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Schaltungsanordnung zum Überwachen eines Stromkreises auf Unterbrechung - Dokument DE3712177A1
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE3712177A1 27.10.1988
Titel Schaltungsanordnung zum Überwachen eines Stromkreises auf Unterbrechung
Anmelder Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München, DE
Erfinder Breunig, Hans, Dipl.-Ing., 7500 Karlsruhe, DE;
Knauer, Detlev, Dipl.-Ing., 6742 Herxheim, DE
DE-Anmeldedatum 10.04.1987
DE-Aktenzeichen 3712177
Offenlegungstag 27.10.1988
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.10.1988
IPC-Hauptklasse G05F 1/569
IPC-Nebenklasse H02H 5/10   G08B 21/00   G01R 31/02   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Überwachen eines Stromkreises auf Unterbrechung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die sichere Erkennung und Meldung von Fehlern in Automatisierungsanlagen ist wegen deren Komplexität sowie der hohen Investitions- und Produktionswerte von großer Bedeutung. Zur Verbesserung der Verfügbarkeit müssen häufig auftretende Störungen in den Signalleitungen, wie Kurzschlüsse und Unterbrechungen, sicher erkannt werden.

Aus der DE-OS 34 36 844 ist bekannt, in einer Prüfphase über die Zuleitungen zu Meßwertgebern Prüfströme zu schicken. Im Falle eines Leitungsbruchs fällt der Prüfstrom aus und es wird ein diesen Zustand kennzeichnendes Meldesignal abgegeben. Der wesentliche Nachteil dieser Lösung ist, daß nicht benutzte Ausgänge, an die kein Lastwiderstand angeschlossen ist, Leitungsbruch melden. Es müssen daher zusätzliche Maßnahmen getroffen werden, solche Fehlermeldungen gezielt auszublenden. Diesen Nachteil weisen alle Anordnungen auf, bei denen die Leitungsunterbrechung geprüft wird, während der Schalttransistor gesperrt ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schaltkreis mit einer Last und einem Transistor als Schalter zuverlässig auf Unterbrechung zu überwachen, wobei die Überwachung in der Durchschaltphase des Transistors erfolgt und kein zusätzlicher, einen Spannungsabfall und Verlustleistung bewirkender Widerstand in den Stromkreis geschaltet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Anhand der Zeichnung werden im folgenden die Erfindung sowie weitere Vorteile und Ausgestaltungen näher beschrieben und erläutert.

Eine Last RL liegt in Reihe mit der Drain-Source-Strecke eines Transistors TS1 an einer Spannung +UB. Die Ein- und Ausschaltsignale für den Transistor TS1 sind einem Eingang E zugeführt, von wo sie über einen Eingangsverstärker EV und eine Entkopplungsdiode D1 an die Gate-Elektrode des Transistors TS1 gelangen. Ein Differenzverstärker DV vergleicht den Spannungsabfall an der Drain-Source-Strecke mit einer Referenzspannung, die von einer von einem Konstantstrom durchflossenen Diode D3 gebildeten Konstantspannungsquelle UR erzeugt wird. Der Ausgang des Differenzverstärkers DV ist über eine zweite Entkopplungsdiode D2 mit der Gate-Elektrode des Transistors TS1 verbunden. Ein Widerstand R1 ist zwischen die Gate-Elektrode und eine positive Spannung geschaltet, die größer sein sollte als die Spannung +UB.

Ein positives Eingangssignal am Eingang E verstärkt der Eingangsverstärker EV so, daß die Entkopplungsdiode D1 gesperrt ist und der Transistor TS1 Spannung an die Last RL schaltet. Die Gate-Elektrode erhält vom Differenzverstärker DV eine solche Steuerspannung, daß der Spannungsabfall an der Drain- Source-Strecke, der durch den Laststrom bewirkt wird, gleich der Referenzspannung UR gehalten wird, und zwar weitgehend unabhängig von der Größe der Last RL. Mit zunehmendem Widerstand der Last RL sinkt die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers DV, bis sie schließlich einen in einem Diskriminator DIS eingestellten Schwellwert erreicht. Dieser Schwellwert entspricht einem Lastwiderstand, der bei fehlerfreiem Zustand der Last und deren Zuleitung nicht auftritt. Das Signal, welches der Diskriminator DIS bei allen größeren Widerstandswerten abgibt, wird daher als Leitungsbruch-Meldesignal über einen Ausgang A abgegeben. Der Leitungsbruch wird somit bei eingeschaltetem Transistor TS1 festgestellt. Mit einem weiteren im Diskriminator DIS eingestellten Schwellwert kann der Lastkreis auch auf Kurzschluß überwacht werden.

