DE102019103660A1 - Operating circuit for operating several loads - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Betriebsschaltung zum Betreiben zwischen einem ersten Knoten (11) und einem zweiten Knoten (12) parallel geschalteter Lastzweige (13) mit jeweils einer Last (16) und einem in Reihe zur Last (16) geschalteten ansteuerbaren Schalter (17). Die ansteuerbaren Schalter (17) können beispielsweise durch ein pulsweitenmoduliertes Schaltsignal (P1, P2, P3) zur Steuerung des Stromes durch einen jeweiligen Lastzweig (13) angesteuert und zwischen dem leitenden und dem sperrenden Zustand umgeschaltet werden. Eine Überwachungsschaltung (28) hat einen Komparator (31), mittels dem der Gesamtstrom am zweiten Knoten (12) erfasst und mit einem Referenzwert verglichen wird. Ist der Gesamtstrom am zweiten Knoten (12) zu groß, erzeugt der Komparator (31) ein entsprechendes Signal an seinem Komparatorausgang (34), das wenigstens eine an dem Komparatorausgang (34) angeschlossene Flipflopschaltung (38) von einem Normalbetriebszustand in einen Unterbrechungsanforderungszustand umschalten kann. Im Unterbrechungsanforderungszustand der wenigstens einen Flipflopschaltung (38) wird der ansteuerbare Schalter (17) des wenigstens einen Lastzweiges (13), der der betreffenden Flipflopschaltung (38) zugeordnet ist, in seinem sperrenden Zustand gehalten, um den Überstromzustand zu beenden und die Bauteile der Betriebsschaltung (10) vor Schäden zu schützen.The invention relates to an operating circuit for operating load branches (13) connected in parallel between a first node (11) and a second node (12), each with a load (16) and a controllable switch (17) connected in series with the load (16). The controllable switches (17) can, for example, be controlled by a pulse-width modulated switching signal (P1, P2, P3) to control the current through a respective load branch (13) and toggle between the conductive and the blocking state. A monitoring circuit (28) has a comparator (31) by means of which the total current at the second node (12) is recorded and compared with a reference value. If the total current at the second node (12) is too high, the comparator (31) generates a corresponding signal at its comparator output (34), which can switch at least one flip-flop circuit (38) connected to the comparator output (34) from a normal operating state to an interrupt request state . In the interrupt request state of the at least one flip-flop circuit (38), the controllable switch (17) of the at least one load branch (13), which is assigned to the relevant flip-flop circuit (38), is kept in its blocking state in order to end the overcurrent state and the components of the operating circuit (10) protect from damage.
Description
Die Erfindung betrifft eine Betriebsschaltung zum Betreiben mehrerer parallel geschalteter Lasten. Beispielsweise kann es sich bei den Lasten um Leuchtmittel einer Leuchtmittelanordnung handeln.The invention relates to an operating circuit for operating a plurality of loads connected in parallel. For example, the loads can be lighting means of a lighting means arrangement.
Aus
Aus
Ausgehend vom Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Betriebsschaltung mit einer einfach ausgebildeten Überwachungsschaltung zu schaffen, die bei einem auftretenden Überstrom sehr schnell eine oder mehrere Lastzweige unterbrechen kann.Starting from the prior art, it is an object of the present invention to create an operating circuit with a simply designed monitoring circuit which can very quickly interrupt one or more load branches in the event of an overcurrent.
Ein weiteres Ziel besteht darin, den Platzbedarf für die Überwachungsschaltung zu minimieren. Auch sollen die auftretenden Verluste an der Messschaltung minimiert werden um eine hohe Gesamteffizienz des Gerätes zu erreichen.Another goal is to minimize the space required for the monitoring circuit. The losses that occur in the measuring circuit should also be minimized in order to achieve a high overall efficiency of the device.
Diese Aufgabe wird durch die Betriebsschaltung gemäß Patentanspruch 1 gelöst.This object is achieved by the operating circuit according to claim 1.
