DE102013219951A1

DE102013219951A1 - Elektronische Schaltungsanordnung

Info

Publication number: DE102013219951A1
Application number: DE201310219951
Authority: DE
Inventors: Norbert Sack
Original assignee: ECOM INSTR GmbH; Ecom Instruments GmbH
Current assignee: ECOM INSTR GmbH; Ecom Instruments GmbH
Priority date: 2013-10-01
Filing date: 2013-10-01
Publication date: 2015-04-02
Anticipated expiration: 2033-10-02
Also published as: DE102013219951B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektronische Schaltungsanordnung (1) zur Verwendung in einem explosionsgefährdeten Bereich, – mit einer elektrischen Versorgungsleitung (2), welche an einem Versorgungsleitung-Eingangsanschluss (3) mit einer elektrischen Energieversorgungseinheit (5) verbindbar oder verbunden ist und an einem Versorgungseinheit-Ausgangsanschluss (4) elektrisch mit einem externen elektronischen Gerät (6) zur Versorgung mit elektrischer Energie verbunden ist, – mit einem in der Versorgungsleitung (2) vorgesehenen Schaltelement (7), welches zwischen einem geöffneten Zustand und einem geschlossenen Zustand umschaltbar ist, – mit einer elektronischen Schutzschaltung (8), welche bei Auftreten einer Fehlfunktion im elektronischen Gerät (6) und/oder in der Energieversorgungseinheit (5) das Schaltelement (7) in den geöffneten Zustand umschaltet, – mit einer einen Steuerungsschaltung-Eingangsanschluss (11) aufweisenden elektronischen Steuerungsschaltung (10), welche derart ausgebildet ist, dass sie das Schaltelement (7) in den geschlossenen Zustand umschaltet, wenn das externe elektronische Gerät (6) an den Steuerungsschaltungs-Eingangsanschluss (11) angeschlossen wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektronische Schaltungsanordnung zur Verwendung in einem explosionsgefährdeten Bereich sowie ein elektronisch gesteuertes Energieversorgungssystem für ein elektronisches Gerät mit einer solchen elektronischen Schaltungsanordnung.
In explosionsgefährdeten Bereichen wie zum Beispiel Ölplattformen o.ä. kommen häufig mobile elektronische Geräte wie beispielsweise Mobiltelefone oder Laptops zum Einsatz, die zur Vermeidung einer Glüh- oder Funkenzündung mit speziellen elektronischen Schutzschaltungen ausgestattet sind. Diese Schutzschaltungen verhindern, dass an den nach außen geführten elektronischen Schnittstellen des Geräts zu hohe elektrische Ströme bzw. elektrische Energien bereitgestellt werden, die ein in einem explosionsgefährdeten Bereich vorhandenes Luft-/Gasgemisch zünden könnten. Solche elektronischen Schutzschaltungen können elektronische Schaltungen zur elektrischen Strom- bzw. Energiebegrenzung enthalten und sind oftmals in einer für den Einsatz in einen explosionsgefährdeten Bereich ausgelegten, wiederaufladbaren Batterie vorgesehen. Die elektronische Schutzschaltung kann in diesem Fall Teil einer Steuerungselektronik sei, welche direkt in die wiederaufladbare Batterie integriert ist. Die wiederaufladbare Batterie kann in bekannter Weise an das mit elektrischer Energie zu versorgende elektronische Gerät angeschlossen werden, um dieses mit elektrischer Energie zu versorgen. Um eine entladene Batterie wieder aufzuladen, wird sie vom elektronischen Gerät getrennt und an ein externes Ladegerät angeschlossen.
Da die zur Strombegrenzung bzw. Abschaltung der wiederaufladbaren Batterie benötigten Bauelemente der elektronischen Schutzschaltung selbst ebenfalls mit elektrischer Energie aus der wiederaufladbaren Batterie versorgt werden müssen, besteht häufig das Problem, dass die Batterie auf unerwünschte Weise elektrisch entladen wird, auch wenn die Batterie gar nicht an das elektronische Gerät angeschlossen ist. Der Energieverbrauch der elektronischen Schutzschaltung kann also zu einer unerwünschten teilweisen oder sogar vollständigen Entladung der Batterie durch die Bauelemente der elektronischen Schutzschaltung führen.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei der Entwicklung einer elektronischen Schaltungsanordnung zur Verwendung im explosionsgefährdeten Bereich neue Wege aufzuzeigen.
