DE1291780B

DE1291780B - Circuit arrangement for the delay-free transmission of electrical signals between different control circuits using the pulse modulation method

Info

Publication number: DE1291780B
Application number: DE1965L0051379
Authority: DE
Inventors: Wiesenewsky Karl-Heinz
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1965-08-13
Filing date: 1965-08-13
Publication date: 1969-04-03
Also published as: AT267651B; CH467561A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur verzögerungsfreien Übertragung elektrischer Signale nach dem Impulsmodulationsverfahren zwischen verschiedenen, zur Vermeidung von Störeinflüssen von einander galvanisch getrennten, vorzugsweise aus Halbleiterbauelementen aufgebauten Steuerkreisen mit einem für mehrere dieser Schaltungsanordnungen gemeinsamen Impulsgeber.The invention relates to a circuit arrangement for instantaneous Transmission of electrical signals according to the pulse modulation method between different, to avoid interfering influences galvanically separated from each other, preferably Control circuits made up of semiconductor components with one for several of these Circuit arrangements common pulse generator.

Bei der Übertragung elektrischer Signale muß in vielen Fällen damit gerechnet werden, daß auf den Übertragungsleitungen Störeinflüsse auftreten, welche die die Signale sendenden bzw. empfangenden Halbleiterbauelemente zerstören können. Zu den Störeinflüssen sind in der Hauptsache alle induktiven Beeinflussungen und Erdschlüsse zu rechnen, die auf die Übertragungsleitung wirksam werden können. Zum Schutz gegen derartige Störeinflüsse ist es bekannt, sogenannte Tiefpässe einzusetzen. Derartig geschützte Übertragungsleitungen arbeiten praktisch verzögerungslos. Sie haben jedoch den großen Nachteil, daß sie die Halbleiterbauelemente nur vor einem Teil der Störeinflüsse schützen.When transmitting electrical signals, it is necessary in many cases be expected that interference will occur on the transmission lines, which which can destroy the semiconductor components sending or receiving the signals. The main disturbances are all inductive influences and Earth faults that can affect the transmission line are to be expected. To the It is known to use so-called low-pass filters to protect against such interference. Transmission lines protected in this way work with practically no delay. she however, have the major disadvantage that they only have the semiconductor components in front of a Protect part of the interference.

Ein vollkommener Schutz wird durch galvanische Trennung der Halbleiterbauelemente von den die Störungen bringenden Übertragungsleitungen erzielt. Bei dieser Methode wird an der Sendestelle ein AusgangssignaPUmsetzrelais gesetzt und an der Empfangsstelle ein Eingangssignal-Umsetzrelais. Die Spule des Ausgangssignal-Umsetzrelais wird von den zu sendenden Binärsignalen gespeist, während die Kontakte des Eingangssignal-Umsetzrelais die empfängerseitigen Halbleiterbauelemente steuern. .Auf- der gefährdeten -Üuertragungsleitung kann mit einer frei wählbaren Spannung gearbeitet werden.. Dieses bewährte Verfahren arbeitet jedoch verhältnismäßig langsam, da sich die Schaltzeiten der beiden in Reihe liegenden Relais addieren.Complete protection is provided by galvanic separation of the semiconductor components achieved by the transmission lines causing the interference. With this method an output signal converter relay is set at the sending station and at the receiving station an input signal conversion relay. The coil of the output signal conversion relay becomes fed by the binary signals to be sent, while the contacts of the input signal conversion relay control the receiver-side semiconductor components. .On the endangered transmission line can be worked with a freely selectable voltage. This proven process works relatively slowly, however, because the switching times of the two in Add relays lying in series.

In verschiedenen Fällen, beispielsweise bei der Erfüllung von Netzschutzaufgaben, sind die erwähnten Schaltzeiten von großem Nachteil, wenn z. B. bei Mitnahmeschaltungen der mitzunehmende Schalter möglichst schnell ansprechen soll.In various cases, for example when fulfilling network protection tasks, the mentioned switching times are of great disadvantage if z. B. with drive circuits the switch to be carried should respond as quickly as possible.