Die Betriebsschaltung weist einen ersten Knoten und einen zweiten Knoten auf, zwischen denen mehrere Lastzweige parallel geschaltet sind. In jedem Lastzweig ist eine Last und in Reihe zur Last ein mittels eines Steuereingangs ansteuerbarer Schalter angeordnet. Die Stromflussrichtung ist vom ersten Knoten zum zweiten Knoten. An den ersten Knoten kann beispielsweise eine Stromquelle oder Spannungsquelle, vorzugsweise eine Konstantspannungsquelle, angeschlossen sein. Sämtliche Ströme durch die parallel geschalteten Lastzweige addieren sich im zweiten Knoten.The operating circuit has a first node and a second node, between which several load branches are connected in parallel. A load is arranged in each load branch and, in series with the load, a switch that can be controlled by means of a control input is arranged. The direction of current flow is from the first node to the second node. For example, a current source or voltage source, preferably a constant voltage source, can be connected to the first node. All currents through the load branches connected in parallel add up in the second node.
Eine Ansteuerschaltung ist vorhanden und dazu eingerichtet, für jeden der ansteuerbaren Schalter ein Schaltsignal zu erzeugen. Hierfür ist jeder Steuereingang der ansteuerbaren Schalter mit einem zugeordneten Schaltsignalausgang der Ansteuerschaltung mittelbar verbunden. Die Schaltsignale können pulsweitenmodulierte Signale sein, um die Ströme durch die einzelnen Lastzweige bzw. die einzelnen Lasten zu steuern.A control circuit is provided and set up to generate a switching signal for each of the controllable switches. For this purpose, each control input of the controllable switches is indirectly connected to an assigned switching signal output of the control circuit. The switching signals can be pulse-width modulated signals in order to control the currents through the individual load branches or the individual loads.
Vorzugsweise handelt es sich bei jeder Last um wenigstens ein Leuchtmittel. Jede Last kann mehrere Leuchtmittel aufweisen, die in Reihe zueinander und/oder parallel zueinander geschaltet sind. Bei dem wenigstens einen Leuchtmittel handelt es sich insbesondere um ein Halbleiterleuchtmittel, beispielsweise eine Leuchtdiode. Die Helligkeit des wenigstens einen in einem gemeinsamen Lastzweig angeordneten Leuchtmittels kann durch das Ansteuern des in Reihe geschalteten ansteuerbaren Schalters mittels des zugeordneten Schaltsignals eingestellt werden, insbesondere durch eine Pulsweitenmodulation.Each load is preferably at least one light source. Each load can have a plurality of lighting means that are connected in series and / or in parallel with one another. The at least one lighting means is in particular a semiconductor lighting means, for example a light-emitting diode. The brightness of the at least one luminous means arranged in a common load branch can be set by controlling the controllable switch connected in series by means of the assigned switching signal, in particular by pulse width modulation.
Die Betriebsschaltung weist außerdem eine Überwachungsschaltung auf. Vorzugsweise hat die Überwachungsschaltung einen zentralen Schaltungsteil und für jeden Lastzweig genau einen dezentralen Schaltungsteil. Zu der Überwachungsschaltung gehört ein Komparator, wenigstens eine Flipflopschaltung und für jeden vorhandenen Lastzweig eine Unterbrechungslogikschaltung. Bei einem Ausführungsbeispiel weist der zentrale Schaltungsteil den Komparator und eine einzige zentrale Flipflopschaltung für alle Lastzweige auf. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann der zentrale Schaltungsteil entfallen. In jedem dezentralen Schaltungsteil kann dann ein separater Komparator und eine separate Flipflopschaltung vorhanden sein. In noch einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Anzahl der dezentralen Schaltungsteile kleiner als die Anzahl der Lastzweige, so dass zwei oder mehr Lastzweige jeweils einem gemeinsamen dezentralen Schaltungsteil mit jeweils einem Komparator und einer Flipflopschaltung zugeordnet sind.The operating circuit also has a monitoring circuit. Preferably has the monitoring circuit has a central circuit part and exactly one decentralized circuit part for each load branch. The monitoring circuit includes a comparator, at least one flip-flop circuit and an interrupt logic circuit for each load branch present. In one embodiment, the central circuit part has the comparator and a single central flip-flop circuit for all load branches. In another exemplary embodiment, the central circuit part can be omitted. A separate comparator and a separate flip-flop circuit can then be present in each decentralized circuit part. In yet another exemplary embodiment, the number of decentralized circuit parts is smaller than the number of load branches, so that two or more load branches are each assigned to a common decentralized circuit part, each with a comparator and a flip-flop circuit.
