PL225189B1

PL225189B1 - Matching circuit of a measuring signal from the bipolar current transformer / voltage using the Hall effect for the unipolar analog-to-digital converters

Info

Publication number: PL225189B1
Application number: PL402799A
Authority: PL
Inventors: Łukasz Rosłaniec; Mariusz Kłos
Original assignee: Politechnika Warszawska
Priority date: 2013-02-15
Filing date: 2013-02-15
Publication date: 2017-02-28
Also published as: PL402799A1

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest układ dopasowujący sygnał pomiarowy z bipolarnego przekładnika elektronicznego prądowego/napięciowego wykorzystującego efekt Halla do unipolarnych przetworników analogowo-cyfrowych, zwłaszcza przekładnika pracującego w trybie kompensacji pola magnetycznego, stosowany w układach pomiarowych.The subject of the invention is a system for matching the measurement signal from a bipolar current / voltage electronic transformer using the Hall effect to unipolar analog-to-digital converters, in particular a transformer operating in the magnetic field compensation mode, used in measuring systems.

Znany układ dopasowujący, przedstawiony na dołączonym rysunku, ma wyjście sygnałowe połączone poprzez równoległy dwójnik z masą i poprzez układ wzmacniający a następnie przez układ wzmacniająco-całkujący z rezystorem wyjściowym, który połączony jest z wejściem sygnałowym unipolarnego przetwornika analogowo-cyfrowego. Wejście to jest zbocznikowane. Napięcie pochodzące z przekładnika elektronicznego jest dopasowywane do poziomu akceptowalnego przez przetwornik przy wykorzystaniu wzmacniaczy operacyjnych oraz elementów pasywnych.The known matching circuit, shown in the attached drawing, has a signal output connected through a parallel two-terminal to ground and through an amplifier circuit, and then through an amplifier-integrator circuit with an output resistor, which is connected to the signal input of a unipolar analog-to-digital converter. This input is bypassed. The voltage from the electronic transformer is adjusted to the level acceptable by the converter using operational amplifiers and passive elements.

W takim przypadku poziom 0 V napięcia zasilania przekładników elektronicznych jest połączony z poziomem 0 V napięcia zasilania przetwornika ADC. Wzmacniacze operacyjne mają za zadanie proporcjonalne zmniejszenie sygnału, a także przeniesienie potencjału sygnału w celu dopasowania go do potrzeb przetwornika ADC. Przekładnik w tym rozwiązaniu wykorzystuje efekt Halla.In this case, the 0 V level of the supply voltage of the electronic transformers is linked to the 0 V level of the supply voltage of the ADC. Operational amplifiers are designed to proportionally reduce the signal, as well as transfer the signal potential to match the needs of the ADC. The transformer in this solution uses the Hall effect.

Znany układ zajmuje więcej miejsca na płycie drukowanej, wprowadza nieliniowości, jest bardziej złożony a więc bardziej awaryjny.The known system takes up more space on the printed circuit board, introduces non-linearities, is more complex and therefore more emergency.

Celem wynalazku jest stworzenie prostszego układu pośredniczącego bez dodatkowego zasilania, dzięki zastosowaniu jedynie elementów pasywnych i odpowiedniego połączenia poziomów zasil ających przekładnik i przetwornik.The aim of the invention is to create a simpler intermediate circuit without additional power supply, thanks to the use of only passive elements and an appropriate connection of the transformer and converter supply levels.

Istota układu według wynalazku polega na tym, że wyjście przekładnika połączone jest poprzez dzielnik z potencjałem 0V przetwornika i z najniższym potencjałem zasilającym przekładnika, z którymi połączony jest katoda diody Zenera i rezystor dwójnika przy czym kondensator dwójnika, anoda diody Zenera i połączone z sobą końce rezystorów dzielnika połączone są z wejściem przetwornika.The essence of the system according to the invention consists in the fact that the transformer output is connected through a divider with the 0V potential of the converter and with the lowest power supply potential of the transformer, to which the cathode of the zener diode and the two-terminal resistor are connected, the two-terminal capacitor, the zener diode anode and the ends of the divider resistors connected to each other. are connected to the converter input.

Rozwiązanie według wynalazku jest prostsze w budowie i uruchamianiu, zwłaszcza w zasilaniu i mniejsze, a także nie wprowadza nieliniowości i jest bardziej niezawodne.The solution according to the invention is simpler in structure and commissioning, especially in power supply and smaller, and also does not introduce non-linearities and is more reliable.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, Rys. 1, który przedstawia schemat ideowo-blokowy układu dopasowującego.The subject of the invention is presented in an embodiment in Fig. 1, which shows a schematic-block diagram of the matching circuit.