In anderen Anwendungsfällen sind die mechanischen Kontakte unerwünscht, weil sie einer gewissen Wartung unterliegen, erschütterungsempfindlich sind oder in einer chemisch aggressiven Atmosphäre arbeiten müssen.In other applications the mechanical contacts are undesirable, because they are subject to a certain maintenance, are sensitive to vibrations or have to work in a chemically aggressive atmosphere.

Es ist bereits eine Einrichtung zum Übertragen von elektrischen Impulsen mittels Trägerfrequenz bekannt, bei der die Trägerfrequenz von logischen Elementen selbst erzeugt wird. Ferner ist ein fehlergeschütztes Und-Element mit mindestens einem aktiven Schaltelement bekannt, bei dem aus einem Eingangssignal die Versorgungsspannung für das aktive Schaltelement gewonnen wird und die verbleibenden Eingangssignale über die Steuerelektrode auf das Schaltelement einwirken. Schließlich ist noch eine Schaltung mit einem Übertrager zum Übertragen von elektrischen Impulsen bekannt, bei der ein Ruheoszillatorkreis mit einer Ausgangsbelastung, die aus t einem Transformator besteht, der eine auf die Frequenz des Ruheoszillators abgestimmte Primärwicklung aufweist, eine Betriebspotentialquelle zum Erregen des Oszillatorkreises, eine Sperre, die zwischen die genannte Potentialquelle und den genarm- t ten Ruheoszillatorkreis geschaltet ist, und eine Anschlußklemme, über die die genannten Impulse zur Sperre geleitet werden und diese für die Dauer eines jeden der genannten Impulse öffnen, ,wobei der genannte kuheoszifatorkreis erregt wird und für die Dauer der genannten Impule schwingt, vorgesehen sind.It is already a device for transmitting electrical impulses known by means of carrier frequency, at which the carrier frequency of logic elements is self-generated. Furthermore, there is an error-protected AND element with at least an active switching element known in which the supply voltage is derived from an input signal is obtained for the active switching element and the remaining input signals act on the switching element via the control electrode. Finally there is one more Circuit with a transformer for transmitting electrical pulses known, in the case of a quiescent oscillator circuit with an output load that comes from t a transformer consists, the one tuned to the frequency of the quiescent oscillator primary winding has, an operating potential source for exciting the oscillator circuit, a lock, that between the mentioned potential source and the indicated rest oscillator circuit is switched, and a terminal via which the said pulses to the lock are conducted and open them for the duration of each of the mentioned impulses, , wherein said cow oscillator circuit is excited and for the duration of said Impulse oscillates, are provided.

Der nachstehend beschriebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Übertragungseinrichtung aufzubauen, die die Vorteile der galvanischen Trennung beibehält, jedoch ohne mechanisch bewegte Teile aufgebaut ist und nahezu verzögerungslos arbeitet.The invention described below is based on the object to build a transmission system that takes advantage of galvanic isolation maintains, but is constructed without mechanically moving parts and almost instantaneously is working.

Erfindungsgemäß wird das Steuersignal in dem aussendenden Steuerkreis in einem Und-Glied mit einem von dem Impulsgeber kommenden Impulssignal verbunden und über einen nachgeschalteten Trenntransformator auf eine Übertragungsleitung übertragen und in den empfangenden Steuerkreis über einen weiteren Trenntransformator mit nachgeschaltetem Gleichrichter eingegeben.According to the invention, the control signal is in the transmitting control circuit connected in an AND element with a pulse signal coming from the pulse generator and via a downstream isolating transformer to a transmission line and transferred to the receiving control circuit via another isolating transformer entered with a downstream rectifier.

Nach einer weiteren Ausführung der Erfindung wird das Steuersignal in dem aussendenden Steuerkreis in einem Und-Glied mit einem von dem Impulsgeber kommenden Impulssignal verbunden und über einen Magnetverstärker mit einer Schirmwicklung auf eine Übertragungsleitung übertragen und in den empfangenden Steuerkreis über einen Trenntransformator mit nachgeschaltetem Gleichrichter eingegeben.According to a further embodiment of the invention, the control signal in the transmitting control circuit in an AND element with one of the pulse generator incoming pulse signal and connected via a magnetic amplifier with a shield winding on a transmission line and transferred to the receiving control circuit an isolating transformer with a downstream rectifier.