Dieses Problem wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine elektronische Schaltungsanordnung mit einer Schutzschaltung für eine wiederaufladbare Batterie derart auszubilden, dass die elektronischen Bauelemente der Schutzschaltung zur Verhinderung einer Glüh- und Funkenzündung bei Verwendung der Batterie in einem explosionsgefährdeten Bereich nur dann aktiviert sind, wenn das von der Batterie mit elektrischer Energie zu versorgende elektronische Gerät auch tatsächlich an die Batterie angeschlossen ist. Für den Fall, dass das mit elektrischer Energie zu versorgende elektronische Gerät nicht an die Batterie angeschlossen ist, werden von der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung die Bauteile der elektronischen Schutzschaltung hingegen elektrisch von der Batterie getrennt und verbrauchen somit keine elektrische Energie. Beispielsweise kann ein solcher Zustand ein Einlagerungszustand der Batterie sein. Da auf diese Weise verhindert wird, dass die Batterie allein durch die von der elektronischen Schutzschaltung benötigte elektrische Energie entladen wird, ist sichergestellt, dass beim Anschluss des elektronischen Geräts an die Batterie genügend elektrische Energie zum Betrieb des elektronischen Geräts zur Verfügung steht. Da die elektronische Schaltungsanordnung derart ausgelegt ist, dass beim Anschluss des elektronischen Geräts an die Batterie auch die Bauelemente der elektronischen Schutzschaltung wieder mit elektrischer Energie versorgt und auf diese Weise aktiviert werden, ist im Betrieb des elektronischen Geräts bzw. der Batterie sichergestellt, dass die Schutzschaltung ordnungsgemäß arbeitet.
Die elektronische Schutzschaltung als Teil der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist derart ausgebildet, dass sie Auftreten einer Fehlfunktion im elektronischen Gerät und/oder in der Energieversorgungseinheit ein Schaltelement, welches in einer die Energieversorgungseinheit mit dem elektronischen Gerät verbindenden Versorgungleitung vorgesehen ist, in einen geöffneten Zustand umschaltet. Eine solche Fehlfunktion kann beispielsweise das Auftreten eines elektrischen Kurzschlusses in der Batterie und/oder im elektronischen Gerät sein. Eine solche Fehlfunktion führt zu einem erhöhten elektrischen Strom in der elektrischen Versorgungsleitung zwischen Batterie und elektronischem Gerät. Die Schutzschaltung kann nun derart realisiert sein, dass sie bei Überschreiten eines maximal zulässigen elektrischen Stroms, der von der Energieversorgungseinheit an das elektronische Gerät geliefert wird, die elektrische Verbindung zwischen der Energieversorgungseinheit und dem elektronischen Gerät durch Umschalten des Schaltelements in den geöffneten Zustand unterbricht. Zur Bestimmung des elektrischen Stroms in der elektrischen Versorgungsleitung kann ein geeigneter Stromsensor vorgesehen sein. In Varianten sind aber auch zahlreiche andere technische Realisierungsformen für geeignete elektronische Schutzschaltungen möglich und dem Fachmann bekannt. Da auch die Bauelemente der elektronischen Schutzschaltung zur Versorgung mit elektrischer Energie über die elektrische Versorgungsleitung mit der Energieversorgungseinheit verbunden sind, ist für den Fall, dass sich das Schaltelement im geöffneten Zustand befindet, auch die elektrische Verbindung zwischen der elektronischen Schutzschaltung und der Energieversorgungseinheit unterbrochen. Somit sind auch die elektrischen/elektronischen Bauelemente der elektronischen Schutzschaltung deaktiviert und verbrauchen keine elektrische Energie.
Die erfindungsgemäße elektronische Schaltungsanordnung umfasst nun ferner eine einen Steuerungsschaltungs-Eingangsanschluss aufweisende elektronische Steuerungsschaltung, mittels welcher das Schaltelement nach Beseitigung des Fehlerzustands wieder in den geschlossenen Zustand umgeschaltet werden kann. Die Steuerungsschaltung übernimmt als eine Art Reset-Funktion. Die Steuerungsschaltung ist hierfür derart ausgebildet, dass sie das Schaltelement in den geschlossenen Zustand umschaltet, sobald das elektronische Gerät am Steuerungsschaltungs-Eingangsanschluss angeschlossen wird. Die elektronische Schaltungsanordnung ist dabei derart aufgebaut, dass mit einem Anschließen des elektronischen Geräts an den Steuerungsleitung-Eingangsanschluss ein Anschließen des elektronischen Geräts an den Versorgungsleitung-Ausgangsanschluss einhergeht. Durch das Umschalten des Schaltelements in den geschlossenen Zustand werden somit sowohl das elektronische Gerät als auch die elektronische Schutzschaltung über die elektrische Versorgungsleitung wieder mit elektrischer Energie von der Energieversorgungseinheit versorgt. Dies bedeutet, dass die volle Funktionalität der elektronischen Schutzschaltung zur Vermeidung von Glüh- und Funkenzündung zur Verfügung steht, sobald das elektronische Gerät über die elektronische Schaltungsanordnung mit der Energieversorgungseinheit verbunden wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die Steuerungsschaltung eine elektronische