DE2320229A1

DE2320229A1 - Schaltungsanordnung zur galvanisch getrennten proportionalen uebertragung einer gleichspannung hoher abbildungsgenauigkeit

Info

Publication number: DE2320229A1
Application number: DE19732320229
Authority: DE
Inventors: Detlef Kupka; Alfred Oberhuber
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-04-19
Filing date: 1973-04-19
Publication date: 1974-11-14
Also published as: DE2320229B2; DE2320229C3

Description

Schaltungsanordnung zur galvanisch getrennten proportionalen Übertragung einer Gleichspannung hoher Äbbildungsgenauigkeit Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur galvanisch getrennten proportionalen Übertragung einer Gleich spannung hoher Abbildungsgenaulgkeitzu Meßzwecken (Meßwertübertragung).
Es sind bereits Schaltungen bekannt, z.B.Gegentakt-Umrichter, Eint akt-Durchflußwandler , Sperrwandler, welche die Forderungen nach galvanischer Trennung erfüllen. Bei kleineren Spannungen wird die Abbildungsgenauigkeit jedoch sehr klein, da die Durchlaßspannungender Schalter und Dioden stark temperaturabhängig ist.
Unter der Bezeichnung "Transistor-Chopper" sind auch bereits Schaltungsanordnungen bekannt, die eine hohe Übertragungsgenauigkeit aufweisen, und eine Gleichspannung in proportionale, galvanisch nicht getrennte Wechselspannung übersetzen ("Schaltungen mit Halbleiterbauelementen" 1961, Siemens & Halske AG, Seiten 267 bis 269).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer galvanisch von der Eingangsgleichspannung getrennten proportionalen Gleichspannung hoher Abbildungsgenauigkeit anzugeben, bei der die Schaltfrequenz ohne Taktgeber und unabhängig von der Eingangsspannung konstant ist. Diese Aufgabe wird gemäß der -Erfindung dadurch gelöst, daß ein geregelter Sperrwandler mit einem Schalttransistor und einer Speicherdrossel mit zwei Sekundärwicklungen gleicher Windungszahl für einen Ausgangskreis und einen Meßkreis versehen ist, und daß der Ausgangskreis und der Meßkreis gleich aufgebaut und bemessen und mit jie einem konstanten Lastwiderstand abgeschlossen sind, und daß ferner die im Meßkreis gewonnene Meßspannung in einer Regelschaltung mit einer der Eingangsspannung proportionalen Referenzspannung vergleichen wird.
Regelabweichungen, die durch Spannungsabfälle auf der Verbraucherseite bei Laständerungen bedingt sind, können bei dieser Schaltungsanordnung nicht auStreten.
Das Übersetzungsverhältnis zwischen Eingangs- und Ausgangs-bzw. Meßspannung ist an keinen bestimmten Wert gebunden, beträgt jedoch vorzigsweise' 1:1, Die Sperrwandlerschaltung kann gemäß einer weiteren Ausgestaltung vereinfacht werden, wenn die teßspannungswicklung gleichzeitig als Rückkopplungswicklung für den Steuerkreis des Schalttransistors benutzt wird.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Die im Prinzip bekannte Sperrwandlerschaltung besteht im wesentlichen aus einem Schalttransistor TI, einer Speicherdrossel L1 mit einer Primärwicklung I, einer Rückkopplungswicklung II im Basisstromkreis des Schalttransistors und einer Sekundärwicklung III mit einer Diode D3, einem Glättungskondensator C3 und einem Verbraucherwiderstand R3.
Diese Grundschaltung wird mit einer Gleichspannung U1 gespeist. Ein Hauptmerkmal des Sperrwandlers besteht darin, daß die im leitenden Zustand des Schalttransistors Tl aufgenommene magnetische Energie durch entsprechende Polung der Diode D3 erst während der Sperrphase des Schalttransistors abgegeben wird. Eine Konstantstromschaltung mit dem Transistor T2 liefert den Basisstrom für den Einschaltvorgang des Schalttransistors.
