DE2506918C3 - Vorrichtung zur Lieferung eines einem Eingangsstrom proportionalen, von diesem galvanisch getrennten Ausgangsstroms - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Lieferung eines einem Eingangsstrom proportionalen, von diesem galvanisch getrennten Ausgangsstroms mit einem einen Luftspalt aufweisenden Kern, der eine mit dem Eingangsstrom gespeiste Eingangswicklung mit einer oder mehreren Windungen und eine Rückkopplungswicklung aufweist, und mit einem in dem Luftspalt des Kerns angeordneten magnetfeldmessenden Element, welches ein Ausgangssignal an einen Verstärker liefert, der den Ausgangsstrom der Vorrichtung liefert, wobei der Ausgangsstrom die Rückkopplungswicklung fto derart durchfließt, daß der im Kern infolge des Eingangsstroms erzeugte Magnetfluß aufgehoben wird.

Eine derartige Vorrichtung ist bekannt (US-PS 25 041). Bei der bekannten Vorrichtung wird der Verstärker ausschließlich von dem Ausgangssignal des (>s magnetfeldmessenden Elements gesteuert.

Wenn die bekannte Vorrichtung mit einem sich schnell ändernden Eingangsgleichstrom oder mit einem Eingangswechselstrom hoher Frequenz beaufschlagt wird, kann infoige des dynamischen Verhaltens der Vorrichtung eine Phasenverschiebung zwischen Ausgangs- und Eingangsstrom auftreten, d. h., ein Fehler in den Ausgangsstrom eingeführt werden.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung der eingangs genannten Art mit verbesserter Phasencharakteristik, die einen zum Eingangsstrom genau proportionalen Ausgangsstrom in einem weiten Bereich von Gleichstrom bis zu Wechselstrom zu liefern vermag.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß auf dem Kern eine Kompensationswicklung derart angeordnet ist, daß ein Differenzmagneifluß aus dem durch den Eingangsstrom erzeugten Magnetfluß und aus dem durch den Ausgangsstrom erzeugten Magnetfluß die Kompensationswicklung durchfließt, und daß die in der Kompensationswicklung durch eine zeitliche Änderung des Differenzmagnetflusses induzierte Spannung mit der Ausgangsspannung des magnetfeldmessenden Elements im Sinne der Aufschaltung eines Vorhaltsignals überlagert den Verstärker steuert.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Schaltbild einer Vorrichtung mit Merkmalen nach der Erfindung,

Fig.2 ein Schaltbild eines wesentlichen Teils der Schaltung gemäß Fig. I,

Fig.3 ein Schaltbild eines wesentlichen Teils einer gegenüber F i g. 1 und 2 abgewandelten Ausführungsform der Erfindung und

F i g. 4 ein Schaltbild einer anderen Ausführungsform der Erfindung.

Die Vorrichtung gemäß Fig. 1 weist Eingangsklemmen INT. an denen ein Eingangsstrom l\ angelegt wird, eine Ausgangsklemme OUT, an welcher ein vom Eingangsstrom /1 getrennter und diesem entsprechender Ausgangsstrom I₂ erhalten wird, einen Rechteckkern COmit einem Luftspalt G, einer Eingangswicklung πι, einer Rückkopplungswicklung n₂ und einer Wicklung Π) zur Phasenkompensation, einen Verstärker A mit hohem Verstärkungsgrad und ein magnetoempfindliches Element ME, etwa ein Hall-Element, auf, das im Luftspalt Gangeordnet ist. Die Wicklungen n\, m und n> sind auf den Kern CO gewickelt. Die Wicklung Πι ist an die Eingangsklemme /Λ/rangeschlossen, die Rückkopplungswicklung Π2 ist zwischen die Ausgingsklemme des Verstärkers A und die Ausgangsklemme OUT geschaltet, und die Phasenkompensationswicklung nj ist über das magnetoempfindliche Element ME mit der Eingangsklemme des Verstärkers A verbunden.