Komparatorschaltung umfassen, welche ein erstes elektrisches Spannungssignal erzeugt, wenn das elektronische Gerät am Steuerungsschaltung-Eingangsanschluss angeschlossen ist, und ein zweites, vom ersten verschiedenes elektrisches Spannungssignal erzeugt, wenn das elektronische Gerät vom Steuerungsschaltung-Eingangsanschluss getrennt ist. Die Steuerungsschaltung wirkt dabei derart mit dem Schaltelement zusammen, dass bei erzeugtem erstem elektrischem Spannungssignal das Schaltelement in den geschlossenen Zustand geschaltet wird und bei erzeugtem zweiten elektrischen Spannungssignal in den geöffneten Zustand geschaltet wird. Die Komparatorschaltung bewirkt also die gewünschte Umschaltung des Schaltelements zwischen dem geöffneten Zustand und dem geschlossenen Zustand in Abhängigkeit davon, ob das elektronische Gerät zur Energieversorgung am Steuerungsschaltung-Eingangsanschluss angeschlossen ist oder nicht.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann die Komparator-Schaltung ein Komparator-Bauteil umfassen, welches mit einem ersten Eingangsanschluss mit dem Steuerungsschaltungs-Eingangsanschluss verbunden ist und mit einem zweiten Eingangsanschluss mit einer Referenz-Spannungsquelle verbunden ist. Das Komparator-Bauteil weist einen Ausgangsanschluss auf, an welchem das erste elektrische Spannungssignal erzeugt wird, wenn die am ersten Eingangsanschluss des Komparator-Bauteils anliegende elektrische Spannung größer ist als die am zweiten Eingangsanschluss anliegende elektrische Spannung, und an welchem das zweite elektrische Spannungssignal erzeugt wird, wenn die am ersten Eingangsanschluss des Komparator-Bauteils anliegende elektrische Spannung kleiner ist als die am zweiten Eingangsanschluss anliegende elektrische Spannung. Die Detektion, ob das elektronische Gerät am Steuerungsschaltungs-Eingangsanschluss angeschlossen ist, erfolgt dabei derart, dass die Referenz-Spannungsquelle, die am zweiten Eingangsanschluss bereitgestellt ist, mit einer von dem elektronischen Gerät bereitgestellten elektrischen Spannung verglichen wird. Das Ergebnis dieses Vergleichs wird in Form des ersten oder zweiten elektrischen Spannungssignals am Ausgangsanschluss des Komparator-Bauteils bereitgestellt.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann die Steuerungsschaltung eine dem Komparator-Bauteil vorgeschaltete und mit dem ersten Steuerungsschaltung-Eingangsanschluss verbundene elektronische Schaltung umfassen, wobei die elektronische Schaltung derart ausgebildet ist, dass in einem Zustand, in welchem das elektronische Gerät elektrisch mit dem ersten Steuerungsschaltung-Eingangsanschluss verbunden ist, die am ersten Eingangsanschluss des Komparator-Bauteils anliegende elektrische Spannung größer ist als die am zweiten Eingangsanschluss anliegende elektrische Spannung; in einem Zustand, in welchem das elektronische Gerät elektrisch vom Steuerungsschaltung-Eingangsanschluss getrennt ist, ist die am ersten Eingangsanschluss anliegende elektrische Spannung folglich kleiner als die die am zweiten Eingangsanschluss anliegende elektrische Spannung.
Besonders bevorzugt kann das Komparatorbauteil einen Ausgangsanschluss aufweisen, an welchem das erste elektrische Spannungssignal erzeugt wird, wenn die am ersten Eingangsanschluss des Komparator-Bauteils anliegende elektrische Spannung größer ist als die am zweiten Eingangsanschluss anliegende elektrische Spannung. Entsprechend wird das zweite elektrische Spannungssignal erzeugt, wenn die am ersten Eingangsanschluss des Komparator-Bauteils anliegende elektrische Spannung kleiner ist als die am zweiten Eingangsanschluss anliegende elektrische Spannung. Auf diese Weise lässt sich die Komparatorschaltung technisch besonders einfach realisieren. Die elektrische Referenz-Spannung kann verschiedene Gleichspannungswerte, beispielsweise 5V o.ä. aufweisen.
Besonders zweckmäßig kann das Komparator-Bauteil einen Operationsverstärker umfassen. Derartige Operationsverstärker sind kommerziell in großen Mengen verfügbar und eignen sich sehr gut zur Realisierung der vorangehend erläuterten Komparatorschaltung. Die vorangehend vorgestellte Komparatorschaltung unter Verwendung eines Operationsverstärkers lässt sich zudem mit einer geringen Anzahl an weiteren elektronischen Bauteilen, beispielsweise elektrische Widerständen usw. realisieren. Folglich bietet sich die Verwendung eines Operationsverstärkers zur technisch einfachen und somit kostengünstigen Realisierung der Komparatorschaltung bzw. des Komparator-Bauteils an.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung kann die Steuerungsschaltung eine dem Komparator-Bauteil nachgeschaltete elektronische Schaltung umfassen, welche mit dem Schaltelement derart zusammenwirkt, dass bei am Ausgangsanschluss des Komparator-Bauteils erzeugtem ersten elektrischen Spannungssignal das Schaltelement in den geschlossenen Zustand geschaltet wird und bei am Ausgangsanschluss des Komparator-Bauteils erzeugtem zweiten elektrischen Spannungswert in den geöffneten Zustand geschaltet wird.
