigen analogen Steuersignals (d. h. auch einer Gleichspannung) auf einfache Weise ohne Zuführung von Hilfsenergie auf der Eingangsseite einzusetzen.
Bisher wurden Übertrager z. B. zur galvanisch getrennten Energieübertragung mit
sinusförmigen Strömen oder anderen periodischen Wechselströmen eingesetzt.
Eine Weiterentwicklung davon stellen getaktete Energieübertragungssysteme wie z. B. Schaltnetzteile dar. Die dabei auftretenden Nebeneffekte werden von der hier beschriebenen Erfindung genutzt.
Ströme und Spannungen am Übertrager hängen auch hier über das Übersetzungsverhältnis ü zusammen und sind primär wie auch sekundär bei Flussänderungen im Kern messbar. So kann z. B. bei gesperrtem Primärstromfluss und sekundärseitigem Entmagnetisierungsvorgang ein 'Abbild' der Sekundärspannung an der Primärwicklung gemessen werden.
Zur Erzeugung eines magnetischen Flusses im Kern ist der Übertrager im Signalübertragungsteil derart mit einem Schaltelement verschaltet, dass die Primärwicklung des Übertragers in Form einer zeitlich begrenzten Abtastung an Spannung gelegt wird, wodurch ein primärseitiger Stromfluss erzeugt werden kann. Dadurch wird eine Aufmagnetisierung des Kerns erreicht. Sofort nach Abschaltung des Schaltelements wird der- primärseitige Stromfluss unterbrochen, wodurch die Magnetisierung abgeschlossen ist, was zu einem Stromfluss (als Erhaltungsgröße am Übertrager) im Verhältnis ü in der, Sekundärwicklung führt, welcher dann die Entmagnetisierung des Kerns bewirkt. Die treibende Größe für den Entmagnetisierungsstrom ist die Ausgangsspannung des Übertragers, welche als 'reflektiertes' Abbild auf der Primärseite des Übertragers messbar ist.
Um den Entmagnetisierungsstromfluss zu realisieren, ist auf der Sekundärseite des Übertragers vorzugsweise ein Glättungskondensator angeschlossen, welcher erstens von der an dieser Seite eingespeisten Steuerspannung und zweitens von der über den Übertrager übertragenen Energie aufgeladen wird. Ein parallel geschalteter Entladewiderstand bewirkt eine kontinuierliche Entladung des Kondensators um den Betrag, um den er von der pro Abtastvorgang über den Kern übertragenen Energiemenge aufgeladen wurde. Damit wird ein immer weiteres Ansteigen der Spannung am Kondensator verhindert.
Gleichzeitig wird durch einen eingangsseitigen Widerstand, der eine Reihenschaltung mit dem Entladewiderstand bildet, ein dem induktiven Signalübertragungsteil vorgeschalteter Spannungsteiler gebildet. Durch Wahl gleicher Widerstände und durch ein Übersetzungsverhältnis des Übertragers von ü=1 wird eine Signalanpassung erreicht, die das 0-10V-Eingangssignal auf den 0-5V-Eingang • nachgeschalteter • Komponenten, wie z. B. eines Mikrokontrollers, reduziert. Diese Anpassung muss möglichst genau und möglichst linear erfolgen.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Schaltungsanordnung kann nicht nur mindestens eine Signaiwändlungsschaltung eingespart werden, z. B. für eine Analog- Digital-Umwandlung und umgekehrt, sondern auch eine galvanisch getrennte Stromversorgung für die Umwandlungsschaltung.
Das induktive Signalübertragungsteil ist zudem alterungsunabhängig, kostengünstig und benötigt wenig Platz, z. B. auf einer Leiterplatte.
Im Vergleich zu opotoelektronischen Lösungen ist die . erfindungsgemäße Schaltungsanordnung sehr linear und weist somit einen sehr geringen Übertragungsfehler auf.
Weitere Vorteile der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.
