EP2179482A2 - Device for the operation of electronic circuits on a high-voltage potential - Google Patents

Device for the operation of electronic circuits on a high-voltage potential

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EP2179482A2
EP2179482A2 EP08773410A EP08773410A EP2179482A2 EP 2179482 A2 EP2179482 A2 EP 2179482A2 EP 08773410 A EP08773410 A EP 08773410A EP 08773410 A EP08773410 A EP 08773410A EP 2179482 A2 EP2179482 A2 EP 2179482A2
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electronic circuit
high voltage
voltage line
diode array
voltage
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Horst Schröder
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    • G08C19/02—Electric signal transmission systems in which the signal transmitted is magnitude of current or voltage
    • G—PHYSICS
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    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R15/00—Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
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    • G—PHYSICS
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    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/0092—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof measuring current only

Definitions

  • the present invention relates to a device for
  • an electrical / electronic circuit which usually has to be operated in the low-voltage range.
  • Such an electronic circuit can be arranged close to or directly on the high-voltage line and serve to detect electrical or non-electrical variables, test purposes and the like.
  • Such electronic circuits are usually operated with a supply voltage in the range of 2 to 15 V, which, however, can not readily be made available on the high-voltage line.
  • an apparatus for operating an electronic circuit at a high voltage potential.
  • the device includes a diode array disposed in a high voltage line such that a current flowing over the high voltage line flows through the diode array.
  • the electronic circuit is applied to the voltage drop across the diode array, and provides information determined at the high voltage line.
  • An evaluation unit is connected to the electronic circuit via a galvanically separated transmission device in order to receive the determined information.
  • One idea of the present invention is to arrange on a high voltage line a diode array, over which a nearly constant voltage drops when on the
  • High voltage line an electric current flows in a certain current range.
  • the voltage can be used to operate an electronic circuit which can be arranged directly on the high-voltage line, without this having to be galvanically separated.
  • the diode arrangement comprises a series circuit of one or more diodes, in particular zener diodes.
  • a capacitor can be connected in parallel with the diode arrangement.
  • the transmission device may comprise an optical waveguide or a radio link.
  • the electronic circuit may include a temperature sensing circuit connected to a temperature detector.
  • the evaluation unit may have a ground potential.
  • the single figure shows a block diagram of the device 1 for operating an electronic circuit 4 to high voltage potential according to the present invention.
  • the device 1 is arranged on a high voltage line 2.
  • the high voltage line 2 is designed to carry high voltage potentials, e.g. for voltages over 1000 volts, preferably for voltages around 100kV.
  • An electronic circuit 4 is understood in this description to mean any electrically operable device.
  • the high-voltage line 2 is provided with a diode arrangement 3, which is arranged in the high-voltage line 2. As soon as a small current flows on the high-voltage line 2, this also flows through the diode arrangement 3, so that via the diode array 3, a certain voltage, the diode voltage drops. The voltage is tapped via corresponding connection points in front of and behind the diode arrangement 3 and applied to an arranged on the high voltage line 2 electronic circuit 4 to operate them.
  • the diode array 3 can be formed for example of a diode chain with one or more conventional diodes, a series circuit of one or more zener diodes or the like.
  • the illustrated embodiment is a Zener diode.
  • the Zener diode is doing in the reverse direction in the high voltage line
  • a capacitor 5 may be provided in parallel to the diode array 3, which smoothes the voltage applied to the electronic circuit 4 voltage.
  • the electronic circuit 4 need not be galvanically isolated from the high voltage line 2, so that the circuit therein is substantially at or near the high voltage potential applied to the high voltage line 2. There then prevail in the electronic circuit 4 only voltage differences in the height of the diode array above
  • the electronic circuit 4 may be provided, for example, to provide operational quantities, e.g. to determine a temperature of an arranged on the high voltage line 2 arrangement by means of a temperature detector 7 or this itself or to measure the current flowing through the high voltage line 2 current. The electronic circuit 4 then provides the corresponding measured values. Alternatively, the electronic circuit 4 may also comprise a test circuit providing test values relating to the operation of arrangements arranged on the high voltage line 2.
  • the measured values or the test values are transmitted to an evaluation point 6, which is operated essentially in the area of the ground or ground potential.
  • the transmission takes place with the aid of a transmission device 8 so that the electronic circuit 4 and the evaluation point 5 are galvanically separated from each other.
  • Possible devices for transmitting the measured values or test values between the electronic circuit 4 and the evaluation point 5 can be realized, for example, with the aid of an optical waveguide or a radio transmission of the corresponding measured values or test value.