Zum Sperren des Transistors TS1 wird dem Eingang E "0"-Signal zugeführt. Über die Drain-Source-Strecke liegt dann die volle Versorgungsspannung +UB, so daß der Differenzverstärker DV maximale Spannung abgibt. Die Entkopplungsdiode D2 verhindert einen Kurzschluß der Ausgänge der Verstärker EV und DV.

Im gewählten Beispiel mit einem n-Kanal-Transistor gibt, wenn das Signal am Eingang E den Transistor TS1 in den Sperrzustand steuert, der Differenzverstärker DV ein Signal ab, bei dem der Diskriminator DIS keinen Leitungsbruch meldet. Bei Abänderungen des Ausführungsbeispiels, z. B. p-Kanal-Transistor, negative Versorgungsspannung, kann der Fall eintreten, daß der Diskriminator ein Meldesignal abgibt, wenn der Transistor vom Eingangssignal in den Sperrzustand gesteuert ist. In diesem Falle wird zweckmäßig das Augangssignal gesperrt, wenn dem Eingang E Sperrsignal für den Transistor TS1 zugeführt ist. Hierzu ist ein UND-Glied UG vorgesehen.

Zur Verringerung des Einflusses der Toleranzen der Regelstrecke, vor allem der des Transistors TS1, ist dessen Drain- Source-Strecke eine Stromquelle SQ mit einem Transistor TS2 und einem Widerstand R2 parallelgeschaltet, die einen eingeprägten Strom liefert, der kleiner ist als der minimale Laststrom im ungestörten Zustand des Lastkreises. Steigt der Widerstand im Lastkreis auf einen solchen Wert an, daß der durch den eingeprägten Strom verursachte Spannungsabfall größer ist als die um die Referenzspannung UR verminderte Versorgungsspannung +UB, sperrt der Differenzverstärker DV den Transistor TS1. Es genügt daher für die Überwachung auf Leitungsbruch, zu prüfen, ob der Transistor TS1 in den Sperrzustand gesteuert ist. Die Fehlermeldung hängt in diesem Falle nur von der Größe des eingeprägten Stromes und dem Lastwiderstand ab, nicht dagegen von den Kennlinien des Transistors TS1 und nur unwesentlich von der Offset-Spannung und der Verstärkung des Verstärkers DV. Zweckmäßig wird die Stromquelle SQ mit einem Transistor TS3 gesperrt, wenn der Transistor TS in den Sperrzustand geschaltet ist, damit während der Sperrphase nicht unnötig Strom verbraucht wird. Die im Ausführungsbeispiel verwendete Stromquelle ist daher abschaltbar; der Steuereingang des Transistors TS3 ist an den Eingangsverstärker EV angeschlossen. Damit sie nicht vom Ausgangssignal des Differenzverstärkers DV abgeschaltet wird, ist die Entkopplungsdiode D1 vorgesehen.


Anspruch[de]
  1. 1. Schaltungsanordnung zum Überwachen eines Laststromkreises mit einer Last (RL) und einem den Laststrom schaltenden Transistor (TS1) und einer Einrichtung zum Melden von Fehlern im Laststromkreis, dadurch gekennzeichnet, daß eine Regelschaltung (DV) mit dem Transistor (TS1) als Stellglied den Spannungsabfall am Transistor (TS1) auf einen konstanten Wert regelt und daß ein Meldesignal abgegeben wird, wenn der Spannungsabfall am Transistor (TS1) oder das Stellsignal des Reglers (DV) außerhalb eines vorgegebenen Bereiches liegt.
  2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Leitungsbruch-Meldesignal abgegeben wird, wenn der Spannungsabfall am Transistor (TS1) kleiner als ein vorgegebener Wert ist oder wenn das vom Regler (DV) dem Transistor (TS1) zugeführte Steuersignal in einem Bereich liegt, in dem der Innenwiderstand des Transistors (TS1) einen größeren Wert als im fehlerfreien Zustand des Stromkreises hat.
  3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Transistor (TS1) eine Stromquelle (SQ) parallelgeschaltet ist, die einen eingeprägten Strom abgibt, der kleiner ist als der minimale Laststrom im ungestörten Zustand des Laststromkreises und daß ein Leitungsbruch-Meldesignal abgegeben wird, wenn der Transistor (TS1) in den Sperrzustand gesteuert wird.
  4. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquelle zusammen mit dem Laststrom abschaltbar ist.






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