Die Erfindung sowie weitere Vorteile derselben werden an Hand eines Ausführungsbeispieles und der Zeichnung näher erläutert. Dabei werden gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
Es zeigt:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung,
Fig. 2 Strom- und Spannungszeitdiagramme,
Fig. 3 zum Vergleich eine erste bekannte Variante einer galvanischen
Entkopplung mit einem einfachen Optokoppler und
Fig. 4 ebenfalls zum Vergleich eine zweite bekannte Variante einer galvanischen Entkopplung mit einem linearen Optokoppler.
Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 1. Diese kann. im Industriebereich zur Steuerung von Geräten mit einem Analogsignal und mit einer Spannung JJ1 von 0 bis 10 Volt verwendet werden. Sie kann beispielsweise zur Sollwerteinstellung eines Reglers oder zur Bewertung einer Prozeßgröße in einem Regelkreis dienen, Insbesondere wird sie zur Drehzahlsteuerung eines kollektorlosen Gleichstrommotors eingesetzt, wobei ein 0 bis 10 Volt-Eingang vorhanden ist. Zudem erfolgt eine ausgangsseitige Spannungsanpassung auf 0 bis- 5 Volt (U3).
Die Schaltungsanordnung 1 weist einen Spannungseingang 4 und einen Spannungsausgang 5 auf und besteht aus zwei Schaltungsteilen 2 und 3, mit denen eine galvanische Trennung, eine lineare Übertragung einer analogen Steuergröße und insbesondere die Spannungsanpassung zwischen dem Spannungseingang U1 und dem Spannungsausgang U3 erreicht wird. Beide- Schaltungsteile 2 und 3 sind mit einem induktiven Signalübertragungsteil 6 so elektrisch verbunden, dass eine erste Wicklung W1 des Signalübertragungsteils 6 dem eingangsseitigen Schaltungsteil 2 und eine zweite Wicklung W2 des Signalübertragungsteils 6 dem ausgaήgsseitigen Schaltungsteil 3 zugeordnet sind.
Das Signalübertragungsteil 6 ist ein induktiver Energie-Speicher und besteht in bekannter Weise aus einem geschlossenen Kern aus magnetisierbarem Material, um die die zwei Wicklungen W1 , W2 angeordnet sind, wobei die Wicklungen W1 und W2 gegenläufig verlaufen bzw. die Schaltungsteile 2,3 entsprechend angeordnet sind, wie die diagonal versetzten Punkte an den Wicklungen W1 , W2 veranschaulichen.
Das eingangsseitige Schaltungsteil 2 besteht vorzugsweise aus zwei Widerständen R1 , R2, einem Glättungskondensator C1 und einer Diode D1. Der Glättungskondensator C1 ist dabei elektrisch zwischen dem ihm parallelgeschalteten elektrischen Widerstand R2 und der Wicklung W1 bzw. einer Induktivität TR1 des Signalübertragungsteils 6 angeordnet. Zwischen dem Kondensator C1 und der Wicklung W1 ist die als
Gleichrichtungselement D1 wirkende Diode in Sperrichtung bezüglich des Spannungseingangs verschaltet. Weiterhin ist dem Kondensator C1 ein Ladewiderstand R1 vorgeschaltet. Die Widerstände R1 und R2 sind in Reihe geschaltet und bilden einen Spannungsteiler. Der Ladewiderstand R1 liegt direkt am Eingang, so dass sich die Eingangsspannung U1 gemäß dem von den Widerständen R1 und R2 definierten Teiiungsverhältnis zwischen beiden Widerständen R1 , R2 aufteilt. Der Kondensator C1 ist Glättungselement, Lade- und Entladeelement zugleich.