In einer besonders zweckmäßigen und technisch besonders einfachen und somit kostengünstig herzustellenden Ausführungsform kann die dem Komparator-Bauteil vorgeschaltete elektronische Schaltung eine Spannungsteilerschaltung umfassen. Diese Spannungsteilerschaltung kann wiederum eine elektrische Reihenschaltung mit einem ersten und einem zweiten elektrischen Widerstand aufweisen, mittels welcher der Steuerungsschaltungs-Eingangsanschluss mit einem elektrischen Masseanschluss verbunden ist. Zwischen dem ersten und zweiten elektrischen Widerstand ist ein Anschlusspunkt vorgesehen, welcher elektrisch mit dem Steuerungsschaltungs-Eingangsanschluss verbunden ist. Da das elektronische Gerät einen elektrischen Innenwiderstand aufweist, der im Bereich des ersten und zweiten elektrischen Widerstands liegt, kann bei Anschluss des elektronischen Geräts an die elektronische Schaltungsanordnung unter Verwendung der Spannungsteilerschaltung eine elektrische Eingangsspannung am Steuerungsschaltungs-Eingangsanschluss erzeugt werden, die größer ist als die am zweiten Eingangsanschluss des Komparator-Bauteils anliegende elektrische Referenzspannung. Beim Trennen des elektrischen Geräts vom Anschlusspunkt fällt die am Eingangsanschluss des Komparatorbauteils anliegende elektrische Eingangsspannung unter den Wert der elektrischen Referenzspannung ab.
Besonders zweckmäßig kann der elektrische Widerstand 100 kW und/oder der zweite elektrische Widerstand 150 kW betragen. Bei geeigneter Dimensionierung des Innenwiderstands im elektronischen Geräts wird auf diese Weise die zur Verwirklichung der Komparatorschaltung am Eingangsanschluss des Komparator-Bauteils benötigte elektrische Spannung realisiert. Selbstverständlich sind in Varianten auch andere Werte für die beiden elektrischen Widerstände vorstellbar.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann das Schaltelement als Feldeffekttransistor ausgebildet sein. Gemäß dieser Ausführungsform weist die Steuerungsschaltung ausgangsseitig eine Steuerungsleitung auf, welche elektrisch mit einem Gate-Anschluss des Feldeffekttransistors verbunden ist, so dass der Feldeffekttransistor von der Steuerungsschaltung zwischen dem geöffneten und dem geschlossenen Zustand umgeschaltet werden kann. Die Verwendung von Feldeffekttransistoren, die als Leistungstransistoren ausgebildet sein können, erlaubt eine direkte Integration des Schaltelements in die elektronische Schaltungsanordnung, beispielsweise auf einer Platine o.ä.
Die Erfindung betrifft auch ein elektronisch gesteuertes Energieversorgungssystem für ein elektronisches Gerät mit einer elektronischen Schaltungsanordnung mit einem oder mehreren der vorangehend erläuterten Merkmale sowie mit einer mit dem Versorgungsleitung-Eingangsanschluss verbundenen Energieversorgungseinheit. Mittels der Energieversorgungseinheit, die als wiederaufladbare Batterie ausgebildet sein kann, wird das elektronische Gerät in einem an die elektronische Schaltungsanordnung angeschlossenen Zustand mit elektrischer Energie versorgt.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
In der 1 ist eine erfindungsgemäße elektronische Schaltungsanordnung grobschematisch dargestellt und mit 1 bezeichnet. Die elektronische Schaltungsanordnung 1 umfasst eine elektrische Versorgungsleitung 2 mit einem Versorgungsleitung-Eingangsanschluss 3 und einem Versorgungsleitung-Ausgangsanschluss 4. An den Versorgungsleitung-Eingangsanschluss 3 ist eine elektrische Energieversorgungseinheit 5 in der Art einer wiederaufladbaren Batterie angeschlossen. An den Versorgungsleitung-Ausgangsanschluss 4 kann ein elektronisches Gerät 6 zur Versorgung mit elektrischer Energie aus der Energieversorgungseinheit 5 angeschlossen werden. In der elektrischen Versorgungsleitung 2 ist ein Schaltelement 7 vorgesehen, welches zwischen einem in der 1 gezeigten geöffneten Zustand und einem geschlossen Zustand umschaltbar ist. Im geöffneten Zustand ist die elektrische Verbindung der elektrischen Versorgungsleitung 2 zwischen dem Versorgungsleitung-Eingangsanschluss 3 und dem Versorgungsleitung-Ausgangsanschluss 4 unterbrochen, so dass die an die Versorgungsleitung-Eingangsanschluss 3 angeschlossene Energieversorgungseinheit 5 ein an den Versorgungsleitung-Ausgangsanschluss 4 angeschlossenes elektronisches Gerät 6 nicht mit elektrischer Energie versorgen kann. Im geschlossenen Zustand ist hingegen zwischen den beiden Anschlüssen 3, 4 eine elektrische Verbindung hergestellt, so dass elektrischer Strom von der Energieversorgungseinheit 5 zum elektronischen Gerät 6 fließen kann. Die elektronische Schaltungsanordnung 1 ist derart aufgebaut, dass mit einem Anschließen des externen elektronischen Geräts 6 an den Versorgungsleitung-Ausgangsanschluss 4 ein Anschließen des externen elektronischen Geräts 6 an den Steuerungsleitung-Eingangsanschluss 11 einhergeht und umgekehrt.
