CH626760A5 - Circuit arrangement for two-way DC-coupling of two electrical systems with different input or output voltages - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Schaltungseinrichtung zur bidirektionalen, gleichstrommässigen Koppelung zweier elektrischer Systeme unterschiedlicher Eingangs- bzw. Ausgangsspannung.

Integrierte Halbleitersysteme, z.B. Mikroprozessoren, werden im allgemeinen nur mit einer kleinen Betriebsspannung von etwa 5 bis 15 V betrieben. Dementsprechend gering ist auch die Spannung, die an den Ausgängen derartiger Systeme zur Verfügung steht. Wenn nun der Ausgang eines solchen Systems zugleich auch Eingang sein soll, also eine bidirektionale Funktion erfüllen muss, ergeben sich bei seiner Verbindung mit einem anderen System abweichender Spannung, beispielsweise einem System mit einer Betriebsspannung von etwa 60 V, besondere Probleme.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe bestand darin, eine möglichst einfach aufgebaute Schaltungseinrichtung zu schaffen, die an der Schnittstelle zweier elektrischer Systeme verschiedener Spannung so angeordnet werden kann, dass die Gleichspannungssignale in beiden Richtungen die Schnittstelle passieren können und dabei eine Umformung von der einen Betriebsspannung auf die jeweils andere Betriebsspannung stattfindet.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäss dadurch, dass zwei Gleichstromgabelschaltungen so gegeneinander geschaltet sind, dass der bidirektionale Zweig jeder Gabelschaltung mit den Ein-/Ausgang eines der beiden elektrischen Systeme verbunden ist, während der Ausgangszweig jeder Gabelschaltung mit dem Steuereingang eines steuerbaren Schaltgliedes verbunden ist, dessen Eingang mit einer Spannungsquelle und dessen Ausgang mit dem Eingangszweig der anderen Gabelschaltung verbunden ist, wobei die Nennspannung der Spannungsquellen jeweils der Ein-/Ausgangs-spannung des Systems entspricht, das mit dem Ausgang des betreffenden Schaltgliedes verbunden ist.

Gleichstromgabelschaltungen sind an sich bekannt. Sie weisen im allgemeinen einen Eingangszweig, einen Ausgangszweig und einen bidirektionalen Zweig auf und haben die Eigenschaft, dass ein dem Eingangszweig zugeführtes Signal nur durch den bidirektionalen Zweig, nicht aber durch den Ausgangszweig weitergeleitet wird, während ein dem bidirektionalen Zweig zugeleitetes Signal nur durch den Ausgangszweig, nicht aber durch den Eingangszweig weitergeleitet wird.

Die erfindungsgemässe Schaltungseinrichtung nutzt diese Eigenschaften der bekannten Gleichstromgabelschaltung aus, um mit möglichst geringem Schaltungsaufwand die eingangs genannte Aufgabe zu lösen.

Die praktische Verwirklichung der erfindungsgemässen Schaltungseinrichtung kann in verschiedener Weise unter Verwendung verschiedenartiger Schaltelemente erfolgen.

So können beispielsweise als steuerbare Schaltglieder Transistoren dienen. Wenn man die beiden, zu koppelnden elektrischen Systeme galvanisch voneinander getrennt halten will, hat es sich auch als vorteilhaft erwiesen, als steuerbare Schaltglieder Relais oder optoelektronische Koppler zu verwenden.

Es kann aber auch die Ankopplung des Ausgangszweiges jeder Gabelschaltung an den Steuereingang des ihm zugeordneten Schaltgliedes über einen optoelektronischen Koppler erfolgen.

Die Gleichstromgabelschaltungen können in an sich bekannter Weise so aufgebaut sein, dass der Eingangszweig jeder Gabelschaltung eine Diode enthält und der Ausgangszweig über ein vom Eingangszweig her ansteuerbares Schaltglied sperrbar ist.

Im folgenden werden anhand der beigefügten Figuren das Prinzip und einige Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Schaltungseinrichtung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt das Prinzip einer Schaltungseinrichtung zur bidirektionalen Koppelung zweier elektrischer Systeme.

Fig. 2 zeigt eine Verwirklichungsmöglichkeit des in Fig. 1 dargestellten Prinzips.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform einer Schaltungseinrichtung zur bidirektionalen Koppelung mit Transistoren.

Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform einer Schaltungseinrichtung analog Fig. 3 mit Relais.