Es ist bevorzugt, wenn die Überwachungsschaltung bzw. der zentrale Schaltungsteil einen einzigen Komparator für sämtliche Lastzweige aufweist.It is preferred if the monitoring circuit or the central circuit part has a single comparator for all load branches.
Der Komparator hat einen ersten Komparatoreingang, einen zweiten Komparatoreingang und einen Komparatorausgang. Der erste Komparatoreingang ist mit einem Referenzspannungspotenzial verbunden. Das Referenzspannungspotenzial ist vorzugsweise konstant vorgegeben und ändert sich während des Betriebs der Lasten an der Betriebsschaltung nicht. Abhängig von der Art und der Anzahl der Lasten bzw. der Lastzweige wird das Referenzspannungspotenzial vorgegeben und für den Betrieb fest eingestellt werden. Die Referenzspannung kann zu Beginn des Betriebs eingestellt werden, beispielsweise über einen Mikrocontroller. Dadurch können zu verschiedenen Betriebsspannungen verschiedene Maximalstromwerte eingestellt werden, so dass die elektrische Leistung des Gerätes konstant bleibt, z.B. 5A Maximalstom bei 24V Betriebsspannung und 2,5A Maximalstom bei 48V Betriebsspannung.The comparator has a first comparator input, a second comparator input and a comparator output. The first comparator input is connected to a reference voltage potential. The reference voltage potential is preferably given constant and does not change during the operation of the loads on the operating circuit. Depending on the type and number of loads or load branches, the reference voltage potential is specified and permanently set for operation. The reference voltage can be set at the start of operation, for example using a microcontroller. This allows different maximum current values to be set for different operating voltages, so that the electrical power of the device remains constant, e.g. 5A maximum current at 24V operating voltage and 2.5A maximum current at 48V operating voltage.
Der zweite Komparatoreingang ist mit dem zweiten Knoten verbunden. Vorzugsweise ist der zweite Knoten über einen Messwiderstand mit einem Bezugspotenzial verbunden, beispielsweise einem Massepotenzial. Am zweiten Komparatoreingang liegt somit die am Messwiderstand anliegende Spannung oder ein Spannungspotenzial an, das die am Messwiderstand anliegende Spannung charakterisiert. Die am Messwiderstand anliegende Spannung kennzeichnet den Gesamtstrom durch alle Lastzweige. Der Komparatorausgang ist mit der Flipflopschaltung oder allen vorhandenen Flipflopschaltungen verbunden.The second comparator input is connected to the second node. The second node is preferably connected to a reference potential, for example a ground potential, via a measuring resistor. The voltage applied to the measuring resistor or a voltage potential that characterizes the voltage applied to the measuring resistor is thus applied to the second comparator input. The voltage applied to the measuring resistor characterizes the total current through all load branches. The comparator output is connected to the flip-flop circuit or all existing flip-flop circuits.