Das ausgangsseitige Schaltungsteil 3 besteht vorzugsweise aus einem Transistor als Schaltelement S1 und einem Halbleiterelement mit Differenzeingängen, der als Differenzverstärker V1 ausgeführt ist. Das Schaltelement S1 ist mit einem seiner Schaltenden 7 mit einem Wicklungsende 9 des Signalübertragungsteils 6 und mit seinem anderen Schaltende 8 an Masse bzw. 0 Volt geschaltet. Der Differenzverstärker V1 ist mit seinen Differenzeingängen an beiden steuerspannungsausgangsseitigen Wicklungsenden 9, 10 des Signalübertragungsteils 6 verschaltet. Der Ausgang des Differenzverstärkers V1 bildet den Spannungsausgang 5 mit der Ausgangsspannung U3.
Die in Fig. 1 dargestellten Elemente sind erfindungsgemäß zu einer Lade- und Entladeanordnung geschaltet, die folgendermaßen funktioniert.
Am Steuerspannungseingang 4 liegt die Analogspannung U1 im Spannungsbereich 0 bis 10 Volt an. Der Kondensator C1 wird auf einen Spannungswert Uc1 aufgeladen und zwar gemäß der Formel
R2
Uc1 - -*U1
R1 +R2 (1)
Die Diode D1 verhindert dabei, dass auf Grund der Spannung U1 ein Strom in die Wicklung W1 fließt, da sie derart geschaltet ist, dass sie bei diesem Ladevorgang einen Sperrzustand einnimmt. Die Widerstände R1 , R2 bilden ein Anpassungsschaltungsteil, mit dem eine Ausgangsspannung verändert werden kann.
Das Schaltelement S1 ermöglicht einen Abtastvorgang. Durch das Schaltelement S1 wird praktisch der in dem Kondensator C1 gespeicherte Wert abgetastet, und zwar in bevorzugter Weise von der galvanisch getrennten Seite her.
Zu Beginn des Abtastvorgangs wird das Schaltelement S1 zum Zeitpunkt tO, welcher in Fig. 2 in einer Zeitachse t eingetragen ist, geschlossen.
Ein durch die zweite Wicklung W2 und das Schaltelement S1 zuerst (primär) fließender Strom i2 steigt bis zu einem Abschalten des Schaltelementes S1 an, und zwar nach der Beziehung:
-XX (2) dt Lprim
Dieser rampenförmige Stromanstieg von i2 ist in Fig. 2, in der obersten Kurve dargestellt (Rampe 15).
Üb ist hierbei die an der Induktivität Lprim der zweiten Wicklung W2 anliegende Spannung, die eine feste Versorgungsspannung einer nicht dargestellten ausgangsseitigen Stromversorgung ist.
Zum Zeitpunkt t1 , in dem das Schalteiement S1 wieder öffnet, ist eine Energiemenge in dem Kern des Signalübertragungsteils 6 gespeichert worden, wobei das Signalübertragungsteil 6 als induktiver Energiespeicher dient. Eine bestimmte Energiemenge wird daher praktisch in das Signalübertragungsteil 6 mit Hilfe des Schaltelementes S1 geladen.
Diese geladene Energiemenge beträgt:
•\ ■ H =— *Lprim(/2, max)2 (3)
Nach dem Öffnen. des. Schaltelementes S1 kann zwangsläufig kein primärer Strom i2 mehr durch die ausgangsseitige Wicklung W2 mit der primären Induktivität Lprim
fließen, so dass sich an der Seite der Wicklung W1 ein sekundärer Strom i1 einstellt, wie in dem zweiten Diagramm der Fig. 2 gezeigt ist. Dieser Effekt beruht darauf, dass der Strom durch die Induktivität die Erhaltungsgröße ist und somit von der Induktivität weitergetrieben wird.
Statt des Stromes i2 fließt also der Strom i1 in der Sekundärwicklung W2 bis zum Zeitpunkt t2 weiter, in dem der Kern des Signalübertragungteils 6 entmagnetisiert und der sekundäre Strom i1 auf den Wert Null abgeklungen ist.
