191760. lajstromszámú szabadalom • Kapcsolási elrendezés egyenáramú villamos jelek galvanikus elválasztására impulzus üzemben működtetett optikai csatlakozóval
1 2 A találmány tárgya kapcsolási elrendezés egyenáramú villamos jelek galvanikus elválasztására impulzus üzemben működtetett optikai csatolóval, amellyel olyan egység alakítható ki, amely a bemenetén lévő villamos egyenfeszültségjel vagy áramjel hatására a kimenetén előállítja a bemenőjellel arányos, attól galvanikusan független egyenfeszültségű kimenőjelet. Általában alkalmazható a megoldás olyan helyeken, ahol a villamos mérő és jelfeldolgozó rendszer mérőköreinek és rendszer központi részének galvanikus elválasztására van szükség. Gyakori ismert megoldás, hogy egyenáramú villamos jelet impulzussorozattá alakítják, amely impulzussorozattal egy impulzustranszformátort hajtanak meg, amelynek szekunder oldalán egyenirányítás után megkapják a bemenőjelet. Ahhoz, hogy a jelátvitelt jó minőségben megvalósítsák, egy vagy két darab jó induktív jellemzőkkel és hőmérsékleti tulajdonsággal rendelkező impulzustranszformátor szükséges. Mivel az impulzustranszformátorok helyfoglalása és teljesítményigénye lényegesen nagyobb az integrált áramkörökkel és optikai csatolókkal megvalósított elválasztó áramköröknél, azonkívül a környezetükben lévő áramköröket erősebben zavarják, mint a félvezetős áramkörök, ezért ilyen módon többcsatornás galvanikus elválasztok megvalósítása a mai nagy integráltságú rendszerekben körülményes és sok helyet igényel. Célunk a találmánnyal az ismert megoldások hátrányainak kiküszöbölése. A találmány olyan áramköri megoldást biztosít, amely az áramkör bemenetén levő villamos egyenfeszültségjelből vagy áramjelből a kimenetén előállítja a bemenőjellel arányos, attól galvanikusan független kimenőjelet, úgy hogy a bemenőjelet egy műveleti áramkör időosztásos módon nagy pontossággal impulzussorozattá alakítja, amely impulzussorozat a galvanikus elválasztást végző optikai csatolót vezérli Az optikai csatoló szekunder oldalán levő impulzussorozatból egy kapcsolófokozat és egy integráló erősítőfokozat állítja elő a bemenőjellel arányos egyenfeszültségű kimenőjelet. A kimenőjel illesztését egy illesztő erősítő áramkör biztosítja. Előnyös, hogy az áramkör az előállított impulzussorozattal vezérli az optikai csatoló elemet és így a galvanikus elválasztást végző optikai csatoló elem pontossági átviteli jellemzőit az ídőjellemzők határozzák meg, és nem a nagyobb instabilitású folytonos jelátviteli jellemzők. Továbbá előnyös, hogy a műveleti áramkörök átviteli jellemzőit, mind a bemenőjel impulzussorozattá átalakításánál, mind az impulzussorozat kimenőjellé átalakításánál az ellenállások minősége határozza meg. A nagyobb instabilitású és szórású kapacitív elemeknek nincs hatása az átviteli jellemzőkre. A megoldással kevés alkatelemet tartalmazó, nagy pontosságú, időben stabil, kis zavarérzékenységű, kis teljesítményigényű, egyszerű áramköri felépítés érhető el, ami az alkalmazási költségkihatások, üzembiztonság szempontjából fontos tényező. A találmány szerinti gavanikus elválasztó áramkör bemenete egy ellenálláson keresztül egy ínvertáló erősítő bemenetéhez van kötve. Az invertáló, integráló erősítő kimenete egy Schmitt-trigger bemenetével van összekötve. A Schmitt-trigger kimenete egy tranzisztoros visszacsatoló kapcsoló fokozattal és egy tranzisztoros optocsatoló meghajtó fokozattal van