Fig. 5 und 6 zeigen Ausführungsformen einer Schaltungseinrichtung analog Fig. 3 unter Verwendung von optoelektronischer Kopplern.

In Fig. 1 ist das Prinzip einer Schaltungseinrichtung zur bidirektionalen Koppelung eines elektrischen Systems I mit der Betriebsspannung UI mit einem anderen elektrischen System II mit der Betriebsspannung Uli dargestellt. Bei beiden Systemen I und II sei der Ausgang gleichzeitig Eingang. Die Koppelung zwischen beiden Systemen erfolgt durch zwei gegeneinander geschaltete Gleichstromgabelschaltungen al, bl, el bzw. a2, b2, e2, wobei die bidirektionalen Zweige bl und b2 jeweils mit dem Ein-/Ausgang eines der Systeme verbunden sind, während der eine Ausgangszweig al mit dem Steuereingang eines ansteuerbaren Schaltgliedes S2 und der Ausgangszweig al mit dem Steuereingang eines Schaltgliedes Sl verbunden ist. Der Eingang des Schaltgliedes S2 ist mit einer Spannungsquelle der Spannung Uli und der Eingang des Schaltgliedes Sl mit einer Spannungsquelle der Spannung UI verbunden. Der Ausgang des Schaltgliedes S2 ist mit dem Eingangszweig e2 der einen Gabelschaltung, der Ausgang des Schaltgliedes Sl mit dem Eingangszweig el der anderen Gabelschaltung verbunden. Ein

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vom System I ausgehendes Signal mit der Spannung UI läuft Die Schaltungseinrichtung nach Fig. 4 arbeitet mit Relais,

über bl und al zum Schaltglied S2 und löst dort ein Signal der Ein vom System I mit der Betriebsspannung 5 V ausgehendes

Spannung Uli aus, das über e2 und b2 zum System II läuft. Ein Signal läuft über ein Relais R2 und löst ein Signal von 60 V aus,

vom System II ausgehendes Signal mit der Spannung Uli läuft welches über die Diode D2 dem System II zugeführt wird, wäh-

über b2 und a2 zum Schaltglied Sl und löst dort ein Signal mit 5 rend gleichzeitig durch das Signal von 60 V über ein Relais R5

der Spannung UI aus, das über el und bl zum System 1 läuft. das Relais R1 kurzgeschlossen wird, so dass hier kein Signal

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, können als Schaltglieder bei- durchgegeben werden kann. Ein vom System II ausgehendes spielsweise Transistoren T1 und T2 dienen und es ist auf diese Signal mit einer Spannung von 60 V läuft über das Relais Rl,

Weise möglich, ein System I von z.B. 60 V Betriebsspannung durch das ein Signal bon 5 V über eine Diode Dl dem Eingang mit einem System II von z. B. 5 V Betriebsspannung bidirektio- io des Systems I zugeführt wird, während gleichzeitig über ein nal gleichstrommässig zu koppeln. Relais R4 das Relais R2 kurzgeschlossen wird.

In Fig. 3 ist eine Schaltungseinrichtung gemäss dem Prinzip Bei der Schaltungseinrichtung nach Fig. 5 wird ein vom nach den Fig. 1 und 2 ausführlicher dargestellt, das von zwei an System I mit einer Spannung von 5 V ausgehendes Signal sich bekannten Gleichstromgabelschaltungen Gebrauch einem optoelektronischen Koppler 01 zugeführt, der seinermacht. Bei einem Signal, das mit einer Spannung von beispiels- 15 seits einen Transistor T2 ansteuert, durch den ein Signal von weise 5 V vom System I ausgeht, wird die Spannung von 5 V an 60 V Spannung über die Diode D2 dem Eingang des Systems II die Basis des Transistors T3 gelegt, während die Diode D1 zugeführt wird, während gleichzeitig der Transistor T5 durch- . sperrt. Der Transistor T3 schaltet durch und damit wird auch schaltet und damit der optoelektronische Koppler 02 gesperrt der Transistor T2 durchgeschaltet. Dies hat zur Folge, dass ein wird. Ein vom System II ausgehendes Signal der Spannung 60 V Signal mit der Spannung 60 V über die Diode D2 dem Eingang 20 wird dem optoelektronischen Koppler 02 zugeführt, der den des Systems II zugeführt wird, während gleichzeitig 60 V an die Transistor T1 ansteuert, durch welchen ein Signal mit 5 V Span-Basis des Transistors T5 gelegt werden. Der Transistor T5 nung über die Diode Dl dem System I zugeführt wird, während schaltet durch und sperrt den Transistor T6 und damit auch den gleichzeitig der Transistor T4 durchschaltet und damit der Transistor T1. optoelektronische Koppler 01 gesperrt wird.

