Dispositivo de aislamiento galvánico.

Dispositivo de aislamiento analógico (100; 200; 300; 400) que comprende una parte primaria (102;

202; 302; 402)que tiene una entrada (A1, A2) apta para recibir una señal de entrada (Si) y una parte secundaria (104; 204; 304;404) separada de la parte primaria por una barrera de aislamiento galvánico y que tiene una salida (O1) para facilitaruna señal de salida (So) que reproduce la señal de entrada,

comprendiendo la parte primaria y la parte secundaria una vía de alta frecuencia que tiene una frecuencia de cortebaja y configurada para recibir la señal de entrada en la parte primaria y para restituir en la parte secundaria, a partirde la señal de entrada, una componente de alta frecuencia, y una vía de baja frecuencia que tiene una frecuencia decorte alta y configurada para recibir la señal de entrada en la parte primaria y para restituir en la parte secundaria, apartir de la señal de entrada, una componente de baja frecuencia, a fin de formar la señal de salida de lascomponentes de alta frecuencia y baja frecuencia,

estando caracterizado el dispositivo por un circuito de control (D1, 132; D'1, 132) configurado para recibir, en la parteprimaria, una señal de consigna (Sic) representativa de la señal de entrada (Si) y una señal denominada imagen(Soim) representativa de la señal de salida (So) y para aplicar, al menos en una de las vías de alta frecuencia y bajafrecuencia, una señal de corrección (VCOR) función de la diferencia entre la señal imagen y la señal de consigna a finde hacer tender esta diferencia hacia cero.

Dispositivo de aislamiento galvánico.

Antecedentes de la invención La invención concierne a un dispositivo de aislamiento galvánico capaz de acoplar desde la componente continua hasta altas frecuencias dos circuitos llevados a potenciales galvánicos diferentes, y se aplica especialmente a instrumentos de mediciones eléctricas tales como voltímetros u osciloscopios.

Una dificultad sobreviene cuando la fuente de la que proviene una señal que hay que medir y el propio instrumento de medición no comparten una referencia de masa común.

El funcionamiento del instrumento de medición en masa flotante no es entonces una solución satisfactoria porque, por una parte, la precisión de la medición puede verse afectada por la presencia de corrientes de masa y, por otra, el potencial del instrumento de medición corre el riesgo de ser llevado a un nivel peligroso.

Así pues, se ha propuesto transmitir una señal que hay que medir a través de una barrera de aislamiento galvánico interpuesta entre la fuente de la señal y el instrumento de medición que entonces pueden conservar sus propias referencias de masa, evitándose así el funcionamiento del instrumento de medición en masa flotante.

Un dispositivo de aislamiento analógico que incorpora una barrera de aislamiento galvánico de este tipo, y representado esquemáticamente en la figura 1, está descrito en el documento EP 0 875 765.

Este dispositivo conocido 10 comprende una parte primaria 12 y una parte secundaria 14 aisladas una de la otra por una barrera de aislamiento 16. Como muestra la figura 1, las partes primaria y secundaria están conectadas a respectivas masas independientes una de la otra.

El dispositivo 10 recibe una señal de entrada en una entrada A de la parte primaria 12 y está concebido para facilitar una señal de salida aislada en una salida O de la parte secundaria 14, que reproduce la señal de entrada 16. Para hacer esto, el dispositivo 10 debe presentar una respuesta en frecuencia plana, es decir facilitar una señal de salida de amplitud idéntica (salvo un coeficiente multiplicador) a la amplitud de la señal de entrada en toda la gama de frecuencias útiles.

A tal efecto, el dispositivo comprende dos vías (o canales) paralelos, una vía de alta frecuencia (HF) que encamina la componente HF de la señal de entrada y una vía de baja frecuencia (BF) que encamina la componente BF de la señal de entrada, siendo obtenida la señal de salida por suma de las componentes BF y HF que llegan a la parte secundaria.

La vía HF comprende un transformador 18 cuyo primario P está unido a la entrada A. El transformador 18 reproduce fielmente en su arrollamiento secundario S la componente HF de la señal de entrada pero su respuesta en frecuencia se degrada rápidamente en las bajas frecuencias.

