Екатерина Анатольевна Печерская
г. Пенза
Ekaterina A. Pecherskaya
Penza
Дмитрий Викторович Якушов
г. Пенза
Dmitry V. Yakushov
Penza
Рассмотрены недостатки преобразователей с гальванической изоляцией, передающих информацию через изолирующий барьер в цифровом или аналоговом виде, – высокая стоимость компонентов либо погрешность преобразования более 1 %. Такие преобразователи с гальванической изоляцией необходимы для безопасной эксплуатации оборудования, работающего при напряжениях более 50 В. Разработан гальванический разделитель аналоговых сигналов, передающий информацию в аналоговом виде через изолирующий барьер без её переноса (преобразования) в цифровой вид и имеющий погрешность преобразования 0,22 % при номинальном напряжении. Данный гальванический разделитель можно применять в составе таких измерительных устройств, как преобразователи, датчики, приёмопередатчики аналоговых сигналов без переноса информации в цифровую форму. Исследован способ передачи аналогового информационного сигнала в отсутствие электрической связи, позволяющий уменьшить погрешность и повысить помехоустойчивость преобразователя. Схема предложенного гальванического разделителя аналоговых сигналов основана на отрицательной обратной связи, контур которой проходит через модулятор, трансформатор и демодулятор на первичной стороне. Сигнал с выхода демодулятора поступает на один из двух входов усилителя ошибки. Усилитель ошибки подстраивает напряжения на обоих входах в строгом соответствии друг другу, за счёт чего напряжение на выходе демодулятора точно равняется входному напряжению, поступающему на другой вход усилителя ошибки. Второй демодулятор, идентичный первому, установлен на вторичной стороне. Использование двух демодуляторов позволило добиться точной передачи аналогового сигнала с первичной стороны на вторичную. Изготовлен и испытан лабораторный образец гальванического разделителя аналоговых сигналов, по результатам испытаний подтверждена целесообразность использования отрицательной обратной связи: относительная погрешность преобразования уменьшена в три раза по сравнению с устройствами без обратной связи. Относительная погрешность преобразования предложенного устройства во всём диапазоне входных напряжений составила не более 0,7 % и 0,22 % – при номинальном входном значении. Устройство можно использовать в составе измерительного оборудования, работающего при высоких (более 10 кВ) напряжениях.
The disadvantages of galvanically isolated converters that transmit information through an insulating barrier in digital or analog form are considered, such as the high cost of components or a conversion error of more than 1 %. Such galvanically isolated converters are necessary for the safe operation of equipment operating at voltages above 50 V. A galvanic analog signal separator has been developed that transmits information in analog form through an insulating barrier without transferring it (converting it) to digital form and has a conversion error of 0.22 % at rated voltage. This galvanic separator can be used as part of measuring devices such as converters, sensors, and analog signal transceivers without transferring information to digital form. A method of transmitting an analog information signal in the absence of an electrical connection is investigated, which makes it possible to reduce the error and increase the noise immunity of the converter.The circuit of the proposed galvanic analog signal separator is based on negative feedback, the circuit of which passes through a modulator, transformer and demodulator on the primary side. The signal from the output of the demodulator is sent to one of the two inputs of the error amplifier. The error amplifier adjusts the voltages at both inputs in strict accordance with each other, due to which the voltage at the output of the demodulator is exactly equal to the input voltage supplied to the other input of the error amplifier. The second demodulator, identical to the first one, is installed on the secondary side. The use of two demodulators made it possible to achieve accurate transmission of the analog signal from the primary side to the secondary side. A laboratory sample of a galvanic analog signal separator has been manufactured and tested. According to the test results, the expediency of using negative feedback has been confirmed: the relative conversion error has been reduced by three times compared to devices without feedback. The relative error of the conversion of the proposed device over the entire input voltage range was no more than 0.7 % and 0.22 % at the nominal input value. The device can be used as part of measuring equipment operating at high (more than 10 kV) voltages.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.