összekötve. A tranzisztoros visszacsatoló kapcsoló ellenállásokon keresztül kapcsolja a referencia feszültséget az invertáló, integráló erősítő bemenetére. A tranzisztoros optikai csatoló meghajtó fokozat az optikai csatoló primer oldali bemeneti diódájához van kötve. Az optikai csatoló szekunder oldali kimenete össze van kötve egy tranzisztoros kapcsolóval, amely ellenállásokon keresztül kapcsolja a referencia feszültséget a nagy időállandójú kimeneti invertáló integráló erősítő bemenetére. A kimeneti invertáló integráló erősítő kirnende a galvanikus elválasztó áramkör egyenfeszültségű kimenetét képezi. Az áramkör előnyös kiviteli alakjánál a kimeneti invertáló integráló erősítő kimenete két ellenállásból és egy kondenzátorból álló szűrőtaggal van összekötve, amely szűrőtag kjmenete egy potenciométeren keresztül a referencia feszültségéhez van kötve. A potenciométerrel az áramkör kimenó'feszültségének nullázása végezhető el. A szűrő tag kimeneti pontjához kapcsolódik még egy nem Invertáló erősítő fokozat, amelynek beállító potendóméterével a kalibrált kimeneten a kívánt erősítés állítható be. A találmány tárgyát a továbbiakban kiviteli példa és rajz alapján ismertetjük részletesebben. A rajzon a találmány szerinti galvanikus elválasztó áramkör egy előnyös kiviteli alakja látható. A találmány szerinti galvanikus elválasztó áramkör UB bemenő feszültségű pontja R2 ellenálláson keresztül 1 invertáló erősítő bemenetéhez van kötve. Az 1 invertáló erősítő bemenete és kimenete Cl kondenzátoron keresztül össze van kötve és így egy invertáló integráló erősítőt képeznek. Az 1 invertáló erősítő kimenete R3 ellenálláson keresztül a 2 Schmitt-trigger bemenetével van összekötve. A 2 Schmitt-triggert az erősítő és a hozzákapcsolt R4, R5 ellenállások képezik. A 2 Schmitt-trigger kimenete az R8 ellenálláson keresztül vezérli inverz üzemmódban működő Ti tranzisztort, amely az R7 és R6 ellenállásokon keresztül a primer oldali referenciafeszültséget kapcsolja az 1 invertáló erősítő bemenetére. A TI tranzisztor az R6, R7 ellenállások képezik a tranzisztoros visszacsatoló kapcsoló fokozatot. A 2 Schmitt-trigger kimenetéhez R9 ellenálláson keresztül T2 tranzisztor van kötve, amely RIO ellenálláson keresztül a 3 optikai csatoló primer oldali diódájával van összekötve, A T2 tranzisztor R9 és RIO ellenállások képezik az optikai csatoló meghajtó áramkörét. Az optikai csatoló szekunder oldali kimenete össze van kötve R12 ellenálláson keresztül inverz üzemmódban működő T3 transztorral, amely az R13, R14 ellenállásokon keresztül a szekunder oldali referencia feszültséget kapcsolja a 4 invertáló erősítő bemenetéhez. A T3 tranzisztor valamint az R12, R13, R14 ellenállások képezik a kapcsoló fokozatot. A 4 invertáló erősítő bemenete és kimenete C2 kondenzátoron és RÍ 5 ellenálláson keresztül van összekötve és így egy nagy időállandójú invertáló integráló erősítőt képeznek. A 4 invertáló erősítő UK1 kimenete a galvanikus elválasztó áramkör egyenfeszültségű kimenetét képezi. Az áramkör előnyös kiviteli alakjánál a 4 invertáló erősítő kimenete az RÍ6, RÍ 7 ellenállásokból és C3 kondenzátorból kialakított szűrőtaggal van összekötve, amely szűrőtag UK2 kimenetéhez Pl potenciométeren keresztül a referenciafeszültségű pont van kötve. A Pl potenciométerrel az áramkör kimenő feszültségének nullázása végezhető el. A szűrőtag kí-191.760 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2