Die elektronische Schaltungsanordnung 1 umfasst nun eine elektronische Schutzschaltung 8, welche derart ausgebildet ist, dass sie Auftreten einer Fehlfunktion im elektronischen Gerät 6 und/oder in der Energieversorgungseinheit 5 das Schaltelement 7, in den geöffneten Zustand umschaltet. Eine solche Fehlfunktion kann beispielsweise das Auftreten eines elektrischen Kurzschlusses in der Energieversorgungseinheit 5 und/oder im elektronischen Gerät 6 sein. Eine solche Fehlfunktion kann zu einem erhöhten elektrischen Strom in der elektrischen Versorgungsleitung 2 zwischen Energieversorgungseinheit 5 und elektronischem Gerät 6 führen. Die Schutzschaltung kann nun derart realisiert sein, dass sie bei Überschreiten eines maximal zulässigen elektrischen Stroms, der von der Energieversorgungseinheit 5 an das elektronische Gerät geliefert wird, die elektrische Verbindung zwischen der Energieversorgungseinheit 5 und dem elektronischen Gerät 6 durch Umschalten des Schaltelements 7 in den geöffneten Zustand unterbricht. Zur Bestimmung des elektrischen Stroms in der elektrischen Versorgungsleitung 2 kann ein geeigneter Stromsensor vorgesehen sein.
Da auch die Bauelemente der elektronischen Schutzschaltung 8 zur Versorgung mit elektrischer Energie über die elektrische Versorgungsleitung 2 mit der Energieversorgungseinheit 5 verbunden sind, ist für den Fall, dass sich das Schaltelement im geöffneten Zustand befindet, auch die elektrische Verbindung zwischen der elektronischen Schutzschaltung 8 und der Energieversorgungseinheit 5 unterbrochen. In diesem Fall sind auch die elektrischen/elektronischen Bauelemente der elektronischen Schutzschaltung 8 deaktiviert und verbrauchen keine elektrische Energie.
Zur Aufhebung dieses elektrisch unterbrochenen Zustands der Versorgungsleitung 2 umfasst die elektronische Schaltungsanordnung 1 nun eine elektronische Steuerungsschaltung 10. Diese ist derart ausgebildet, dass sie das Schaltelement 7 in den geschlossenen Zustand umschaltet, wenn das externe elektronische Gerät 6 an den Steuerungsschaltungs-Eingangsanschluss 11 angeschlossen wird. Die elektronische Schaltungsanordnung 1 ist dabei derart aufgebaut, dass mit einem Anschließen des externen elektronischen Geräts 6 an den Steuerungsschaltungs-Eingangsanschluss 11 auch ein Anschließen des elektronischen Geräts 6 an den Versorgungsleitung-Ausgangsanschluss 4 einhergeht. Dies bedeutet, dass ein erneutes Anschließen des elektronischen Geräts 6 an den Versorgungsleitung-Ausgangsanschluss 4 über das simultane Verbinden des elektronischen Geräts 6 mit dem Steuerungsschaltungs-Eingangsanschluss 11 von der Steuerungsschaltung 10 detektiert werden kann. Die Steuerungsschaltung 10 kann hierfür eine elektronische Komparator-Schaltung 12 umfassen, welche ein erstes elektrisches Spannungssignal V₁ erzeugt, wenn das externe elektronische Gerät 6 am Steuerungsschaltungs-Eingangsanschluss 11 angeschlossen ist. Entsprechend erzeugt die Steuerungsschaltung 10 ein zweites elektrisches Spannungssignal V₂, wenn das externe elektronische Gerät 6 elektrisch vom Steuerungsschaltungs-Eingangsanschluss 11 getrennt ist.
Die Steuerungsschaltung 10 wirkt nun derart mit dem Schaltelement 7 zusammen, dass bei erzeugtem erstem elektrischem Spannungssignal V₁ das Schaltelement 7 in den geschlossenen Zustand geschaltet wird und bei erzeugtem zweitem elektrischem Spannungssignal V₂ in den geöffneten Zustand umgeschaltet wird.
Hierzu kann die Komparator-Schaltung 12 ein Komparator-Bauteil 13 umfassen, welches mit einem ersten Eingangsanschluss 14 elektrisch mit dem Steuerungsschaltungs-Eingangsanschluss 11 verbunden ist und mit einem zweiten Eingangsanschluss 15 mit einer Referenz-Spannungsquelle 16 verbunden ist. Das Komparator-Bauteil 13 kann ein herkömmlicher Operationsverstärker sein oder einen solchen umfassen. Das Komparator-Bauteil 14 weist einen Ausgangsanschluss 17 auf, an welchem das erste elektrische Spannungssignal V₁ erzeugt wird, wenn die am ersten Eingangsanschluss 14 des Komparator-Bauteils 13 anliegende elektrische Spannung größer ist als die am zweiten Eingangsanschluss 15 anliegende elektrische Spannung. Entsprechend wird das zweite elektrische Spannungssignal V₂ am Ausgangsanschluss 17 genau dann erzeugt, wenn die am ersten Eingangsanschluss 14 anliegende elektrische Spannung V₁ kleiner ist als die am zweiten Eingangsanschluss anliegende elektrische Spannung.