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Abstract

The invention relates to a device (1) for operating an electronic circuit on a high-voltage potential. Said device comprises a diode array (3) which is arranged in a high-voltage line (2) such that a current running through the high-voltage line flows through the diode array. The device further comprises the electronic circuit (4) to which a voltage is applied that drops over the diode array (3) and which supplies data determined at the high-voltage line (2), and an evaluation unit (6) which is connected to the electronic circuit (4) by means of an electrically isolated transmitter (8) in order to receive the determined data.

Description

Vorrichtung zum Betreiben elektronischer Schaltungen auf Device for operating electronic circuits
HochspannungspotenzialHigh voltage potential
Technisches GebietTechnical area
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zumThe present invention relates to a device for
Betreiben einer elektrischen/elektronischen Schaltung auf Hochspannungspotenzial .Operating an electrical / electronic circuit to high voltage potential.
Stand der TechnikState of the art
An Leitungen, an denen eine Hochspannung anliegt, ist es gelegentlich notwendig, eine elektrischen/elektronische Schaltung zu betreiben, die üblicherweise im Niederspannungsbe- reich betrieben werden muss. Eine solche elektronische Schaltung kann nahe oder unmittelbar an der Hochspannungsleitung angeordnet sein und dem Erfassen von elektrischen bzw. nicht elektrischen Größen, Prüfzwecken und dgl. dienen. Derartige elektronische Schaltungen werden üblicherweise mit einer Ver- sorgungsspannung im Bereich von 2 bis 15 V betrieben, die jedoch nicht ohne weiteres an der Hochspannungsleitung zur Verfügung gestellt werden kann.On lines where a high voltage is applied, it is sometimes necessary to operate an electrical / electronic circuit, which usually has to be operated in the low-voltage range. Such an electronic circuit can be arranged close to or directly on the high-voltage line and serve to detect electrical or non-electrical variables, test purposes and the like. Such electronic circuits are usually operated with a supply voltage in the range of 2 to 15 V, which, however, can not readily be made available on the high-voltage line.
Bisherige Ansätze generieren die Versorgungsspannung zum Betreiben der elektronischen Schaltung mittels einer separaten, galvanisch getrennten Spannungsversorgung, die vom Erdpotential versorgt wird. Dieser Ansatz ist teuer und aufwendig.Previous approaches generate the supply voltage for operating the electronic circuit by means of a separate, galvanically isolated power supply, which is supplied by the ground potential. This approach is expensive and expensive.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, die es ermöglicht, eine elektronische Schaltung mit elektrischer Energie zu betreiben, die über eine Hochspannungsleitung übertragen wird, ohne eine aufwendige zusätzliche Versorgungsspannung vom Erdpotential zum Hochspannungspotential zu führen.It is an object of the present invention to provide a device which makes it possible to operate an electronic circuit with electrical energy, which is transmitted via a high voltage line, without a consuming additional supply voltage from ground potential to high voltage potential to lead.
Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtung gemäß Anspruch 1 ge- löst.This object is achieved by the device according to claim 1.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.Further advantageous embodiments of the invention are specified in the dependent claims.
Gemäß einem Aspekt ist eine Vorrichtung zum Betreiben einer elektronischen Schaltung an einem Hochspannungspotential vorgesehen. Die Vorrichtung umfasst eine Diodenanordnung, die in einer Hochspannungsleitung angeordnet ist, so dass ein über die Hochspannungsleitung fließender Strom durch die Diodenan- Ordnung fließt. Weiterhin ist die elektronische Schaltung an die über der Diodenanordnung abfallenden Spannung angelegt, und stellt eine bei der Hochspannungsleitung ermittelte Information bereit. Eine Auswerteeinheit ist über eine galvanisch getrennte Übertragungseinrichtung mit der elektroni- sehen Schaltung verbunden, um die ermittelte Information zu empfangen.In one aspect, an apparatus for operating an electronic circuit is provided at a high voltage potential. The device includes a diode array disposed in a high voltage line such that a current flowing over the high voltage line flows through the diode array. Furthermore, the electronic circuit is applied to the voltage drop across the diode array, and provides information determined at the high voltage line. An evaluation unit is connected to the electronic circuit via a galvanically separated transmission device in order to receive the determined information.
