DE2320229A1

DE2320229A1 - CIRCUIT ARRANGEMENT FOR GALVANICALLY ISOLATED PROPORTIONAL TRANSMISSION OF A DC VOLTAGE HIGH IMAGE ACCURACY

Info

Publication number: DE2320229A1
Application number: DE19732320229
Authority: DE
Inventors: Detlef Kupka; Alfred Oberhuber
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
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).Circuit arrangement for galvanically isolated proportional transmission a DC voltage of high imaging accuracy The invention relates to a circuit arrangement for electrically isolated proportional transmission of a DC voltage with high imaging accuracy for measuring purposes (measured value transmission).

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.Circuits are already known, e.g. push-pull converter, Eint akt flow converter, flyback converter, which meets the requirements for galvanic isolation fulfill. At lower voltages, however, the imaging accuracy is very low, because the forward voltage of the switches and diodes is strongly temperature dependent.

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).Circuit arrangements are already under the designation "transistor chopper" known, which have a high transmission accuracy, and a DC voltage Translate into proportional, galvanically not separated alternating voltage ("Circuits with semiconductor components "1961, Siemens & Halske AG, pages 267 to 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.The invention is based on the object of a circuit arrangement to generate a proportional voltage that is galvanically separated from the input DC voltage Specify DC voltage with high imaging accuracy at which the switching frequency is constant without a clock and independent of the input voltage. This task is achieved according to the invention in that a regulated flyback converter with a Switching transistor and a storage choke with two secondary windings of the same Number of turns for an output circuit and provided a measuring circuit is, and that the output circuit and the measuring circuit have the same structure and dimensions and are terminated with a constant load resistance, and that the im Measurement voltage obtained from the measuring circuit in a control circuit with one of the input voltage will compare proportional reference voltage.

Regelabweichungen, die durch Spannungsabfälle auf der Verbraucherseite bei Laständerungen bedingt sind, können bei dieser Schaltungsanordnung nicht auStreten.Control deviations caused by voltage drops on the consumer side are caused by load changes, can not occur with this circuit arrangement.

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.The transmission ratio between input and output or. Measuring voltage is not tied to a specific value, but is preferably '1: 1, the flyback converter circuit can be simplified according to a further embodiment, if the teßspannungswickung at the same time as a feedback winding for the control circuit of the switching transistor is used.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.Further details of the invention are based on one in the figure illustrated embodiment explained in more detail.

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.The flyback converter circuit, which is known in principle, essentially consists from a switching transistor TI, a storage choke L1 with a primary winding I, a feedback winding II in the base circuit of the switching transistor and a Secondary winding III with a diode D3, a smoothing capacitor C3 and a Consumer resistance 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.This basic circuit is fed with a direct voltage U1. A The main feature of the flyback converter is that the switching transistor is in the conductive state Tl absorbed magnetic energy only through appropriate polarity of the diode D3 during the blocking phase of the switching transistor is delivered. One Constant current circuit with transistor T2 supplies the base current for the switch-on process of the switching transistor.

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.A special feature of the circuit is that winding II of the transformer that sends a feedback voltage to the control path of the switching transistor supplies, is designed as a winding for generating a measurement voltage U2. The number of turns the windings II and III are the same size. The measuring circuit with a rectifier diode D2, a capacitor C2 and a terminating resistor R2 is identical to the output circuit D3, C3, R3 built. The corresponding components are the same.

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.A control amplifier R, which is designed as an integrated operational amplifier can be, is on the input side via a voltage divider R4 to R6 to one of the input voltage U1 proportional voltage sliding reference voltage and connected to the measuring voltage U2. Its output is connected to the base of the switching transistor Tl via the resistor R1. The operation of the circuit is as follows. The switching transistor T1 is over the constant current circuit is controlled with the transistor T2 and switches on. the Input voltage U1 is applied to winding I of transformer L1. The one in the coil II induced voltage also drives base current into switching transistor 1 and the collector current increases because of the constant inductance of the primary winding of the Transmitter linearly. When the current gain of the switching transistor is another Prevents the current from rising, the switching transistor picks up voltage and switches the end. The polarity of the voltages on the windings II and III is reversed and the magnetic energy is transmitted via the diode D2 to the measuring circuit with the charging capacitor C2 as well as via the diode D3 to the output circuit with the charging capacitor C3.

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.The integrated operational amplifier R now compares the voltage on capacitor C2 with the reference voltage (contact size), which is determined by the voltage is formed at the resistors R5 and R6 and is connected to the input voltage U1 proportionally changes. The voltage U2 on the capacitor C2 and thus the output voltage with a transmission ratio of 1: 1, e.g. greater than the input voltage U1, see above a part of the base current from the switching transistor is supplied via the operational amplifier T1 withdrawn. The absorbed energy becomes smaller and the voltages U2 and U3 are regulated according to the input voltage. The resistor R3 can through A voltage divider can be replaced by the output voltage U3 in a control circuit adapt.

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.Since the load of the flyback converter must remain constant, z.3. a The control circuit connected to the output only has a high resistance to the preload R3 Represent load resistance. The switching frequency of the flyback converter is inconsistent.

3 Patentansprüche 1 Figur3 claims 1 figure

Claims

Patented 1st circuit arrangement for galvanically isolated proportional transmission of a direct voltage with high imaging accuracy for measuring purposes (Transmission of measured values), that a regulated Flyback converter with a switching transistor and a storage choke (L1) with two Secondary windings (II, III) with the same number of turns for one output circuit and one Measuring circuit is provided in such a way that the output circuit and the measuring circuit have the same structure and measured and - each terminated with a constant load resistance, and that also the measurement voltage obtained in the measuring circuit in a control circuit with a the reference voltage proportional to the input voltage is compared.

2. Circuit arrangement according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the winding (II) for the measuring circuit is also used as a feedback winding is used.

3. Circuit arrangement according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the transformation ratio of the primary winding (I) to both Secondary windings (II, III) is preferably 1: 1.

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