Nach der Erfindung wird also das zu übertragende Signal mit einem Impulssignal beispielsweise derartig verknüpft, daß eineRechtecksignalspannung entsteht, die von einem Transformator übertragen werden kann. Auf der Empfangsseite eines zweiten Steuerkreises wird diese Spannung wiederum einem Transformator zugeführt und anschließend gleichgerichtet, so daß das ursprüngliche Signal wieder zur Verfügung steht.According to the invention, the signal to be transmitted is with a Pulse signal linked, for example, in such a way that a square-wave signal voltage arises, which can be transmitted by a transformer. One on the receiving side second control circuit, this voltage is in turn fed to a transformer and then rectified, so that the original signal is available again stands.

Wird nun nach einem weiteren Merkmal zwischen dem mit einer Schirmwicklung zur Erfüllung seiner Trennerfunktion versehenen Transformator und der Übertragungsleitung auf der Sendeseite ein Magnetverstärker eingebaut, so kann das zu übertragende Signal auf ein höheres Leistungsniveau angehoben werden, und auf diese Weise kann das gleiche Signal an mehrere Steuerungen gleichzeitig abgegeben werden. Eine weitere Vereinfachung der erfindungsgemäßen Übertragungsanordnung kann. dadurch vorgenommen werden, daß die Trennerfunktion des Transformators von dem Magnetverstärker mit übernommen wird, und zwar auf der Sendeseite, indem der Steuereingang des Magnetverstärkers mit einer Schirmwicklung versehen wird. Damit kann der Trenntransformator auf der Sendeseite entfallen.Is now looking for a further feature between the one with a shield winding to fulfill its isolating function provided transformer and the transmission line A magnetic amplifier is installed on the transmitter side so that the signal to be transmitted can be raised to a higher level of performance, and in this way the same can be achieved Signal can be sent to several controls at the same time. Another simplification the transmission arrangement according to the invention can. be made in that the isolating function of the transformer is taken over by the magnetic amplifier, on the transmit side by connecting the control input of the magnetic amplifier with a Shield winding is provided. This allows the isolating transformer on the transmitting side omitted.

An Hand einer Zeichnung wird der Erfindungsgedanke näher erläutert. Die F i g.1 bis 3 enthalten hierzu Ausführungsbeispiele.The concept of the invention is explained in more detail with the aid of a drawing. FIGS. 1 to 3 contain exemplary embodiments for this purpose.

In F i g. 1 ist eine elektronische Steuerung mit Halbleiterbauelementen schematisch angedeutet und mit 1 bezeichnet, von der aus ein elektronisches Signal zu einer elektronischen Steuerung 3 übertragen werden soll.In Fig. 1 is an electronic controller with semiconductor components indicated schematically and denoted by 1, from which an electronic signal to be transmitted to an electronic controller 3.

Die das zu übertragende Signal liefernde Leitung 11 endet an einem Und-Glied 12. An den zweiten Eingang dieses Und-Gliedes ist die von einem nicht dargestellten Impulsgeber herkommende Leitung 13 angeschlossen. Solange die Signalleitung 11 ein 0-Signal führt, liegt auch ein 0-Signal am Ausgang 14 an, der mit einem Ende der Wicklung 15 des Trenntransformators 16 verbunden ist. Das andere Ende dieser Wicklung ist mit M, dem Bezugspotential, verbunden. Bei nicht durchgeschaltetem Und-Glied 12 liegt also die Wicklung 15 beiderseitig an 0-Signal.The line 11 delivering the signal to be transmitted ends at one AND element 12. At the second input of this AND element is that of one shown pulse generator coming line 13 connected. As long as the signal line 11 carries a 0 signal, there is also a 0 signal at output 14, which with one end the winding 15 of the isolating transformer 16 is connected. The other end of this Winding is with M, the reference potential, tied together. When not switched through And element 12 is the winding 15 on both sides at a 0 signal.