Eine Besonderheit der Schaltung besteht darin, daß die Wicklung II des Übertragers, die eine Rückkopplungsspannung an die Steuerstrecke des Schalttransistors liefert, als Wicklung zur Erzeugung einer Meßspannung U2 ausgelegt ist. Die Windungszahlen der Wicklungen II und III sind gleich groß. Der Meßkreis mit einer Gleichrichterdiode D2, einem Kondensator C2 und einem Abschlußwiderstand R2 ist identisch mit dem Ausgangskreis D3, C3, R3 aufgebaut. Die einander entsprechenden Bauelemente sind gleich.
Ein Regelverstärker R, der als integrierter Operationsverstärker ausgebildet sein kann, ist eingangsseitig über einen Spannungsteiler R4 bis R6 an eine der Eingangsspannung U1 proportionale Spannung gleitende Referenzspannung und an die Meßspannung U2 angeschlossen. Sein Ausgang ist über den Widerstand R1 mit der Basis des Schalttransistors Tl verbunden. Die Wirkungsweise der Schaltung ist folgende. Der Schalttransistor T1 wird über die Konstantstromschaltung mit dem Transistor T2 angesteuert und schaltet ein. Die Eingangsspannung U1 liegt an der Wicklung I des tbertragers L1. Die in der Wicklung II induzierte Spannung treibt zusätzlich Basisstrom in den Schalttransistor 1 und der Kollektorstrom steigt wegen der konstanten Induktivität der Primärwicklung des Vbertragers linear an. Wenn die Stromverstärkung des Schalttransistors ein weiteres Ansteigen des Stromesvverhindert, nimmt der echalttransistor Spannung auf und schaltet aus. Die Polarität der Spannungen an den wicklungen II und III wird umgekehrt und die magnetische Energie wird sowohl über die Diode D2 an den Meßkreis mit dem Ladekondensator C2 als auch über die Diode D3 an den Ausgangskreis mit dem Ladekondensator C3 abgegeben.
Der integrierte Operationsverstärker R vergleicht nun die Spannung am Kondensator C2 mit der Referenzspannung (Bührungsgröße), die durch die Spannung an den Widerstanden R5 und R6 gebildet wird und sich mit der Eingangs spannung U1 proportional ändert. Wird die Spannung U2 am Kondensator C2 und damit die Ausgangsspannung bei einem Übersetzungsverhältnis 1:1 z.B. größer als die Eingangsspannung U1, so wird über den Operationsverstärker ein Teil des Basisstromes vom Schalttransistor T1 abgezo-gen. Die aufgenommene Energie wird kleiner und die Spannungen U2 und U3 werden entsprechend der Eingangsspannung ausgeregelt. Der Widerstand R3 kann durch einen Spannungsteiler ersetzt werden um die Ausgangsspannung U3 einem Regelkreis anzupassen.
Da die Last des Sperrwandlers konstant bleiben muß, darf z.3. ein am Ausgang angeschlossener Regelkreis nur einen gegenüber der Vorlast R3 hochohmigen Lastwiderstand darstellen. Die Schaltfrequenz der Sperrwandlers ist inkonstant.
3 Patentansprüche 1 Figur

Claims

Patenta pp~r che 1.Schaltungsanordnung zur galvanisch getrennten proportionalen Übertragung einer Gleichspannung hoher Abbildungsgenauigkeit zu Meßzwecken (Meßwertübertragung), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß ein geregelter Sperrwandler mit einem Schalttransistor und einer Speicherdrossel (L1) mit zwei Sekundärwicklungen (II, III) gleicher Windungszahl für einen Ausgangskreis und einen Meßkreis versehen ist, derart, daß der Ausgangskreis und der Meßkreis gleich aufgebaut und bemessen und- mit je einem konstanten Lastwiderstand abgeschlossen sind, und daß ferner die im Meßkreis gewonnene Meßspannung in einer Regelschaltung mit einer der Eingangsspannung proportionalen Referenzspannung verglichen wird.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Wicklung (II) für den Meßkreis zusätzlich als Rückkopplungswicklung verwendet ist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Übersetzungsverhältnis der Primärwicklung (I) zu beiden Sekundärwicklungen (II, III) vorzugsweise 1:1 beträgt.

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