Eine Idee der vorliegenden Erfindung besteht darin, an einer Hochspannungsleitung eine Diodenanordnung anzuordnen, über der eine nahezu konstante Spannung abfällt, wenn auf derOne idea of the present invention is to arrange on a high voltage line a diode array, over which a nearly constant voltage drops when on the
Hochspannungsleitung ein elektrischer Strom in einem bestimmten Strombereich fließt. Die Spannung kann dazu verwendet werden, eine elektronische Schaltung zu betreiben, die unmittelbar an der Hochspannungsleitung angeordnet sein kann, ohne dass diese davon galvanisch getrennt sein muss. Erst dieHigh voltage line an electric current flows in a certain current range. The voltage can be used to operate an electronic circuit which can be arranged directly on the high-voltage line, without this having to be galvanically separated. First the
Übermittlung z.B. von Messwerten, Prüfergebnissen und dgl. zu der davon getrennt ausgebildeten Auswerteeinheit erfolgt über eine Schnittstelle, die eine galvanische Trennung zwischen der elektronischen Schaltung und der Auswertestelle bewirkt. Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Diodenanordnung eine Reihenschaltung von einer oder mehreren Dioden, insbesondere Zener-Dioden.Transmission of, for example, measured values, test results and the like to the separately formed evaluation unit takes place via an interface which effects galvanic isolation between the electronic circuit and the evaluation point. According to one embodiment, the diode arrangement comprises a series circuit of one or more diodes, in particular zener diodes.
Weiterhin kann eine Kapazität parallel zur Diodenanordnung geschaltet sein.Furthermore, a capacitor can be connected in parallel with the diode arrangement.
Zur Realisierung einer galvanischen Trennung zwischen der Auswerteeinheit und der elektronischen Schaltung kann die Übertragungseinrichtung einen Lichtwellenleiter oder eine Funkstrecke umfassen.To realize a galvanic isolation between the evaluation unit and the electronic circuit, the transmission device may comprise an optical waveguide or a radio link.
Die elektronische Schaltung kann eine Temperaturerfassungsschaltung aufweisen, die mit einem Temperaturdetektor verbun- den ist.The electronic circuit may include a temperature sensing circuit connected to a temperature detector.
Weiterhin kann die Auswerteeinheit ein Massepotential aufweisen.Furthermore, the evaluation unit may have a ground potential.
Beschreibung von bevorzugten AusführungsformenDescription of preferred embodiments
Die einzige Figur zeigt eine Blockdarstellung der Vorrichtung 1 zum Betreiben einer elektronischen Schaltung 4 auf Hochspannungspotenzial gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Vor- richtung 1 ist an einer Hochspannungsleitung 2 angeordnet.The single figure shows a block diagram of the device 1 for operating an electronic circuit 4 to high voltage potential according to the present invention. The device 1 is arranged on a high voltage line 2.
Die Hochspannungsleitung 2 ist ausgelegt, Hochspannungspotenziale zu führen, wie z.B. für Spannungen über 1000 Volt, vorzugsweise für Spannungen bei ca. lOOkVolt. Unter einer elektronischen Schaltung 4 wird in dieser Beschreibung jedes elektrisch betreibbare Gerät verstanden.The high voltage line 2 is designed to carry high voltage potentials, e.g. for voltages over 1000 volts, preferably for voltages around 100kV. An electronic circuit 4 is understood in this description to mean any electrically operable device.
Dazu wird die Hochspannungsleitung 2 mit einer Diodenanordnung 3 versehen, die in die Hochspannungsleitung 2 angeordnet wird. Sobald ein geringer Strom auf der Hochspannungsleitung 2 fließt, fließt dieser somit auch durch die Diodenanordnung 3, so dass über die Diodenanordnung 3 eine bestimmte Spannung, die Diodenspannung, abfällt. Die Spannung wird über entsprechende Anschlusspunkte vor und hinter der Diodenanordnung 3 abgegriffen und an eine an der Hochspannungsleitung 2 angeordnete elektronische Schaltung 4 angelegt, um diese zu betreiben.For this purpose, the high-voltage line 2 is provided with a diode arrangement 3, which is arranged in the high-voltage line 2. As soon as a small current flows on the high-voltage line 2, this also flows through the diode arrangement 3, so that via the diode array 3, a certain voltage, the diode voltage drops. The voltage is tapped via corresponding connection points in front of and behind the diode arrangement 3 and applied to an arranged on the high voltage line 2 electronic circuit 4 to operate them.
Die Diodenanordnung 3 kann beispielsweise aus einer Diodenkette mit einer oder mehreren herkömmlichen Dioden, einer Reihenschaltung aus einer oder mehreren Zener-Dioden oder ähnlichem ausgebildet sein. Bei der dargestellten Ausführungsform handelt es sich um eine Zener-Diode. Die Zener- Diode wird dabei in Sperrrichtung in der HochspannungsleitungThe diode array 3 can be formed for example of a diode chain with one or more conventional diodes, a series circuit of one or more zener diodes or the like. The illustrated embodiment is a Zener diode. The Zener diode is doing in the reverse direction in the high voltage line