Hierbei besteht die Beziehung:
11, max=ü * 12, max (4)
wobei ü das Übertragungsverhältnis zwischen beiden Wicklungen W1 und W2 bedeutet und H .max und i2,max die Ströme unmittelbar vor bzw. unmittelbar nach dem Öffnungszeitpunkt t1 bezeichnen.
Der rampenförmige Stromabfall (Rampe 16) nach dem Öffnungszeitpunkt t1 beträgt:
di1 Uc1 +Uf
(5) dt Lprim *ü
Uc1 ist die Spannung am Kondensator C1 und Uf ist die Spannung an der Diode D1 , die für diesen Strom H in. Durchlassrichtung geschaltet ist. Uf ist in bekannter Weise konstant, z.B. 0,7 Volt.
Die Steilheit der zweiten Rampe 16 ist abhängig von der Höhe der Eingangsspannung U1 , wie aus der Gleichung (l ) und der Gleichung (5) ersichtlich ist. Hierbei ist die Spannung U1 in einem Zeitfenster maßgebend. Das Zeitfenster T1 mit einem Abtastbeginn (tO) und einem Abtastende (t1 ) ist erforderlich, weil es sich im Prinzip um eine Signal-Abtastung handelt, wobei der abgetastete Wert (U3) nach dem Zeitpunkt t1 ähnlich wie bei einer Sample&Hold-Schaltung zur Verfügung steht (vgl. Fig. 2). Die
Spannung U1 muss keine konstante Gleichspannung sein, sondern kann sich, wie jedes analoge Steuersignal, auch ändern. Die Abtastfrequenz, mit der das Schaltelement angesteuert wird, muss im Verhältnis zu den möglichen Signaländerungen des analogen Eingangssignals viel höher sein. Die Abtastfrequenz kann z. B. 1 Hz bis 100 kHz betragen.
Ihr Wert muss aber vor allem an die Größe von C1 und R2 angepasst werden, da zeitgleich zu dem Stromabfall des Stromes i1 (Intervall T2 zwischen t1 und t2) die Spannung Uc über den Kondensator C1 um den Betrag ΔUc1 ansteigt. Bis zur folgenden, nächsten Abtastung muss der Kondensator C1 wieder über R2 um diesen Betrag entladen werden, da die am Spannungsausgang zu messende Spannung sonst verfälscht wird. Den Spannungsverlauf an C1 zeigt die dritte Kurve in Fig. 2.
ΔUc1 berechnet sich aus:
U2=ULprim+υb (7)
Wie Fig. 2, vierte Kurve, zeigt, ist damit U2 in diesem Zeitintervall T2 höher als Üb.
ULprim errechnet sich aus:
Aus den vorgenannten Gleichungen ergibt sich:
Wenn man die Induktivität Lprim so klein dimensioniert (bzw. C1 groß und R2 genügend
niederohmig wählt), dass die Spannungserhöhung ΔUc1 gegenüber der Spannung U1 vernachlässigbar klein ist (vgl. Gleichung 6), dann vereinfacht sich die vorangehende Gleichung 9 zu
Hiervon wird im Folgenden ausgegangen.
Durch den Differenzverstärker V1 ergibt sich im Zeitintervall T2 zwischen t1 und t2:
U3=U2-Ub (11)
Damit ergibt sich:
R2
U3=ü*{ *U1 +Uf) (12)
R1 +R2
Bei ü = 1 und R1 = R2 vereinfacht sich die Gleichung 12 zu:
1 U3=—*U1 +Uf (13)
Am Ausgang 5 des Differenzverstärkers V1 kann also die halbe und um die Spannung Uf verfälschte Eingangsspannung U1 gemessen werden. Da die Spannung Uf aber eine feste Größe ist, kann die Ausgangsspannung U3 um die bekannte Spannung Uf, z. B. 0,7 Volt, durch geeignete Mittel oder Verfahren korrigiert werden.