Diese Vorrichtung arbeitet wie folgt: Wenn über die Eingangsklemme INT ein Eingangsstrom /1 an die Wicklung n\ angelegt wird, wird ein dem Eingangsstrom /ι entsprechender Magnetfluß Φ\ erzeugt. Dieser Magnetfluß dient als Eingangssignal zu dem im Luftspalt C des Kerns CO angeordneten Element ME. Infolgedessen entsteht über dem Element MEeine dem Eingangsstrom /1 entsprechende Spannung. Der Verstärker A verstärkt diese Spannung und liefert einen Ausgangsstrom h, welcher an die Rückkopplungswicklung n₂ angelegt wird, um den Kern CO einen Magnetfluß Φ2 erzeugen zu lassen, welcher dem Strom h entspricht. Gleichzeitig ist der Ausgangsstrom /.> an der Ausgangsklemme OUT abgreifbar. Mit anderen Worten: Der Strom /2 fließt in der Rückkopplungswick-

lung U₂ in der Weise, daß der im Kern CO durch den die Rückkopplungswicklung /J₂ durchfließenden Strom /₂ erzeugte Magnetfluß Φ2 den durch den Eingangsstrom /ι im Kern COerzeugten Magnetfluß Φι aufhebt, so daß der vom Eingangsstrom /1 getrennte oder entkoppelte Strom h an der Ausgangsklemme OUT als Ausgangssfom erhalten wird. Da zwischen den Strömen U und /₂ die Beziehung l\N\ = /2/V₂ besteht, wcbei /Vi und N₂ die Windungszahlen in den Wicklungen n\ bzw. n> angeben, ist der entkoppelte oder getrennte Ausgangsstrom /₂ dem Eingangsstrom /1 proportional.

Im folgenden sei angenommen, daß am magnetoempfindlichen Element ME infolge eines Magnetflusses Φ, weicherden Unterschied zwischen den durch Eingangsstrom /ι und Ausgang:>strom /_> erzeugten Magnetflüssen Φ\ bzw. Φ₂ darstellt, eine Spannung Ei erzeugt wird und daß in der Kompensationswicklung /Ji durch den Magnetfluß Φ eine Spannung E> induziert wird. Die beiden Spannungen Ei und £> lassen sich dann wie folgt ausdrücken:

Wie aus Gleichungen (I) und (2) ersichtlich ist, besitz! die an der KonipuiiMorwicklung /?? erzeugte Spannung E₂ eine Phasenvoreilung von 90° gegenüber der am Element MEerzeugten Ausgangsspannung E\.

Im allgemeinen tritt bei einer Vorrichtung dieser Art, welche die Bauteile wie den Verstärker A und die Rückkopplungswicklung /i_> aufweist, ein Phasennachlauf im Verstärker A und in der Wicklung n> auf. Infolgedessen eilt die Phase des im Kern CO durch den die Rückkopplungswicklung /i; durchfließenden Strom erzeugten Magnetflusses Φ_> mit zunehmender Frequenz des Eingangsstroms /1 noch stärker derjenigen des durch den Strom /1 erzeugten Magnetflusses Φι nach. Wenn daher ein Hochfrequenzstrom in die Vorrichtung eingespeist wird, wird in den Ausgangsstroin ein Fehler eingeführt, sofern keine Einrichtung zum Kompensieren bzw. Ausgleichen des dem Phasennachlauf zuzuschreibenden Frequenzganges vorgesehen wird.

Erfindungsgemäß ist die Kompensationswicklung Πι vorgesehen, und die an dieser Wicklung erzeugte Spannung E. besitzt eine Phasenvoreilung von 90° gegenüber der am magnetoempfindlichen Element ME erzeugten Spannung E₁. Wenn die Vorrichtung daher gemäß F i g. 1 so angeordnet ist, daß die Spannung E₂ der Ausgangsspannung E\ des Elements MEüberlagert und dann an den Verstärker A angelegt wird, werden die Phasennacheilungen infolge des Verstärkers A. der Rückkopplungswicklung ni usw. kompensiert, so daß der Phasenunterschied zwischen dem Eingangsstrom I₁ und dem Ausgangsstrom weitgehend verringert und der Frequenzgang der Vorrichtung insgesamt verbessert werden kann. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann somit ein Eingangsstrom im Bereich von Gleichstrom bis zu praktisch 200 kHz getrennt bzw. entkoppelt durch einen Ausgangsstrom abgebildet werden, indem die Konstanten der Bauteile der Trennvorrichtung zweckmäßig bestimmt werden.

Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Kompensationswicklung nj auf den Kern CO gewickelt, doch kann sie auch zusammen mit dem Element ME innerhalb des Luftspaltes G angeordnet sein. Gemäß Fig. I kann außerdem ein Widerstand R an die Ausgangsklemme OUT angeschlossen sein, damit das Ausgangssignal als Spannung abgenommen werden kann. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 wird das Ausgangssignal der Kompensationswicklung /j> auf die in F i g. 2 gezeigte Weise in Reihe mit dem Ausgangssignal des magnetoempfindlichen Elements ME dem Verstärker A eingegeben. Statt dessen kann der Ausgang der Kompensierwicklung /jj aber auch parallel zum Ausgang des Elements ME geschaltet sein, wenn diese Ausgangssignale dem Verstärker A eingespeist werden, wie dies in F i g. J dargestellt ist. Der Widerstand R\ und der Kondensator Ci gemäß F i g. 3 dienen zur Einstellung der zu kompensierenden Phase.

Fig.4 ist ein Schaltbild einer anderen Ausführungsform der Erfindung, bei welcher eine einen Eingangsstrom führende Leitung W durch das Fenster des Kerns CO verläuft. Die Leitung W stellt somit eine

ic Eingangswicklung mit einer einzigen Windung dar. Der Kern CO ist bei A und X'unterteilt, und die Leitung W ist durch den Teil X oder X' in die Mitte des Kernes CO eingeführt, so daß ein isolierter Eingangsstrom ohne Unterbrechung der Leitung W erhalten wird. Diese

;,5 Trennvorrichtung arbeitet auf dieselbe Weise wie diejenige gemäß Fig. 1. Der Magnetfluß Φι, welcher im Kern CO durch den in der Leitung W fließenden Eingangsstrom /1 erzeugt wird, gleicht den im Kern CO durch den Strom /> in der Rückkopplungswicklung n> erzeugten Magnetfluß Φι aus. Der in diesem Zustand fließende Strom wird als Ausgangssignal abgenommen. Die in der Kompensationswicklung /Jj induzierte Spannung wird dem Ausgangssignal des magnetoempfindlichen Elements ME überlagert und dann an den Verstärker A angelegt. Durch die Anwendung der Kompensationswicklung nj kann daher ein genau dem entkoppelten bzw. getrennten Eingangsstrom entsprechender Strom erhalten werden, ohne daß eine Unterbrechung der Leitung, welche von einem Eingangsstrom in einem weiten Bereich von Gleichstrom bis Wechselstrom durchflössen wird, erforderlich wäre.

Wie vorstehend im einzelnen erläutert, besitzt die erfindungsgemäße Vorrichtung, die einen vom vorgegebenen Eingangsslrom getrennten bzw. entkoppelten Ausgangsstrom liefert, einen verbesserten Frequenzgang.

Hicr/u I Blatt /cicliiunmcn

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Lieferung eines einem Eingangsstrom proportionalen, von diesem galvanisch s getrennten Ausgangsstroms mit einem einen Luftspalt aufweisenden Kern, der eine mit dem Eingangsstrom gespeiste Eingangswicklung mit einer oder mehreren Windungen und eine Rückkopplungswicklung aufweist, und mit einem in dem ι ο Luftspalt des Kerns angeordneten magnetfeldmessenden Element, welches ein Ausgangssignal an einen Verstärker liefert, der den Ausgangsstrom der Vorrichtung liefert, wobei der Ausgangastrom die Rückkopplungswicklung derart durchfließt, daß der im Kern infolge des Eingangsstroms erzeugte Magnetfluß aufgehoben wird; dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Kern eine Kompensationswicklung (n_s) derart angeordnet ist, daß ein Differenzmagnetfluß aus dem durch den Eingangsstrom (IJ erzeugten Magnetfluß (Φ,) und aus dem durch den Ausgangsstrom (I₂) erzeugten Magnetfluß (Φ2) die Kompensationswicklung (n\) durchfließt, und daß die in der Kompensationswicklung (iii) durch eine zeitliche Änderung des Differenzmagnetflusses induzierte Spannung (E₂) mit der Ausgangsspannung (E^ des magnetfeldmessenden Elements (ME) im Sinne der Aufschaltung eines Vorhaltsignals überlagert den Verstärker (a) steuert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetfeldmessende Element (ME) und die Kompensationswicklung (n_}) in Serie geschaltet und die beiden Anschlüsse des resultierenden Serienkreises mit den beiden Eingängen des .vs Verstärkers (/ψ verbunden sind (F i g. 2).

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationswicklung (n>) in Serie mit einem Widerstand (R\)uno einer Kapazität Q) geschaltet ist, daß das magnetfeldmessende Element (ME) mit dem resultierenden Serienkreis (R₁, Ci, n,) parallel geschaltet ist und daß die beiden Anschlüsse des resultierenden Parallelkreises mit den beiden Eingängen des Verstärkers (A) verbunden sind (F ig. 3).