La vía BF comprende un optoacoplador 20 que comprende un emisor electroóptico 20a, tal como un LED, unido a la entrada A y acoplado en el lado secundario a un receptor optoeléctrico, tal como un fotodiodo 20b, siendo convertida la corriente que sale de éste en tensión por un circuito 22. El optoacoplador 20 comprende además un segundo receptor optoeléctrico, tal como un fotodiodo 20c similar al fotodiodo 20b y acoplado al emisor 20a, pero situado en el lado primario, siendo convertida la corriente que sale del fotodiodo 20c en tensión por un circuito 24. La tensión de salida del circuito 24 es aplicada a la entrada inversora de un amplificador 26 que recibe la señal de entrada en su entrada no inversora, formando el circuito 24 y el amplificador 26 un bucle de reacción que permite linealizar la respuesta del optoacoplador 20. El optoacoplador 26 reproduce fielmente la componente BF de la señal de entrada pero su respuesta en frecuencia se degrada rápidamente en las altas frecuencias.

El transformador 18 y el optoacoplador 20 forman la barrera de aislamiento galvánico 16. La señal de salida es obtenida por suma, por medio de un circuito 28, de la componente HF en el secundario del transformador 18 y de la componente BF a la salida del circuito 22.

La figura 2 muestra esquemáticamente un diagrama de Bode que ilustra las respuestas en frecuencia H1 (f) y H2 (f) de las vías BF y HF, respectivamente.

Para obtener una respuesta en frecuencia global plana, es decir para que la señal de salida reproduzca fielmente la señal de entrada en todo el ámbito de frecuencias útil, es necesario que haya correspondencia entre la frecuencia de corte alta FBF1 de la vía BF (optoacoplador 20) y la frecuencia de corte baja FHF1 de la vía HF (transformador 18) .

A tal efecto, una fracción de la tensión de salida del circuito 24, fracción determinada por un circuito divisor 30, es aplicada a la entrada no inversora de un amplificador 32 cuya entrada inversora recibe la señal de entrada y cuya salida está unida al primario P del transformador 18. La tensión de salida del circuito 24 es una imagen de la componente BF transmitida al secundario a través del optoacoplador 20. La relación de división del circuito 30 está ajustada para sustraer de la señal de entrada una fracción de la componente BF tal que la frecuencia de corte FHF se alinee con la frecuencia de corte FBF.

La Depositante ha constatado sin embargo que esta técnica de compensación de la desalineación de las frecuencias de corte de las vías BF y HF no garantiza un resultado totalmente satisfactorio, es decir la ausencia de distorsiones significativas de la señal de salida con respecto a la señal de entrada. En efecto, es difícil ajustar la relación de división del circuito 30 de modo óptimo. Además, no hay compensación de los defectos de respuesta asintótica en la vía BF resultante de la presencia de orden superior a 1 en la frecuencia de corte de esta vía. Además todavía, haciéndose la compensación por alineación de la frecuencia de corte de la vía HF con la de la vía BF, esta última funciona a plena banda pasante, y es necesario que las restituciones del optoacoplador hacia la parte secundaria a través del fotodiodo 20b y hacia la parte primaria a través del fotodiodo 20c tengan iguales bandas pasantes e iguales ganancias, lo que impone regulaciones delicadas y la elección de componentes que presenten pequeñas diferencias entre sus características.

Objeto y resumen de la invención La invención tiene por objetivo poner remedio a los inconvenientes antes citados, proponiendo un dispositivo de aislamiento analógico capaz de asegurar una reproducción fiel, sin distorsión notable, de una señal de entrada, en un amplio ámbito de frecuencias.

Para obtener una función de transferencia totalmente exenta de distorsión de amplitud o de fase, deben reunirse tres condiciones:

- igualdad de las ganancias HF y BF en cada una de las bandas pasantes;

- igualdad de frecuencias de corte a -3 dB;

- tener los mismos órdenes de corte (si el paso alto (HF) es del primer orden, el paso bajo (BF) debe serlo también) .

Este objetivo se consigue gracias a un dispositivo de aislamiento analógico que comprenda una parte primaria que tenga una entrada apta para recibir una señal de entrada y una parte secundaria separada de la parte primaria por una barrera de aislamiento galvánico y que tenga una salida para facilitar una señal de salida que reproduzca la señal de entrada,

comprendiendo la parte primaria y la parte secundaria una vía de alta frecuencia que tenga una frecuencia de corte baja y configurada para recibir la señal de entrada en la parte primaria y para restituir en la parte secundaria, a partir de la señal de entrada, una componente de alta frecuencia, y una vía de baja frecuencia que tenga una frecuencia de corte alta y configurada para recibir la señal de entrada en la parte primaria y para restituir en la parte secundaria, a partir de la señal de entrada, una componente de baja frecuencia, a fin de formar la señal de salida a partir de las componentes de alta frecuencia y de baja frecuencia,

estando provisto el dispositivo de un circuito de control configurado para recibir, en la parte primaria, una señal de consigna representativa de la señal de entrada y una señal denominada imagen representativa de la señal de salida y para aplicar, al menos en una de las vías de alta frecuencia y baja frecuencia, una señal de corrección función de la diferencia entre la señal imagen y la señal de consigna a fin de hacer tender esta diferencia hacia cero.