Erscheint auf der Signalleitung 11 ein Dauer-L-Signal, dann schaltet das Und-Glied 12 im Takt der auf der Leitung 13 anstehenden Impulse, beispielsweise mit Rechteckform, durch. Die Wicklung 15 liegt nun an einem zerhackten Gleichstrom, der auf die Wicklung 17 transformiert wird. An diese Wicklung ist die übertragungsleitung 10 zur Einrichtung 2 angeschlossen. Die Rückleitung kann entweder über Erde oder über die gestrichelt eingezeichnete Leitung 18 erfolgen.If a permanent L signal appears on the signal line 11, then it switches the AND element 12 in time with the pulses on line 13, for example with rectangular shape, through. The winding 15 is now on a chopped direct current, which is transformed to the winding 17. The transmission line is attached to this winding 10 connected to facility 2. The return line can either be via earth or take place via the line 18 shown in dashed lines.

Um das übertreten von Induktionen von der Leitung 10 auf die Leitung 14 und damit in die Elektronik der Steuerung 1 zu verhindern, ist der Transformator 16 mit einer Schirmwicklung 19 versehen, die zwischen den Wicklungen 15 und 17 angeordnet und mit dem M-Potential der Steuerung 1 verbunden ist.In order to prevent the transfer of inductions from the line 10 to the line 14 and thus into the electronics of the controller 1 , the transformer 16 is provided with a shield winding 19, which is arranged between the windings 15 and 17 and with the M potential of the controller 1 is connected.

In der Steuerung 2 endet die Leitung 10 an der Wicklung 21 des Trenntransformators 22. An die Sekundärwicklung 23 ist ein Gleichrichter 24 angeschlossen, in dem das mit der Frequenz der Impulsleitung 13 übertragene Signal gleichgerichtet und geglättet wird.In the controller 2, the line 10 ends at the winding 21 of the isolating transformer 22. A rectifier 24 is connected to the secondary winding 23, in which the with the frequency of the pulse line 13 transmitted signal rectified and smoothed will.

Danach wird auf der Leitung 25 ein dem Signal auf der Leitung 11 entsprechendes L-Signal in die Steuerung 2 weitergegeben. Der zweite Ausgang des Gleichrichters 24 wird mit dem M-Potential der Steuerung 2 verbunden. An dieses M-Potential wird auch die Schirmwicklung 26 des Transformators 22 angeschlossen, so daß auch in die Elektronik der Steuerung 2 keine Störeinflüsse gelangen können.A signal corresponding to the signal on line 11 is then transmitted on line 25 L signal passed on to controller 2. The second output of the rectifier 24 is connected to the M potential of the controller 2. At this M potential also the shield winding 26 of the transformer 22 is connected, so that in the Electronics of the control 2 no interference can get.

Bei dieser Art der Signalübertragung können mehrere verschiedene Steuerungen zusammenarbeiten, ohne daß die Impulsfrequenzen der einzelnen Steuerungen aufeinander abgestimmt, d. h. synchronisiert werden.Several different controls can be used with this type of signal transmission work together without the pulse frequencies of the individual controls on each other matched, d. H. be synchronized.

Da in den übertragungswegen keine mechanisch bewegten Teile vorhanden sind und die Trenntransformatoren praktisch verzögerungslos arbeiten, wird nach der Erfindung das Ziel erreicht, daß die miteinander verbundenen elektronischen Steuerungen galvanisch von den Übertragungsleitungen getrennt sind, die übertragung der Signale jedoch praktisch verzögerungslos erfolgt.Since there are no mechanically moving parts in the transmission paths are and the isolating transformers work practically without delay, is after the invention achieves the goal that the interconnected electronic Controls are galvanically separated from the transmission lines, the transmission the signals, however, are practically instantaneous.

Die Steuerleistung der Halbleiterverknüpfungselemente ist im allgemeinen sehr gering. Dadurch wird die Länge der übertragungsleitung 10 stark beschränkt. Aus diesem Grund ist es in vielen Fällen zweckmäßig, in die Leitung 14 einen elektronischen Verstärker einzubauen, so daß für die übertragungseinrichtungen eine höhere Leistung zur Verfügung steht.The control performance of the semiconductor devices is general very low. This severely limits the length of the transmission line 10. For this reason it is advisable in many cases to have an electronic in line 14 To build in amplifiers, so that a higher power for the transmission equipment is available.

