Способ передачи управляющих сигналов с гальванической развязкой и устройство для его осуществления

Изобретение относится к способам и устройствам связи, а именно к передаче информации, и может быть использовано для передачи информационных сигналов по линии связи с гальванической развязкой.

Известен способ передачи информации с гальванической развязкой, заключающийся в пропускании через трансформатор переменного напряжения [1].

Недостатком этого способа является возможность передачи информации только на переменном напряжении. Наиболее близким к заявленному является способ, реализуемый в устройстве, описанном в [2], который характеризуется тем, что входной информационный сигнал сначала усиливается, затем буферизуется в согласующем устройстве, а после этого с помощью ключей подается попеременно по закону этого информационного сигнала к различным половинам первичной обмотки трансформатора, при этом управление ключами осуществляется сигналом, поступающим с дешифратора, на вход которого по цепи обратной связи подается информационный сигнал, снятый со вторичной обмотки трансформатора после его выпрямления и преобразования по уровню.

Недостатком данного способа является его сложность и неполная гальваническая развязка передачи из-за сигнала обратной связи между цепями первичной и вторичной обмоток трансформатора.

Для реализации данного способа необходимо устройство, описанное в [2], которое содержит два ключа, усилитель, дешифратор, согласующее устройство, трансформатор со средним выводом вторичной обмотки, выпрямитель, преобразователь уровня, цепь обратной связи и другие элементы, соединенные между собой определенным образом.

Это устройство довольно сложное и, кроме того, для его работы требуется дополнительное питание по цепи первичной обмотки трансформатора. Вместе с тем оно не обеспечивает полной гальванической развязки из-за наличия цепи обратной связи между преобразователем уровня и дешифратором.

Задачами, на решение которых направлены настоящие изобретения, являются упрощение способа и обеспечение полной гальванической развязки передаваемого сигнала с одновременным упрощением устройства для его реализации и исключением питания по цепи первичной обмотки.

Поставленные задачи достигаются тем, что в способе передачи управляющих сигналов с гальванической развязкой, заключающемся в подаче на одну половину вторичной обмотки трансформатора последовательности прямоугольных импульсов и снятии с другой половины вторичной обмотки управляющих сигналов, согласно изобретению, управляющие сигналы получают путем шунтирования первичной обмотки трансформатора с помощью ключевого элемента, управляемого передаваемыми сигналами.

В устройство для передачи управляющих сигналов с гальванической развязкой, содержащее трансформатор, средний вывод вторичной обмотки которого подключен к общему проводу и к первым выводам первого и второго резисторов, начало вторичной обмотки подключено к катоду первого и аноду второго диодов, катод второго диода подключен к второму выводу первого резистора и входу преобразователя уровня, выход которого является выходом устройства, анод первого диода подключен ко второму выводу второго резистора, согласно изобретению, дополнительно введены источник прямоугольных импульсов, три резистора, диод и транзистор, эмиттер которого является первым проводом линии связи и подключен к концу первичной обмотки трансформатора, к аноду третьего диода и первому выводу третьего резистора, коллектор подключен к началу первичной обмотки, а база подключена к катоду третьего диода, второму выводу третьего резистора и через четвертый резистор ко второму проводу линии связи, конец вторичной обмотки через пятый резистор подключен к источнику прямоугольных импульсов.

К существенным отличиям предложенного способа относится то, что в нем передача управляющего сигнала осуществляется шунтированисм первичной обмотки трансформатора, за счет чего исключаются такие операции, как усиление сигнала, его буферизация, попеременная подача сигнала на различные половины первичной обмотки трансформатора и получение управляющего сигнала с дешифратора посредством обратной связи, что явно упрощает способ. Кроме того, за счет отсутствия обратной связи обеспечивается полная гальваническая развязка передаваемого сигнала. Одновременно упрощается и устройство для реализации способа, т.к. из него исключаются многие сложные элементы, необходимые в устройстве -прототипе. При этом отпадает необходимость в применении питания для цепей первичной обмотки трансформатора.

Предлагаемое изобретение иллюстрируются чертежами, причем на фиг.1 представлена структурная схема способа передачи управляющих сигналов с гальванической развязкой, а на фиг.2 - схема устройства для его осуществления.

На фиг.1 источник 4 прямоугольных импульсов подключен к концу 3 одной половины вторичной обмотки трансформатора 1. Начало 2 другой половины обмотки подключено через выпрямитель 5 ко входу преобразователя 6 уровня, выход которого является выходом 9 устройства. Первичная обмотка 7 шунтируется ключом 8.

Способ передачи управляющих сигналов осуществляется следующим образом.