Bei einem Signal, das vom System II mit einer Spannung 25 von 60 V ausgeht, wird die Spannung von 60 V an die Basis des in Fig. 6 ist eine Variante der Ausführungsform der Schal-Transistors T6 gelegt, während die Diode D2 sperrt. Der Tran- tungseinrichtung nach Fig. 5 dargestellt. Bei dieser Ausfüh-sistor T6 schaltet durch und damit auch der Transistor Tl. Hier- rungsform kann auf die Transistoren T1 und T2 der Ausfüh-durch wird ein Signal von 5 V Spannung über die Diode Dl an rungsform nach Fig. 5 verzichtet werden. Anstelle des opto-den Eingang des Systems I gelegt, während gleichzeitig ein 30 elektronischen Kopplers 01 in Verbindung mit dem Transistor Signal an der Basis des Transistors T4 anliegt, der durchschal- T2 tritt bei dieser Ausführungsform ein optoelektronischer tet und damit die Transistor T3 und T2 sperrt. Koppler 04, der direkt dem Ausgangszweig al des Systems I Wählt man als Transistor T2 beispielsweise einen Lei- aus angesteuert wird. Anstelle des optoelektronischen Kopp-stungstransistor, so kann man die Schaltungseinrichtung an der iers 02 in Verbindung mit dem Transistor T1 tritt ein optoelek-Schnittstelle der beiden Systeme I und II zugleich als Leistungs- 35 tronischer Koppler 03, der direkt vom Ausgangszweig a2 des interface ausnützen, was besonders ökonomisch ist. Systems II aus angesteuert wird. In den übrigen Einzelheiten Sollen die beiden Systeme I und II galvanisch getrennt sein, entspricht der Aufbau der Schaltungseinrichtung nach Fig. 6 so werden vorteilhaft Schaltungseinrichtungen verwendet, wie dem Aufbau der Schaltungseinrichtung nach Fig. 5 und die Wirsie in den Fig. 4 und 5 dargestellt sind. kungsweise ist auch analog dieser Schaltungseinrichtung.

3 Blatt Zeichnungen

N.

Claims (6)

626760 PATENTANSPRÜCHE

1. Schaltungseinrichtung zur bidirektionalen gleichstrom-mässigen Koppelung zweier elektrischer Systeme unterschiedlicher Eingangs- bzw. Ausgangsspannung, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Gleichstromgabelschaltungen (al, bl, el bzw. a2, b2, e2) so gegeneinander geschaltet sind, dass der bidirektionale Zweig (bl, b2) jeder Gabelschaltung mit dem Ein-/ Ausgang eines der elektrischen Systeme (I, II) verbunden ist, während der Ausgangszweig (al, a2) jeder Gabelschaltung mit dem Steuereingang eines steuerbaren Schaltgliedes (Sl, S2;T1, T2; RI, R2) verbunden ist, dessen Eingang mit einer Spannungsquelle (UI, Uli) und dessen Ausgang mit dem Eingangszweig (el, e2) in der anderen Gabelschaltung verbunden ist, wobei die Nennspannung der Spannungsquellen (UI, Uli) jeweils der Ein-/Ausgangsspannung des Systems entspricht, das mit dem Ausgang des betreffenden Schaltgliedes (S 1, S2 ; TI, T2 ; RI, R2) verbunden ist.

2. Schaltungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als steuerbare Schaltglieder Transistoren (Tl, T2) dienen.

3. Schaltungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als steuerbare Schaltglieder Relais (RI, R2) dienen.

4. Schaltungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als steuerbare Schaltglieder optoelektronische Koppler (02,04) dienen.

5. Schaltungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankoppelung des Ausgangszweiges (al, a2) jeder Gabelschaltung an den Steuereingang des ihm zugeordneten Schaltgliedes (TI, T2) über einen optoelektronischen Koppler (01,02) erfolgt.

6. Schaltungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingangszweig (el, e2) jeder Gabelschaltung eine Diode (Dl, D2) enthält und der Ausgangszweig (al, a2) über ein vom Eingangszweig (el, e2) her ansteuerbares Schaltglied (T4,T5; R4, R4, R5) sperrbar ist.