Auch die Verstärkerleistung kann in bestimmten Fällen nicht ausreichen, bzw. der Aufwand für den elektronischen Verstärker kann unwirtschaftlich groß werden. Dies ist besonders dann der Fall, wenn ein Signal an mehrere verschiedene Steuerungen abgegeben werden soll. In diesen Fällen wird in Weiterführung des Erfindungsgedankens die Schaltung nach F i g. 2 angewendet, die aus der F i g. 1 abgeleitet ist. Soweit die gleichen Bezeichnungen wie in F i g.1 benutzt werden, handelt es sich um die gleichen Teile.The amplifier power may also not be sufficient in certain cases, or the expense for the electronic amplifier can be uneconomical. This is especially the case when a signal is sent to several different controllers should be delivered. In these cases, the concept of the invention is continued the circuit according to FIG. 2 applied, which from FIG. 1 is derived. So far the same designations are used as in FIG. 1, it is the equal parts.

Im Gegensatz zur F i g. 1 sind die Ausgänge 171, 172 der Wicklung 17 des Trenntransformators 16 nicht direkt mit der übertragungsleitung 10, sondern mit den Steuereingängen eines Magnetverstärkers 100 verbunden. Erst an die Ausgänge dieses Magnetverstärkers ist die übertragungsleitung 10 angeschlossen. Die Einrichtungen in der Steuerung 2 entsprechen genau denen der F i g. 1 und sind daher nicht näher dargestellt.In contrast to FIG. 1, the outputs 171, 172 of the winding 17 of the isolating transformer 16 are not connected directly to the transmission line 10, but to the control inputs of a magnetic amplifier 100. The transmission line 10 is only connected to the outputs of this magnetic amplifier. The devices in the controller 2 correspond exactly to those in FIG. 1 and are therefore not shown in more detail.

Der Vorteil des Magnetverstärkers gegenüber dem elektronischen Verstärker liegt in seiner größeren Wirtschaftlichkeit und in seiner größeren Robustheit. Außerdem stellt er nur sehr geringe Anforderungen an die Hilfsstromversorgung.The advantage of the magnetic amplifier over the electronic amplifier lies in its greater economic efficiency and greater robustness. aside from that it makes only very little demands on the auxiliary power supply.

Da im Magnetverstärker auch eine galvanische Trennung erfolgt, kann durch Hinzufügen einer Schirmwicklung die Funktion des Magnetverstärkers mit der des Trenntransformators verbunden werden. Diese Verbindung führt dann zu einer Anordnung nach F i g. 3, in der die Leitung 14 direkt an den Steuereingang des Magnetverstärkers mit Trenntransformatoreigenschaften 116 angeschlossen ist. Der übrige Aufbau entspricht dem der F i g. 1 und 2.Since there is also galvanic separation in the magnetic amplifier, by adding a shield winding the function of the magnetic amplifier with the of the isolating transformer. This connection then leads to an arrangement according to FIG. 3, in which the line 14 is directly connected to the control input of the magnetic amplifier with isolating transformer properties 116 is connected. The rest of the structure is the same that of the fig. 1 and 2.

Claims

Claims: 1. Circuit arrangement for delay-free transmission electrical signals according to the pulse modulation method between different, to avoid interference, they are galvanically separated from each other, preferably Control circuits made up of semiconductor components with one for several of these Circuit arrangements common pulse generator, characterized in that the Control signal in the transmitting control circuit in an AND element with one of the Pulse generator connected to incoming pulse signal and via a downstream isolating transformer on a transmission line and transferred to the receiving control circuit another isolating transformer with a downstream rectifier will.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that in place of the downstream isolating transformer is a magnetic amplifier with a shield winding is used.

3. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that that between the isolating transformer of the transmitting control circuit and the transmission line a magnetic amplifier is arranged, which the signal to be transmitted to a higher Performance level raises.

4. Circuit arrangement according to claims 1 and 3 or according to Claim 2, characterized in that the output signal of the AND element consists of square-wave pulses is composed.