Die Steuerungsschaltung 10 umfasst des Weiteren eine dem Komparator-Bauteil 13 nachgeschaltete elektronische Schaltung 18, welche mit dem Schaltelement 7 derart zusammenwirkt, dass sie bei am Ausgangsanschluss 17 des Komparator-Bauteils 13 anliegendem ersten elektrischen Spannungssignal V₁ das Schaltelement 7 in den geschlossenen Zustand geschaltet wird und bei am Ausgangsanschluss 17 anliegenden zweiten elektrischen Spannungswert V₂ in den geöffneten Zustand geschaltet wird. Die elektronische Schaltung 18 kann in der Art einer einfachen Steuerungsschaltung, aber auch in der Art eines Mikrocontrollers oder Mikroprozessors oder mittels eines integrierten Schaltkreises (IC) realisiert sein. In diesem Zusammenhang ergeben sich für den Fachmann vielfältige technische Realisierungsmöglichkeiten.
Die Steuerungsschaltung 10 umfasst weiterhin eine dem Komparator-Bauteil 13 vorgeschaltete und mit dem ersten Steuerungsschaltungs-Eingangsanschluss 11 verbundene elektronische Schaltung 19. Die elektronische Schaltung 19 ist derart ausgebildet, dass in einem Zustand, in welchem das elektronische Gerät 5 elektrisch mit dem ersten Steuerungsschaltungs-Eingangsanschluss verbunden ist, die am ersten Eingangsanschluss 14 des Komparator-Bauteils 13 anliegende elektrische Spannung größer ist als die am zweiten Eingangsanschluss 15 anliegende elektrische Spannung. In einem Zustand, in welchem das externe elektronische Gerät 6 elektrisch vom Steuerungsschaltungs-Eingangsanschluss 11 getrennt ist, ist die am ersten Eingangsanschluss 15 anliegende elektrische Spannung kleiner als die am zweiten Eingangsanschluss 15 anliegende elektrische Spannung.
Die dem Komparator-Bauteil 13 vorgeschaltete elektronische Schaltung 19 kann eine Spannungsteiler-Schaltung 20 mit einem ersten und zweiten elektrischen Widerstand 21, 22 umfassen, mittels welcher der Steuerungsschaltungs-Eingangsanschluss 11 mit einem elektrischen Masseanschluss 23 verbunden ist. Zwischen dem ersten und zweiten elektrischen Widerstand 21, 22 ist ein Anschlusspunkt 24 vorgesehen, welcher elektrisch mit dem Steuerungsschaltungs-Eingangsanschluss 11 verbunden ist. Der erste elektrische Widerstand 21 kann beispielsweise 100 kW betragen, und der zweite elektrische Widerstand 22 entsprechend 150 kW betragen. Selbstverständlich sind in Varianten auch andere Werte vorstellbar. Die Dimensionierung der beiden elektrischen Widerstände 21, 22 erfolgt im Zusammenhang mit der von der Referenz-Spannungsquelle 16 bereitgestellten zweiten elektrischen Spannung derart, dass bei Anschluss des externen Geräts 6 an den Steuerungsschaltungs-Eingangsanschluss 11 die am ersten Eingangsanschluss 14 des Komparator-Bauteils 13 anliegende elektrische Spannung größer ist als die am zweiten Eingangsanschluss 15 anliegende elektrische Spannung, so dass am Ausgangsanschluss 17 des Komparator-Bauteils 13 das erste elektrische Spannungssignal erzeugt wird.
Das Schaltelement 7 kann als Feldeffekttransistor ausgebildet sein. Die Steuerungsschaltung 10 kann in diesem Fall ausgangsseitig eine Steuerungsleitung 25 aufweisen, welche elektrisch mit einem Gate-Anschluss des Feldeffekttransistors verbunden ist. Der Feldeffekttransistor kann auf diese Weise von der Steuerungsschaltung 10 zwischen dem geöffneten und dem geschlossenen Zustand umgeschaltet werden.
