DE29701164U1 - E-Feld Koppler zur galvanisch getrennten Übertragung von elektrischen Spannungen - Google Patents

Description

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Beschreibung

E-FeId Koppler zur galvanisch getrennten Übertragung von elektr. Spannungen

Diese Erfindung gehört zum Fachgebiet Elektronik.

Elektronische Koppler üblicher Bauart werden als Optokoppler gebaut. Dabei wird eine Lichtquelle, z.B. eine Leuchtdiode, von Strom durchflossen und im Rhythmus der Stromänderungen wird das entstehende Licht über eine kurze Strecke auf einen Lichtempfänger, z.B. Fotodiode, übertragen. Dort entstehen dann wieder entsprechende Stromänderungen.

Eine andere Variante arbeitet nach dem induktiven Prinzip. Dabei fließt der Eingangsstrom durch eine Spule mit Eisenkern, in dem ein entsprechendes Magnetfeld entsteht, das dann auf die Ausgangswicklung wechselwirkt und dort einen entsprechenden Strom fließen läßt. Dieser Koppler funktioniert nur bei Wechselstrom.
Bei beiden Varianten steht die Übertragung in keinem proportionalen Verhältnis, weshalb analoge Spannungssignale nur durch erhöhten Aufwand übertragbar sind. [Quelle (neben eigener Erfahrung): Vogel Fachbuch Elektronik 6, W. Schmusch, Elektronische Meßtechnik, 3. erweiterte Auflage 1993, Würzburg, ISBN 3-8023-1494-8, Seite 3381]

Der im Schutzanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen elektronischen Koppler zu schaffen, der elektrische Spannungen von den Eingangszu den Ausgangselektroden galvanisch getrennt überträgt. Dabei wird eine proportionale Übertragungscharakteristik für analoge und digitale Spannungssignaie, preiswerte und umweltverträgiiche Produktion und nur ein geringer peripherer Aufwand gefordert. Außerdem soll die Erfindung einen geringen Energiebedarf aufweisen.
Dieses Problem wird mit Hilfe der Schutzansprüche 1 und 2 unter Ausnutzung der Koppelwirkung des elektrischen Feldes gelöst.

An Hand der Figuren 1 und 2 soll dies an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die Figur 1 zeigt den Aufbau eines zweidimensionaien E-FeId Koppiers. Auf dem elektrisch nicht leitenden Träger 5 sind die Elektroden 2 und 3 sowie deren Anschlüsse 1 und 4 fest verbunden (z.B. geklebt oder aufgedampft). Die Eingangselek-

troden 2 verlaufen zunächst im Bereich 2.1 dicht beieinander; danach vergrößert sich der Abstand im Bereich 2.2. Zwischen den Eingangselektroden 2 im Bereich 2.2 befinden sich die Ausgangselektroden 3. Figur 2 zeigt den elektrischen Feldlinienverlauf 6 des E-FeId Kopplers. An die Eingangselektrodenanschlüsse 1 wird die zu übertragende Spannung angelegt. Dabei baut sich ein elektrisches Feld 6 auf. Im Bereich 2.1 ist die elektrische Feldstärke wegen dem geringeren Abstand größer, als im Bereich 2.2. Deshalb erfolgt im ungünstigsten Schadensfalle ein Durchschlag im Bereich 2.1 wodurch der Bereich 2.2 geschützt bleibt, und damit auch die Ausgangselektroden 3. Die elektrischen Feldlinien 6 im Bereich 2.2 durchsetzen auch die Ausgangselektroden 3, wodurch an diesen eine elektrische Spannung abgegriffen und elektronisch verstärkt werden kann. Die Ausgangsspannung an den Ausgangsanschlüssen 4 verläuft proportional zur Eingangsspannung an den Eingangsanschlüssen 1.
Sehr einfach läßt sich dieser E-FeId Koppler auf einer kupferkaschierten Leiterkarte herstellen.

Ein weiteres Ausführungsbeispiei gemäß Schutzanspruch 2 ist die dreidimensionale Form. Nach Figur 3 besteht der dreidimensionale E-FeId Koppler aus abwechselnden Lagen Metall und Kunststoff als (isolierendes) Dielektrikum 8. Dabei sollte ein spannungsabhängiges Bauteil 7 mit den Eingangsanschlüssen 1 verbunden werden, um, in Bezug auf die Ausgangselektroden 3, einen gewissen Durchschlagsfestigkeitsschutz zu erhalten.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel zeigen die Figuren 4 und 5. Hierbei ist die eine Eingangselektrode 2 zylinderförmig und die andere zentral liegende Eingangselektrode 2 stabförmig ausgebildet. Der Durchschlagschutz wird hier durch den geringeren Abstand der Eingangselektroden 2 im Eingangsbereich 9 erreicht.
Ein erhöhter Durchschlagschutz läßt sich auch nach Schutzanspruch 1 durch ein Dielektrikum 8 mit kleinerer Durchschlagsspannung im Eingangsbereich 9, als im restlichen Bereich erreichen. Die beiden Ausgangselektroden 3 sind nun konzentrisch um die zentral liegende stabförmige Eingangselektrocle 2 zwischen den Eingangselektroden 2 angeordnet. Zwischen den Elektroden befindet sich nun ein Dielektrikum 8.

Mit der Erfindung wird erreicht, daß sowohl analoge, als auch digitale Spannungssignale mit einer proportionalen Übertragungscharakteristik zwischen Eingangs- und Ausgangseiektroden übertragen werden können, wobei die Spannungsfestigkeit zwi-

sehen Eingang und Ausgang nahezu frei wählbar ist. Dieser E-FeId Koppler läßt sich preiswert und umweltfreundlich herstellen. Für den praktischen Einsatz ist nur eine geringe Peripherie und ein geringer Energieeinsatz nötig. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Schutzanspruch 2 angegeben. Durch den zwei- oder dreidimensionalen Aufbau lassen sich nach Bedarf und den jeweiligen Anforderungen problemspezifische E-FeId Koppler realisieren. Auch im Bereich der Mikrosystemtechnik läßt sich diese Entwicklung integrieren.

Claims (2)

1. Schutzansprüche

   1, E-FeId Koppler zur galvanisch getrennten Übertragung von elektrischen Spannungen zwischen Eingangs- (2) und Ausgangselektroden (3) unter Ausnutzung der Koppelwirkung des elektrischen Feldes, wobei

   die Ausgangselektroden (3) innerhalb der Eingangselektroden (2) liegen, die Eingangselektroden (2), bevor sie die Ausgangselektroden (3) umschließen,

   * einen kleineren Abstand (Bereich 2.1) zueinander haben, ais im Bereich der Ausgangselektroden (2.2),

   * oder ein Dielektrikum (8) mit einer kleineren Durchschlagsspannung (Bereich 9) besitzen, als im Bereich der Ausgangselektroden,

   * oder mit einem spannungsabhängigen Bauteil (7) vorgeschaltet sind,

   so daß kein Durchschlag im Bereich der Ausgangselektroden (3), von der Eingangsspannung herrührend, erfolgen kann.
2. 2. E-FeId Koppler nach Schutzanspruch 1,

   der zweidimensional (z.B. nach Fig. 1 und 2) gefertigt werden kann, oder der dreidimensional (z.B. nach Fig. 3, 4 und 5) gefertigt werden kann.