2 vorgesehen, so dass bei dem auf der Hochspannungsleitung 2 fließenden Stromfluss eine Zener-Spannung als Versorgungsspannung für die elektronische Schaltung 4 abfällt. Bei einem Stromfluss auf der Hochspannungsleitung 2 fließt der Strom auch durch die Diodenanordnung 3 und bewirkt über der Diodenanordnung 3 einen Spannungsabfall, der als Versorgungsspan- nung für die elektronische Schaltung 4 bereitgestellt wird.2, so that when the current flowing on the high voltage line 2 current flow, a Zener voltage drops as a supply voltage for the electronic circuit 4. During a current flow on the high-voltage line 2, the current also flows through the diode arrangement 3 and causes a voltage drop across the diode arrangement 3, which voltage is provided as the supply voltage for the electronic circuit 4.
Um Spannungsschwankungen an der elektronischen Schaltung 4 aufgrund von Schwankungen des Stroms auf der Hochspannungsleitung 2 zu puffern, kann parallel zu der Diodenanordnung 3 ein Kondensator 5 vorgesehen sein, der die an der elektronischen Schaltung 4 angelegte Spannung glättet. Die elektronische Schaltung 4 muss nicht galvanisch von der Hochspannungsleitung 2 getrennt sein, sodass die darin befindliche Schaltung sich im Wesentlichen auf oder nahe dem Hochspannungspo- tenzial befindet, das auf der Hochspannungsleitung 2 anliegt. Es herrschen dann in der elektronischen Schaltung 4 lediglich Spannungsdifferenzen in der Höhe der über der DiodenanordnungIn order to buffer voltage fluctuations on the electronic circuit 4 due to fluctuations of the current on the high voltage line 2, a capacitor 5 may be provided in parallel to the diode array 3, which smoothes the voltage applied to the electronic circuit 4 voltage. The electronic circuit 4 need not be galvanically isolated from the high voltage line 2, so that the circuit therein is substantially at or near the high voltage potential applied to the high voltage line 2. There then prevail in the electronic circuit 4 only voltage differences in the height of the diode array above
3 abfallenden Spannung vor. Eine galvanische Trennung muss in diesem Fall zwischen der elektronischen Schaltung 4 und dem Massepotential vorliegen. Dies ist in der Regel jedoch durch die galvanische Trennung zwischen der Hochspannungsleitung 2 und dem Massepotential gegeben.3 declining voltage before. In this case, a galvanic isolation must be between the electronic circuit 4 and the Ground potential present. However, this is usually given by the galvanic isolation between the high voltage line 2 and the ground potential.
Die elektronische Schaltung 4 kann beispielsweise vorgesehen sein, um Betriebsgrößen, wie z.B. eine Temperatur einer an der Hochspannungsleitung 2 angeordneten Anordnung mit Hilfe eines Temperaturdetektors 7 oder dieser selbst zu ermitteln oder den über die Hochspannungsleitung 2 fließenden Strom zu messen. Die elektronische Schaltung 4 stellt dann die entsprechenden Messwerte bereit. Alternativ kann die elektronische Schaltung 4 auch eine PrüfSchaltung umfassen, die Prüfwerte bezüglich des Betriebs von an der Hochspannungsleitung 2 angeordneten Anordnungen bereitstellt.The electronic circuit 4 may be provided, for example, to provide operational quantities, e.g. to determine a temperature of an arranged on the high voltage line 2 arrangement by means of a temperature detector 7 or this itself or to measure the current flowing through the high voltage line 2 current. The electronic circuit 4 then provides the corresponding measured values. Alternatively, the electronic circuit 4 may also comprise a test circuit providing test values relating to the operation of arrangements arranged on the high voltage line 2.
Die Messwerte bzw. die Prüfwerte werden an eine Auswertestelle 6 übertragen, die im Wesentlichen im Bereich des Masse- bzw. Erdpotenzials betrieben wird. Die Übertragung erfolgt mit Hilfe einer Übertragungsvorrichtung 8 so, dass die elektronische Schaltung 4 und die Auswertestelle 5 galvanisch voneinander getrennt sind.The measured values or the test values are transmitted to an evaluation point 6, which is operated essentially in the area of the ground or ground potential. The transmission takes place with the aid of a transmission device 8 so that the electronic circuit 4 and the evaluation point 5 are galvanically separated from each other.
Mögliche Vorrichtungen zum Übertragen der Messwerte bzw. Prüfwerte zwischen der elektronischen Schaltung 4 und der Auswertestelle 5 können beispielsweise mit Hilfe eines Lichtwellenleiters oder einer Funkübertragung der entsprechenden Messwerte bzw. Prüfwert realisiert werden. Possible devices for transmitting the measured values or test values between the electronic circuit 4 and the evaluation point 5 can be realized, for example, with the aid of an optical waveguide or a radio transmission of the corresponding measured values or test value.

