DE3533278C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur potentialfreien Signalübertragung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und findet Anwendung bei der Übertragung von Betriebszuständen in der Antriebstechnik.

Eine solche Schaltungsanordnung zur potentialfreien Signalübertragung ist aus der DE-OS 29 49 075 bekannt. Dabei handelt es sich um eine Anordnung zur kontaktlosen Temperaturmessung an einem drehbaren Maschinenteil. Das drehbare Maschinenteil ist mit einem Meßwertumformer ausgerüstet, der mittels hochfrequenter, gleichgerichteter Impulse über einen Transformator mit Energie versorgt wird und eine temperaturabhängige Spannung in ein Impulssignal umformt. Eine auf dem feststehenden Maschinenteil befindliche Auswerteschaltung wandelt das Impulssignal in einen Temperatur-Istwert um. Es sind keine Maßnahmen zur Meldung von Störungen auf der Meßwertumformerseite vorgesehen.

Aus der DE-OS 28 46 583 ist eine Übertrageranordnung zur kontaktlosen Übertragung von Meßwerten bekannt, bei der ein Speisestrom über einen Transformator von einem feststehenden Maschinenteil auf ein drehbares Maschinenteil und umgekehrt ein Meßsignal vom drehbaren zu dem feststehenden Maschinenteil übertragen wird. Speisestrom und Meßsignal weisen unterschiedliche Frequenzen auf. Beiderseits des Transformators sind Anordnungen zur Entkopplung von Speisestrom und Meßsignal angeordnet. Das Meßsignal wird über einen Demodulator, einen Komparator und einen Frequenz/Spannungswandler ausgewertet. Es sind keine Maßnahmen zur Meldung einer Störung der Elektronik des drehbaren Maschinenteils vorgesehen.

Während früher zur potentialfreien Signalübertragung, also zur galvanischen Trennung von Schaltungen, Trans­ formatoren eingesetzt wurden, so übernimmt heute der Optokoppler in den meisten Anwendungsfällen die galvani­ sche Trennung. Er dient zur Pegelanpassung, zur Signal­ verarbeitung und ist oft auch die preisgünstigste Schal­ tungsvariante. Im Optokoppler wird die Kopplung zwischen Eingangs- und Ausgangsseite mit optischen Signalen be­ werkstelligt. Dabei benötigt man am Eingang einen Wand­ ler, der ein elektrisches in ein optisches Signal umwan­ delt. Dieses optische Signal benötigt einen Empfänger, der das Signal wieder in ein elektrisches Signal umwandelt. Beide, Sender und Empfänger, werden galvanisch getrennt in einem Gehäuse untergebracht, das sowohl für eine gute Isolation zwischen Eingang und Ausgang sorgt und andererseits diese Anordnung von der Umwelt abschirmt.

Grundlagen der optischen Kuppelelemente sind beispiels­ weise bekannt aus dem Buch: "Optoelektronik" von Jörg- Uwe Fischbach, expert-Verlag 1982, Band 16, Kontakt und Studium, Seite 101 bis 106.

Die Kopplung in einem Optokoppler erfolgt über Photonen und nicht über geladene Teilchen, so daß die elektrische Isolierung sicherer als bei Transformatoren ist, da Photonen im Gegensatz zu geladenen Teilchen von elektrischen und magnetischen Feldern nicht beeinflußt werden. Optokoppler übertragen Signale nur in einer Richtung, so daß Änderungen im Lastkreis das Eingangssignal nicht beeinflussen.

Nachteilig beim Einsatz von Optokopplern ist die hohe Koppelkapazität und eine empfindliche Reaktion auf hohe du/dt. Bei hohen Potentialsprüngen können so leicht Störspannungen entstehen, die größer als das Nutzsignal werden. Dies ist besonders in der Antriebstechnik nachteilig, weil hier mit Spannungssprüngen von 600 Volt zu rechnen ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur potentialfreien Signalübertragung der eingangs genannten Art anzugeben, die im Normalbetrieb eine Übertragung von Ansteuersignalen von einem Elektronikteil zu einer Leistungsendstufe und bei Auftreten von Störungen eine Übertragung von Rückmeldesignalen von der Leistungsendstufe zum Elektronikteil in zuverlässiger Weise gewährleistet, wobei eine Erkennung der Rückmeldesignale und eine Umsetzung in Rücksetzsignale für das Elektronikteil auf einfache Art erfolgen soll.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die mit der Erfindung verbundenen Vorteile bestehen insbesondere darin, daß auch bei stark schwankenden Potentialverhältnissen der als zweite Einheit eingesetzten Leistungsendstufe eine zuverlässige Signalübertragung stets gewährleistet ist. Durch die geringe Koppelkapazität des Übertragers ist die gesamte Anordnung sehr unempfindlich gegen die schnellen und hohen Spannungsschwankungen in der Leistungsendstufe (gleichgerichtetes 380-Volt-Netz für Leistungsstellantriebe).

Es wird zwar bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung bewußt ein in der Herstellung teurer Übertrager eingesetzt, doch weist dieser Übertrager eine sehr geringe Koppelkapazität von ca. 1 bis 2 pF auf. Der Übertragungstransformator wird zudem in vorteilhafter Weise doppelt ausgenutzt, weil er Signale in beiden Richtungen überträgt. Eine derartige Schaltungsanordnung wäre mit einem üblichen Optokoppler (Kopplungskapazität bis 60 pF) gar nicht möglich.