Im Folgenden wird nun die Funktionsweise der elektronischen Schaltungsanordnung 1 beschrieben. In einem nominellen Betrieb wird das elektronische Gerät 6 über die elektrische Versorgungsleitung 2 an die Energieversorgungseinheit 5 angeschlossen. Das Schaltelement 7 befindet sich im geschlossenen Zustand, so dass sowohl das elektronische Gerät 6 als auch die elektronische Schutzschaltung 8 mit elektrischer Energie aus der Energieversorgungseinheit 5 versorgt werden können. Das Auftreten einer solchen Fehlfunktion, beispielsweise eines elektrischen Kurzschlusses im elektronischen Gerät 6 führt zu einem erhöhten elektrischen Strom in der elektrischen Versorgungsleitung 2 zwischen Energieversorgungseinheit 5 und elektronischem Gerät 6. Die elektronische Schutzschaltung 8 unterbricht bei einem fehlerbedingten Überschreiten eines maximal zulässigen elektrischen Stroms in der elektrischen Versorgungsleitung 2 die elektrische Verbindung zwischen der Energieversorgungseinheit 5 und elektronischem Gerät 6 durch Umschalten des Schaltelements 7 in den geöffneten Zustand. Auf diese Weise wird auch die Stromversorgung der Bauelemente der Schutzschaltung 8 unterbrochen, d.h. die Energieversorgungseinheit 5 ist galvanisch von der Schutzschaltung 8 und vom elektronischen Gerät 6 getrennt und kann sich somit nicht auf unerwünschte Weise entladen. Zur Aufhebung dieses Trennzustands der Energieversorgungseinheit 5 vom elektronischen Gerät 6 muss dieses vom Versorgungsleitungs-Ausgangsanschluss 4 und vom Steuerungsschaltungs-Eingangsanschluss 11 getrennt werden. Ein erneutes Anschließen des elektronischen Geräts 6 an den Versorgungsleitungs-Ausgangsanschluss 4 und simultan dazu an den Steuerungsschaltungs-Eingangsanschluss 11 führt dazu, dass die Steuerungsschaltung 10 das Schaltelement 7 in den geschlossenen Zustand umschaltet. Zur Detektion eines Anschließens des elektronischen Geräts 6 an den Steuerungsschaltungs-Eingangsanschluss 11 umfasst die Steuerungsschaltung 10 die elektronische Komparator-Schaltung 12, die ein erstes elektrisches Spannungssignal V₁ erzeugt, wenn das externe elektronische Gerät 6 am Steuerungsschaltungs-Eingangsanschluss 11 angeschlossen ist. Bei erzeugtem erstem elektrischem Spannungssignal V₁ wird das Schaltelement 7 mittels der elektronischen Schaltung 18 in den geschlossenen Zustand umgeschaltet und der nominelle Betriebszustand der elektronischen Schaltungsanordnung, in welchem die Energieversorgungseinheit 5 das elektronische Gerät über die elektrische Versorgungsleitung 2 mit elektrischer Energie versorgt, ist wiederhergestellt.
Die vorangehend vorgestellte elektronischen Schaltungsanordnung 10 verbundenen sowie die an den Versorgungsleitung-Eingangsanschluss 11 angeschlossene Energieversorgungseinheit 5 bilden für das elektronische Gerät 6 ein elektronisch gesteuertes Energieversorgungssystem 9.

Claims

Elektronische Schaltungsanordnung (1) zur Verwendung in einem explosionsgefährdeten Bereich, – mit einer elektrischen Versorgungsleitung (2), welche an einem Versorgungsleitung-Eingangsanschluss (3) mit einer elektrischen Energieversorgungseinheit (5) verbindbar oder verbunden ist und an einem Versorgungseinheit-Ausgangsanschluss (4) elektrisch mit einem externen elektronischen Gerät (6) zur Versorgung mit elektrischer Energie verbunden ist, – mit einem in der Versorgungsleitung (2) vorgesehenen Schaltelement (7), welches zwischen einem geöffneten Zustand, in welchem es die Versorgungsleitung (2) elektrisch unterbricht, und einem geschlossenen Zustand umschaltbar ist, – mit einer elektronischen Schutzschaltung (8) zur Vermeidung einer Glüh- oder Funkenzündung in der elektronischen Schaltungsanordnung, welche zur Versorgung mit elektrischer Energie zwischen dem Versorgungsleitung-Ausgangsanschluss (4) und dem Schaltelement (7) elektrisch mit der Versorgungsleitung (2) verbunden ist und bei Auftreten einer Fehlfunktion im elektronischen Gerät (6) und/oder in der Energieversorgungseinheit (5) das Schaltelement (7) in den geöffneten Zustand umschaltet, – mit einer einen Steuerungsschaltung-Eingangsanschluss (11) aufweisenden elektronischen Steuerungsschaltung (10), welche derart ausgebildet ist, dass sie das Schaltelement (7) in den geschlossenen Zustand umschaltet, wenn das externe elektronische Gerät (6) an den Steuerungsschaltungs-Eingangsanschluss (11) angeschlossen wird.
Elektronische Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – die Steuerungsschaltung (10) eine elektronische Komparator-Schaltung (12) umfasst, welche ein erstes elektrisches Spannungssignal (V₁) erzeugt, wenn das externe elektronische Gerät (6) am Steuerungsschaltung-Eingangsanschluss (3) angeschlossen ist, und ein zweites elektrisches Spannungssignal (V₂) erzeugt, wenn das externe elektronische Gerät (6) vom Steuerungsschaltung-Eingangsanschluss (11) getrennt ist, – die Steuerungsschaltung (10) derart mit dem Schaltelement (7) zusammenwirkt, dass bei erzeugtem ersten elektrischen Spannungssignal (V₁) das Schaltelement (7) in den geschlossenen Zustand geschaltet wird und bei erzeugtem zweitem elektrischen Spannungssignal (V₂) in den geöffneten Zustand umgeschaltet wird.