Wie sich nun ergibt, beträgt die korrigierte galvanisch entkoppelte Ausgangsspannung:
U3=- *U1 (14)
Somit ist durch die eriϊndungsgemäße Schaltungsanordnung zeitdiskret eine galvanisch getrennte Ausgangsspannung U3 von 0 bis 5 Volt bei einer Eingangsspannung U1 von
0 bis 10 Volt vorhanden,
Fig.3 zeigt zum Vergleich eine erste bekannte Variante einer galvanischen Entkopplung mit einem einfachen Optokoppler 31 (Stand der.Technik). Die Eingangsspannung muss zunächst durch einen PWM-Wandler 30 digitalisiert werden, weil der. Optokoppler 31 , bestehend aus einem Sender und einem Empfänger, nur digitale Signale übertragen kann. Ein integrierer 32 muss das Signal wieder analogisieren.
Fig. 4 zeigt ebenfalls zum Vergleich eine zweite bekannte Variante einer galvanischen Entkopplung mit einem linearen Optokoppler 41 mit Differenzverstärkern 40 und 42 (Stand der Technik).
In beiden Fällen (Fig. . 3, Fig. 4) ist eine zusätzliche- galvanisch getrennte Stromversorgung erforderlich.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfasst auch alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Ausführungen. Ferner ist die Erfindung bislang auch noch nicht auf die im anspruch 1 definierte Merkmalskombination beschränkt, sondern kann auch durch jede beliebige andere Kombination von bestimmten Merkmalen aller insgesamt offenbarten Einzelmerkmalen definiert sein. Dies bedeutet, dass grundsätzlich praktisch jedes Einzelmerkmal des Anspruchs 1 weggelassen bzw. durch mindestens ein an anderer Stelle der Anmeldung offenbartes Einzelmerkmal ersetzt werden kann. Insofern ist der Anspruch 1 lediglich als ein erster Formulierungsversuch für eine Erfindung zu verstehen.
Claims
1. Schaltungsanordnung zur galvanisch getrennten Übertragung einer analogen Eingangsgröße mittels eines Signalübertragungsteils, mit einem Spannungseingang und einem Spannungsausgahg, und insbesondere auch zur Spannungsanpassung zwischen dem Spannungseingang und dem Spannungsausgang der Schaltungsanordnung, dadurch gekennzeichnet, dass das Signalübertragungsteil als ein induktives Signalübertragungsteil (6) ausgebildet ist und die Schaltungsanordnung. mit einer ein Schaltelement (S1) aufweisenden Lade- und Entladeanordnung derart versehen ist, dass durch Betätigen des Schaltelemerites (S1) ein einer Eingangsspannung (U1) proportionaler und durch das Signalübertragungsteil (6) fließender Lade- oder Entladestrom (M, i2) auftritt und sich eine Ausgangsspannung (U3) am Spahnungsausgang einstellt.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch durch zwei von dem Signalübertragungsteil (6) galvanisch getrennte Schaltungsteile (2, 3).
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lade- und Entladeanordnung einen aus dem Signalübertragungsteil (6) gebildeten induktiven Energiespeicher mit einer ersten und zweiten Wicklung (W1, W2) - insbesondere mit einem Kern aus magnetisierbarem Material - aufweist, wobei zwischen dem Spannungsausgang und der zweiten Wicklung (W2) des Signalübertragungsteils (6) das Schaltelement (S1) derart verschaltet ist, dass durch das Schaltelement (S1) ein' Abtast-Schaltungsteil gebildet ist, welches eine galvanisch getrennte Abtastung einer Spannung (Uc1) ermöglicht.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (S1) mit einem seiner Schaltenden (7) mit einem Wicklungsende des Signalübertragungsteils (6) und mit seinem anderen Schaltende (8) an Masse bzw.0 Volt geschaltet ist.