Der Übertragungstransformator leitet dabei eine Impulsspannung als Ansteuersignal aus dem als erste Einheit eingesetzten Elektronikteil auf eine Leistungsendstufe und überträgt bei einem Störungsfall in anderer Richtung ein Rückmeldesignal aus der Endstufe zu der Elektronik. Die zeitliche Reihenfolge von Ansteuersignal und Rückmeldesignal erfolgt dabei selbstverständlich nacheinander.

Durch die Einfügung eines Verstärkers in den Primärkreis des Transformators und die Auswertung der am Ein- und Ausgang des Verstärkers anstehenden Spannungen mittels Komparatoren sind Rückmeldesignale der Leistungsendstufe in einfacher Weise identifizierbar. Das vorgesehene Filter unterdrückt vorteilhaft Störspannungen, die durch Potentialsprünge in der Leistungsendstufe entstehen.

Durch die Rückübertragung eines Signals von dem Leistungsteil in den Steuerkreis über denselben Übertrager wird ein zusätzliches Übertragungsbauteil eingespart.

Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Anordnung sind aus der nachfolgenden Beschreibung ersichtlich.

Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert.

An einem Elektronikteil 1 anstehende Steuerimpulse werden über einen Transformator 2 auf eine Leistungsendstufe 3 übertragen. Ein Rückmeldesignal aus der Leistungsendstufe 3 beeinflußt über einen Schalter 4 den Transformator 2. Diese Beeinflussung des Transformators wird über eine Auswerteschaltung mit zwei parallelen Komparatoren 5 und 6, sowie einem nachgeschalteten Verknüpfungsglied 7 und einem Filter 8 ausgewertet, so daß ein störungsfreies Rücksetzsignal das Elektronikteil 1 abschalten kann.

An das Elektronikteil 1 ist die Reihenschaltung eines Verstärkers 9 und der Primärwicklung des Transformators 2 angelegt. Der Verstärker 9 liefert die erforderliche Energie für die Übertragung der rechteckförmigen Steuerimpulse aus dem Elektronikteil. Parallel zu der Sekundärwicklung des Transformators 2 ist der Schalter 4 angeordnet. Der Transformator 2 oder Signalübertrager überträgt die Steuerimpulse aus dem Elektronikteil direkt auf die Leistungsendstufe 3. Wenn also eine Taktung aus dem Elektronikteil ansteht, wird die Endstufe angesteuert. Ein Rückmeldesignal aus der Leistungsendstufe 3 (Strom zu hoch, Leitungsunterbrechung, Kurzschluß usw.) wird als Störgröße auf den Schalter 4 geführt. Dieser Schalter 4 ist in der Praxis vorwiegend ein elektronisches Bauteil (Feldeffekttransistor oder dergl.) und schaltet die Sekundärwicklung des Transformators kurz.

Dieses Signal der kurzgeschlossenen Sekundärwicklung wird auf die Primärwicklung übertragen. Es fließt durch die Primärwicklung ein sehr hoher Strom, so daß der Ver­ stärker 9 in die Strombegrenzung geht und die Spannung am Ausgang des Verstärkers 9 zusammenbricht. Dieser Spannungsausfall wird durch die beiden Komparatoren 5 und 6 erfaßt und ausgewertet. Am Ausgang der Komparato­ ren entstehen so 0- oder 1-Signale, die auf das nachge­ schaltete logische Verknüpfungsglied 7 (UND-Gatter) geführt werden.

Ein nachgeschaltetes digitales Filter 8 (Schieberegi­ ster) säubert die anstehenden Signale von eventuellen Störgrößen, die beispielsweise von der Leistungsendstufe 3 durch kurzfristige Potentialsprünge entstehen können. Dieses Potentialspringen wirkt wie ein Kurzschluß und wird durch den Transformator auch auf die primärseitige Elektronik übertragen.

Die am Ausgang des digitalen Filters 8 anstehenden Rück­ setzsignale sind von Störungen befreit und bestehen aus Impulsen kostanter Länge, so daß sie zur Steuerung bzw. Beeinflußung des Elektronikteils 1 einsetzbar sind.

Claims (3)

1. Schaltungsanordnung zur potentialfreien Signalübertragung zwischen zwei elektronischen Einheiten mittels eines Transformators, wobei der Sekundärwicklung des Transformators ein durch Rückmeldesignale der zweiten Einheit ansteuerbarer, die Sekundärwicklung kurzschließender Schalter parallel liegt, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Verstärker (9) in Reihe zwischen der ersten Einheit (1) und der Primärwicklung des Transformators (2) geschaltet ist und
daß zur Auswertung der Rückmeldesignale der zweiten Einheit (3) jeweils Komparatoren (5, 6) an den Ein- und Ausgang des Verstärkers (9) geschaltet sind, die ein Verknüpfungsglied (7) ansteuern und über ein dem Verknüpfungsglied (7) nachgeschaltetes Filter (8) Rücksetzsignale für die erste Einheit (1) bilden.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Schalter (4) ein Feldeffekttransistor einsetzbar ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das nachgeschaltete Filter (8) ein digitales Filter ist, in welchem ein Schieberegister Anwendung findet.