Este dispositivo es ventajoso porque realiza un control en bucle cerrado capaz de compensar las distorsiones de la señal de salida con respecto a la señal de entrada de modo dinámico y cualesquiera que sean las causas.

La señal de corrección puede ser aplicada únicamente en la vía de... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo de aislamiento analógico (100; 200; 300; 400) que comprende una parte primaria (102; 202; 302; 402) que tiene una entrada (A1, A2) apta para recibir una señal de entrada (Si) y una parte secundaria (104; 204; 304; 404) separada de la parte primaria por una barrera de aislamiento galvánico y que tiene una salida (O1) para facilitar una señal de salida (So) que reproduce la señal de entrada,

comprendiendo la parte primaria y la parte secundaria una vía de alta frecuencia que tiene una frecuencia de corte baja y configurada para recibir la señal de entrada en la parte primaria y para restituir en la parte secundaria, a partir de la señal de entrada, una componente de alta frecuencia, y una vía de baja frecuencia que tiene una frecuencia de corte alta y configurada para recibir la señal de entrada en la parte primaria y para restituir en la parte secundaria, a partir de la señal de entrada, una componente de baja frecuencia, a fin de formar la señal de salida de las componentes de alta frecuencia y baja frecuencia,

estando caracterizado el dispositivo por un circuito de control (D1, 132; D’1, 132) configurado para recibir, en la parte primaria, una señal de consigna (Sic) representativa de la señal de entrada (Si) y una señal denominada imagen (Soim) representativa de la señal de salida (So) y para aplicar, al menos en una de las vías de alta frecuencia y baja frecuencia, una señal de corrección (VCOR) función de la diferencia entre la señal imagen y la señal de consigna a fin de hacer tender esta diferencia hacia cero.

2. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la señal de corrección (VCOR) es aplicada únicamente en la vía de baja frecuencia.

3. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la señal de corrección (VCOR) es aplicada únicamente en la vía de alta frecuencia.

4. Dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la parte primaria

(102) comprende un sumador apto para producir la señal imagen (Soim) por suma de una primera señal representativa de la citada componente de baja frecuencia y de una segunda señal representativa de la citada componente de alta frecuencia.

5. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque la primera señal y la segunda señal son en forma de corrientes.

6. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque la primera señal y la segunda señal son en forma de tensiones.

7. Dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 6, caracterizado porque la vía de baja frecuencia comprende un acoplador electroóptico (114) que forma una parte de la barrera de aislamiento galvánico y que tiene un emisor electroóptico (LED) , un primer receptor optoeléctrico (Ds) situado en la parte secundaria y acoplado al emisor para producir una corriente que permite elaborar la citada componente de baja frecuencia y un segundo receptor optoeléctrico (Dp) situado en la parte primaria y acoplado al emisor para producir una corriente que permite elaborar la citada primera señal representativa de la citada componente de baja frecuencia.

8. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado porque la vía de baja frecuencia comprende, en la parte primaria, un circuito (116) de linealización del optoacoplador (114) unido al elemento electroóptico.

9. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado porque la señal de corrección (VCOR) es aplicada al circuito de linealización (116) .

10. Dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 6, caracterizado porque la vía de alta frecuencia comprende un transformador (108; 108’) que forma una parte de la barrera de aislamiento galvánico (116) y que tiene un primario (P1, P2; P’1) situado en la parte primaria y un secundario (S1, S2; S’1) situado en la parte secundaria para obtener la citada componente de alta frecuencia a partir de una tensión tomada en el secundario del transformador y para obtener la citada segunda señal representativa de la citada componente de alta frecuencia a partir de una tensión tomada en el primario del transformador.

11. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizado porque la señal de corrección (VCOR) es en forma de una tensión aplicada al primario del transformador.

12. Dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque el circuito de control tiene una frecuencia de corte alta al menos 100 veces superior a la frecuencia de corte baja de la vía de alta frecuencia.

13. Instrumento de medición eléctrica provisto de un dispositivo de aislamiento analógico de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12.