Прямоугольные импульсы с источника 4 создают через одну из половин вторичной обмотки трансформатора 1 переменный магнитный поток в его сердечнике, который индуцирует переменное напряжение в другой половине вторичной обмотки. Это напряжение выпрямляется выпрямителем 5, нормируется преобразователем 6 уровня и поступает на выход 9 устройства. Таким образом при отсутствии шунтирования первичной обмотки 7 осуществляется передача сигнала с одной половины вторичной обмотки трансформатора 1 на другую его половину. Если теперь зашунтировать первичную обмотку 7 ключом 8, который открывается передаваемым управляющим сигналом, то магнитный поток в обмотке трансформатора 1 прерывается и прекращается передача сигнала из одной половины вторичной обмотки трансформатора на другую, на выходе 9 устройства нормированное напряжение будут иметь нулевой уровень. Следовательно, шунтируя через ключ 8, управляемый передаваемым сигналом, первичную обмотку 7 трансформатора 1, мы воспроизводим на выходе 9 устройства этот передаваемый управляющий сигнал с полной гальванической развязкой.

Показанное на фиг.2 устройство содержит трансформатор 1, имеющий первичную обмотку 7 и вторичную обмотку, состоящую из двух половин с началом 2, концом 3 и средним выводом, первый 10, второй 11 и третий 17 диоды, первый 13, второй 12, третий 16, четвертый 18 и пятый 14 резисторы, транзистор 15, преобразователь 6 уровня, источник 4 прямоугольных импульсов, выход 9 устройства, первый 19 и второй 20 провода линии связи.

К началу 2 вторичной обмотки трансформатора 1 подключены катод и анод первого и второго диодов 10 и 11 соответственно. Анод первого диода 10 и катод второго диода 11 через второй и первый резисторы 12 и 13 соответственно подключены к общему проводу. Катод второго диода 11 подключен ко входу преобразователя 6 уровня, выход которого является выходом 9 устройства. Средний вывод вторичной обмотки трансформатора 1 подключен к общему проводу. Начало 3 вторичной обмотки через пятый резистор 14 подключено к источнику 4 прямоугольных импульсов. К началу и концу первичной обмотки 7 подключены коллектор и эмиттер транзистора 15 соответственно. Эмиттер транзистора 15 подключен через третий резистор 16 к его базе и к первому проводу 19 линии связи. База транзистора 15 через четвертый резистор 18 подключена ко второму проводу 20 линии связи и к катоду третьего диода 17, анод которого подключен к эмиттеру транзистора 15.

Следует отметить, что на фиг.1 выпрямитель 5 и ключ 7 показаны условно, а на фиг.2 - с разбивкой по элементам.

Устройство работает следующим образом.

С источника 4 прямоугольных импульсов импульсное напряжение через ограничительный резистор 14 поступает на конец второй обмотки трансформатора 1 и возбуждает в его сердечнике переменный магнитный поток, который индуцирует в другой половине обмотки переменное напряжение.

Подключенные к началу вторичной обмотки последовательно соединенные диод 10 и резистор 12 пропускают отрицательную полуволну на общий провод, а положительная полуволна через диод 11 поступает на вход преобразователя 6 уровня, с выхода которого снимается полезный сигнал и поступает на выход 9 устройства. Резистор 13 обеспечивает начальный ток диода 11. Таким образом, осуществляется выпрямление и преобразование уровня полезного сигнала.

С проводов 1 и 2 линии связи поступает управляющий сигнал в виде импульсного напряжения. Уровень этого напряжения может иметь достаточно широкий диапазон, начиная от единиц вольт до десятков и даже сотен вольт. Управляющий сигнал через ограничительный резистор 18 поступает на базу транзистора 15, открывает его и открытый транзистор 15 шунтирует первичную обмотку 7, что вызывает прерывание магнитного потока, а следовательно, и пропадание выпрямленного напряжения и выходного сигнала на преобразователе 6 уровня. Резистор 16 служит для закрывания транзистора 15 при нулевых значениях управляющего сигнала, а диод 17 защищает транзистор 15 от неправильной полярности управляющего сигнала.

Предложенный способ передачи управляющих сигналов с гальванической развязкой и устройство для его осуществления были использованы в узле формирования разовых команд блока управления навигационной системы.

Источники информации

1. Л.И.Волгин. Аналоговые операционные преобразователи для измерительных приборов и систем, Энергоатомиздат, М. 1983 г. стр.46.

2. Патент РФ N2097932 кл. H 04 L 25/49, 1997 г. (прототип).

Устройство для передачи управляющих сигналов с гальванической развязкой, содержащее трансформатор, средний вывод вторичной обмотки которого подключен к общему проводу и к первым выводам первого и второго резисторов, начало вторичной обмотки подключено к катоду первого и аноду второго диодов, катод второго диода подключен к второму выводу первого резистора и входу преобразователя уровня, выход которого является выходом устройства, анод первого диода подключен ко второму выводу второго резистора, отличающееся тем, что в него дополнительно введены источник прямоугольных импульсов, три резистора, диод и транзистор, эмиттер которого является первым проводом линии связи и подключен к концу первичной обмотки трансформатора, к аноду третьего диода и первому выводу третьего резистора, коллектор подключен к началу первичной обмотки, а база подключена к катоду третьего диода, второму выводу третьего резистора и через четвертый резистор - ко второму проводу линии связи, конец вторичной обмотки через пятый резистор подключен к источнику прямоугольных импульсов.