Wyjście WY_s przekładnika elektronicznego PE jest połączone poprzez rezystor RM do poziomu 0 V napięcia zasilającego z zasilacza U_z1. Dodatkowo przekładnik PE zasilany jest dwoma poziomami napięć-V_cc oraz +V_cc pochodzącymi z U^. Wyjście WYS połączone jest poprzez dzielnik R_D71/R_D7₂z potencjałem GND, 0 V, przetwornika P-ADC, który połączony jest z najniższym potencjałem zasilającym-V_cc przekładnik PE. Rezystor R_D71 jest podłączony do rezystora RM i do wejścia WE przetwornika elektronicznego PE. Rezystor R_D71 jest połączony z drugiej strony z rezystorem R_D72, a także z wejściem WE przetwornika P-ADC. Rezystor R_D72 podłączony jest z drugiej strony do wspólnej masy układu-V_cc, GND. Równolegle do wejścia WE przetwornika P-ADC są przyłączone dwójnik R_f - C_f oraz dioda 7enera D,. Katoda tej diody połączona jest z wejściem WE przetwornika P-ADC, natomiast anoda - z masą GND.The output WY _s of the PE electronic transformer is connected through the RM resistor to the level of 0 V of the supply voltage from the power supply U _z 1. Additionally, the PE transformer is supplied with two voltage levels - V _cc and + V _cc coming from U ^. The WYS output is connected through the R _D71 / R _D 7 ₂ divider with the GND, 0 V potential of the P-ADC converter, which is connected to the lowest supply potential - V _cc PE transformer. Resistor R _D71 is connected to the resistor RM and to the input WE of the electronic converter PE. Resistor R _D71 is connected on the other side to resistor R _D72 and also to the EC input of the P-ADC. Resistor R _D72 is connected on the other side to the common ground of the system-V _cc , GND. Parallel to the input WE of the P-ADC transducer are connected a two-terminal R _f - C _f and a diode 7enera D ,. The cathode of this diode is connected to the WE input of the P-ADC converter, and the anode - to the ground GND.

W celu dopasowania sygnału pomiarowego do poziomu akceptowalnego przez przetwornik ADC wprowadzono w tor sygnału wyjściowego przekładnika elektronicznego dzielnik rezystancyjny RD7i - RD72, który proporcjonalnie obniża sygnał napięciowy z przekładnika. Dwójnik R_f - C_f stosuje się jako filtr sygnału mierzonego. Natomiast, dioda Zenera D stosowana jest w celu ochrony przetwornika P-ADC przed zbyt wysokim napięciem, mogącym pojawić się w stanach awaryjnych układu. Przekładniki elektroniczne wykorzystujące efekt Halla są wyposażone lub wymagają podłączenia rezystora RM, który konwertuje sygnał prądowy na sygnał napięciowy. Dzięki wykorzystaniu przekładnika elektronicznego nie jest konieczne wyposażanie układu według wynalazku w elementy zapewniające separację galwaniczną pomiędzy sygnałem mierzonym a przetwornikiem ADC. Przetworniki wykorzystujące efekt Halla w większości przypadków zapewniają już separację na wystarczającym poziomie i na ogół nie ma potrzeby dodawania kolejnych urządzeń w celu wprowadzenia separacji galwanicznej pomiędzy wysokonapięciową, tor mocy i niskonapięciową, układy sterowania i nadzoru, częścią urządzenia.In order to adjust the measuring signal to the level acceptable by the ADC converter, a resistive divider RD7i - RD72 was introduced into the output signal path of the electronic transformer, which proportionally reduces the voltage signal from the transformer. The dipole R _f - C _f is used as a filter of the measured signal. On the other hand, the Zener diode D is used to protect the P-ADC converter against too high voltage, which may appear in emergency states of the system. Hall effect electronic transformers are equipped with or require the connection of an RM resistor, which converts the current signal into a voltage signal. Due to the use of an electronic transformer, it is not necessary to equip the system according to the invention with elements ensuring galvanic separation between the measured signal and the ADC converter. Hall effect converters in most cases already provide sufficient separation, and in general, there is no need to add additional devices to provide galvanic separation between high voltage, power path and low voltage, control and supervision systems, part of the device.

Sygnał mierzony, po konwersji w rezystorze RM jest sygnałem napięciowym i obciążanie go prądem wprowadza błąd pomiarowy, proporcjonalny do mierzonego sygnału, zatem dzielnik R_n71 - RD₇₂ powinien mieć dostatecznie dużą wartość, aby nie wprowadzać znacznego błędu. Ponadto, dzielnik R_D71 - R_D72 powinien być usytuowany jak najbliżej przetwornika P-ADC, co pozwoli eliminować sprzężenia elektromagnetyczne ze źródłami zakłóceń.The measured signal, after conversion in the RM resistor, is a voltage signal and loading it with current introduces a measurement error proportional to the measured signal, therefore the divider R _n71 - RD ₇₂ should be of a large enough value not to introduce a significant error. Moreover, the divider R _D71 - R _D72 should be located as close as possible to the P-ADC converter, which will allow to eliminate electromagnetic couplings with sources of interference.

Claims

A circuit that adjusts the measurement signal from a bipolar current / voltage electronic transformer using the Hall effect to unipolar analog-to-digital converters, which has a resistor connected to the signal output of the transformer and the "0" potential of the power supply, characterized by the fact that the output (WY _s ) of the transformer is connected through a divider (R _dZ i / R _dZ2 ) with 0V potential (GND) of the transducer (P-ADC) and with the lowest supply potential (-V _cc ) of the transformer (PE) to which the cathode of the zener diode (D _z ) and the resistor (R _{f) are connected} ) of the two-terminal (R _f , C _f ) where the capacitor (C _f ) of the two-terminal (R _f , C _f ), the anode of the Zener diode (D _Z ) and the ends of the divider resistors (R _dZ i / R _dZ2 ) connected to each other are connected to input (WE) of the converter (P-ADC).