Claims

Ansprüche claims
1. Vorrichtung (1) zum Betreiben einer elektronischen Schaltung an einem Hochspannungspotential; umfassend: - eine Diodenanordnung (3), die in einer Hochspannungsleitung (2) angeordnet ist, so dass ein über die Hochspannungsleitung (2) fließender Strom durch die Diodenanordnung (3) fließt; die elektronische Schaltung (4), an die eine über der Diodenanordnung (3) abfallenden Spannung angelegt ist, und die eine bei der Hochspannungsleitung (2) ermittelte Information bereitstellt; eine Auswerteeinheit (6), die über eine galvanisch getrennte Übertragungseinrichtung (8) mit der elektroni- sehen Schaltung (4) verbunden ist, um die ermittelte Information zu empfangen.A device (1) for operating an electronic circuit at a high voltage potential; comprising: a diode array (3) disposed in a high voltage line (2) such that a current flowing over the high voltage line (2) flows through the diode array (3); the electronic circuit (4) to which a voltage dropping across the diode array (3) is applied, and which provides information detected at the high voltage line (2); an evaluation unit (6), which is connected via a galvanically isolated transmission device (8) with the electronic circuit see (4) to receive the detected information.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Diodenanordnung (3) eine Reihenschaltung von einer oder mehreren Dioden, insbesondere Zener-Dioden, umfasst.2. Device according to claim 1, wherein the diode array (3) comprises a series connection of one or more diodes, in particular zener diodes.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Kapazität (5) parallel zur Diodenanordnung (3) geschaltet ist.3. Apparatus according to claim 1 or 2, wherein a capacitance (5) is connected in parallel with the diode array (3).
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Übertragungseinrichtung (8) einen Lichtwellenleiter oder eine Funkstrecke umfasst.4. Device according to one of claims 1 to 3, wherein the transmission device (8) comprises an optical waveguide or a radio link.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die elektronische Schaltung (4) eine Temperaturerfassungsschaltung aufweist, die mit einem Temperaturdetektor (7) verbunden ist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Auswerteeinheit (6) ein Massepotential aufweist. 5. Device according to one of claims 1 to 4, wherein the electronic circuit (4) comprises a temperature detection circuit which is connected to a temperature detector (7). Device according to one of claims 1 to 5, wherein the evaluation unit (6) has a ground potential.
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