5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Differenzverstärker (V1) mit seinen Differenzeingängen an ausgangsseitigen Wicklungsenden (9, 10) des Signalübertragungsteils (6) verschaltet ist, wobei der Ausgang des Differenzverstärkers (V1) den Spannungsausgang mit der Ausgangsspannung (U3) bildet.
6. Schaltungsanόrdhung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lade- und Entladeanordnung einen Glättungskondensator (C1) aufweist.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Glättungskondensator (C1) elektrisch zwischen einen ihm parallelgeschalteten elektrischen Widerstand (R2) und einer Wicklung (W1) an einer Wicklungsseite des Spannungseingangs des Signalübertragungsteils (6) verschaltet ist, wobei zwischen dem Glättungskondensator (C1 ) und der Wicklung (W1) ein Gleichrichtungselement (D1) - insbesondere eine Diode - derart geschaltet ist, dass dieser bei einem Ladevorgang einen Sperrzustand einnimmt und wobei dem Glättungskondensator (C1) ein Ladewiderstand (R1) vorgeschaltet ist.
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (S1) derart an einer ausgangsseitigen Wicklungsseite des Spannungsausgangs verschaltet ist, dass durch Ein- bzw. Ausschalten des Schaltelementes (S1) der Glättungskondensator (C1) geladen bzw. entladen wird.
9. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine durch wiederholtes Öffnen und Schließen des Sohaltelementes (S1) erreichte Abtastfrequenz derart bemessen ist, dass durch Entladung des Glättungskondensators (C1 ) eine an dem Glättungskondensator (C1 ) auftretende • Spannungserhöhung mittels des Widerstands (R2) möglich ist.
10. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, g e ke n n z e i c h n e t d u r c h einen zwischen dem Spannungseingang (4) und einer ersten Wicklung (W1 ) des induktiven Signalübertragungsteils (6) verbundenen Anpassungsschaltungsteil zur Anpassung einer Ausgangsspannung an eine Eingangsspannung.
11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Anpassungsschaltungsteil eine Reihenschaltung aus elektrischen Widerständen (R1, R2) aufweist, die zu einem Spannungsteiler geschaltet sind.
12. Schaltungsanordnung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungsteiler ein Teilungsverhältnis von etwa 1 :2 und das induktive Signalübertragungsteil ein Übersetzungsverhältnis (ü) von etwa ü = 1 aufweisen.
13. Schältungsanordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, gekennzeichnet durch eine Ausbildung eingangsseitig für einen Spannungsbereich von etwa 0 bis 10 Volt und ausgangsseitig für einen Spannungsbereich von etwa 0 bis 5 Volt, wobei zumindest in diesen Bereichen eine lineare Signalübertragung erfolgt.
4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das induktive Signalübertragungsteil (6) eine Primärwicklung und eine Sekundärwicklung aufweist, die um einen geschlossenen Magnetkern gewickelt sind.
15. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (S1) ein Hälbleiterschaltelement - vorzugsweise ein Transistor - ist.
16. Steuergerät mit einer Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
17. Regler mit einer Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
18. Regler nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch eine Ausbildung als Drehzahlregler eines Elektromotors - insbesondere eines kollektorlosen Gleichstrommotors.
19. Verfahren zur galvanisch getrennten Übertragung eines Spannungssignals von einer Eingangsseite zu einer Ausgangsseite, gekennzeichnet d urch eine induktive Abtastung eines geladenen Spannungssignals (Uc1) von der galvanisch getrennten Ausgangsseite her.
0. Verfahren nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch einen Einschaltvorgang eines Schaltelementes (S1), bei dem ein primärer Strom (i2) durch eine ausgangsseitige Wicklung (W2) eines induktiven Signalübertragungsteiles rampenförmig ansteigt, sowie einen Ausschaltvorgang des Schaltelementes (S1), bei dem der primäre Strom (i2) auf Null abfällt und anschließend ein sekundärer Strom in einer eingangsseitigen Wicklung (W1) rampenförmig abfallend fließt.
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