Elektronische Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass – die Komparator-Schaltung (12) ein Komparator-Bauteil (13) umfasst, welches mit einem ersten Eingangsanschluss (14) mit dem Steuerungsschaltungs-Eingangsanschluss (11) verbunden ist und mit einem zweiten Eingangsanschluss (15) mit einer Referenz-Spannungsquelle (16) verbunden ist, – das Komparator-Bauteil (13) einen Ausgangsanschluss (17) aufweist, an welchem das erste elektrische Spannungssignal (V₁) erzeugt wird, wenn die am ersten Eingangsanschluss (14) des Komparator-Bauteils (13) anliegende elektrische Spannung größer ist als die am zweiten Eingangsanschluss (15) anliegende elektrische Spannung, und an welchem das zweite elektrische Spannungssignal (V₂) erzeugt wird, wenn die am ersten Eingangsanschluss (14) des Komparator-Bauteils (13) anliegende elektrische Spannung (V₂) kleiner ist als die am zweiten Eingangsanschluss (15) anliegende elektrische Spannung.
Elektronische Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungsschaltung (10) eine dem Komparator-Bauteil (13) vorgeschaltete und mit dem ersten Steuerungsschaltung-Eingangsanschluss (3) verbundene elektronische Schaltung (19) umfasst, wobei diese elektronische Schaltung (19) derart ausgebildet ist, dass in einem Zustand, in welchem das externe elektronische Gerät (6) elektrisch mit dem ersten Steuerungsschaltungs-Eingangsanschluss (11) verbunden ist, die am ersten Eingangsanschluss (14) des Komparator-Bauteils (13) anliegende elektrische Spannung größer ist als die am zweiten Eingangsanschluss (15) anliegende elektrische Spannung, und in einem Zustand, in welchem das externe elektronische Gerät (6) elektrisch vom Steuerungsschaltungs-Eingangsanschluss (11) getrennt ist, kleiner ist als die am zweiten Eingangsanschluss (15) anliegende elektrische Spannung.
Elektronische Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dass die elektronische Schaltungsanordnung (1) derart aufgebaut ist, dass mit einem Anschließen des externen elektronischen Geräts (6) an den Versorgungsleitung-Ausgangsanschluss (4) ein Verbinden des externen elektronischen Geräts (6) mit dem Steuerungsleitung-Eingangsanschluss (11) einhergeht.
Elektronische Schaltungsanordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Komparator-Bauteil (13) einen Operationsverstärker umfasst.
Elektronische Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungsschaltung (10) eine dem Komparator-Bauteil (13) nachgeschaltete elektronische Schaltung (18) umfasst, welche mit dem Schaltelement (7) derart zusammenwirkt, dass bei am Ausgangsanschluss (17) des Komparator-Bauteils (13) erzeugtem ersten elektrischen Spannungssignal (V₁) das Schaltelement (7) in den geschlossenen Zustand geschaltet wird und bei am Ausgangsanschluss (17) des Komparator-Bauteils (13) erzeugtem zweiten elektrischen Spannungswert (V₂) in den geöffneten Zustand geschaltet wird.
Elektronische Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass – die dem Komparator-Bauteil (13) vorgeschaltete elektronische Schaltung (19) eine Spannungsteiler-Schaltung (20) umfasst, – die Spannungsteiler-Schaltung (20) eine elektrische Reihenschaltung mit einem ersten und zweiten elektrischen Widerstand (21, 22) umfasst, mittels welcher der Steuerungsschaltung-Eingangsanschluss (11) mit einem elektrischen Masseanschluss (23) verbunden ist, – zwischen dem ersten und zweiten elektrischen Widerstand (21, 22) ein Anschlusspunkt (24) vorgesehen ist, welcher elektrisch mit dem Steuerungsschaltungs-Eingangsanschluss (11) verbindbar ist.
Elektronische Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste elektrische Widerstand (21) 100kOhm und/oder der zweite elektrische Widerstand (22) 150kOhm beträgt.
Elektronische Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – das Schaltelement (7) als Feldeffekttransistor ausgebildet ist, – die Steuerungsschaltung (10) ausgangsseitig eine Steuerungsleitung (25) aufweist, welche elektrisch mit einem Gate-Anschluss des Feldeffekttransistors verbunden ist, so dass der Feldeffekttransistor von der Steuerungsschaltung (10) zwischen dem geöffneten und geschlossenen Zustand umschaltbar ist.
Elektronisch gesteuertes Energieversorgungssystem (9) für ein elektronisches Gerät, – mit einer elektronischen Schaltungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, – mit einer mit dem Versorgungsleitung-Eingangsanschluss (3) verbundenen Energieversorgungseinheit (5).