Die wenigstens eine Flipflopschaltung hat einen Setzeingang, einen Rücksetzeingang und einen Flipflopausgang. Entweder sind sämtliche Setzeingänge der vorhandenen Flipflopschaltungen oder sämtliche Rücksetzeingänge der vorhandenen Flipflopschaltung mit dem Komparatorausgang verbunden. Der jeweils andere Eingang, also der Rücksetzeingang bzw. der Setzeingang, jeder Flipflopschaltung kann bei einem Ausführungsbeispiel mit einer Initialisierungsschaltung verbunden sein, die beispielsweise durch die Ansteuerschaltung gebildet sein kann. Über die Initialisierungs- bzw. Ansteuerschaltung kann ein Initialisierungssignal an die wenigstens eine Flipflopschaltung angelegt werden. Das Initialisierungssignal kann bei einem Start bzw. einem Neustart (zum Beispiel nach dem Beheben eines Fehlers) einmalig erzeugt werden. Es dient zum Umschalten der wenigstens einen Flipflopschaltung in einen definierten Ausgangszustand, der einem Normalbetriebszustand entspricht.The at least one flip-flop circuit has a set input, a reset input and a flip-flop output. Either all set inputs of the existing flip-flop circuits or all reset inputs of the existing flip-flop circuit are connected to the comparator output. The respective other input, that is to say the reset input or the set input, of each flip-flop circuit can, in one embodiment, be connected to an initialization circuit which can be formed, for example, by the control circuit. An initialization signal can be applied to the at least one flip-flop circuit via the initialization or control circuit. The initialization signal can be generated once during a start or a restart (for example after an error has been corrected). It is used to switch the at least one flip-flop circuit into a defined initial state which corresponds to a normal operating state.
Über den Komparator kann die wenigstens eine Flipflopschaltung vom Normalbetriebszustand in einen Unterbrechungsanforderungszustand umgeschaltet werden, wenn das Spannungspotenzial am zweiten Knoten das Referenzspannungspotenzial übersteigt. In diesem Fall wird darauf geschlossen, dass der Gesamtstrom durch die Lastzweige zu groß ist und ein Überstromzustand vorliegt. Der Signalzustand am Komparatorausgang des Komparators, der den Überstromzustand kennzeichnet (Spannungspotenzial am zweiten Knoten übersteigt das Referenzspannungspotenzial), ist entweder eine notwendige oder hinreichende Bedingung zum Umschalten der angeschlossenen Flipflopschaltung in den Unterbrechungsanforderungszustand. Bei einem Ausführungsbeispiel kann es erforderlich sein, dass wenigstens eine oder genau eine weitere Bedingung erfüllt wird, um die angeschlossene Flipflopschaltung in den Unterbrechungsanforderungszustand umzuschalten. Durch das Aktivieren des entsprechenden Eingangs jeder Flipflopschaltung, insbesondere des Rücksetzeingangs, erfolgt das Umschalten der wenigstens einen Flipflopschaltung von dem Normalbetriebszustand in den Unterbrechungsanforderungszustand. Vorzugsweise wird dabei der Flipflopausgang von digital HIGH nach digital LOW umgeschaltet. Abhängig von der äußeren Beschaltung kann die wenigstens eine Flipflopschaltung auch einen Flipflopausgang aufweisen und verwenden, bei dem Normalbetriebszustand digital HIGH und im Unterbrechungsanforderungszustand digital HIGH ist.The at least one flip-flop circuit can be switched from the normal operating state to an interrupt request state via the comparator if the voltage potential at the second node exceeds the reference voltage potential. In this case, it is concluded that the total current through the load branches is too large and that there is an overcurrent condition. The signal state at the comparator output of the comparator, which characterizes the overcurrent state (voltage potential at the second node exceeds the reference voltage potential), is either a necessary or sufficient condition for switching the connected flip-flop circuit to the interrupt request state. In one embodiment, it may be necessary for at least one or precisely one further condition to be met in order to switch the connected flip-flop circuit to the interrupt request state. By activating the corresponding input of each flip-flop circuit, in particular the reset input, the at least one flip-flop circuit is switched from the normal operating state to the interrupt request state. The flip-flop output is preferably switched from digital HIGH to digital LOW. Depending on the external circuitry, the at least one flip-flop circuit can also have and use a flip-flop output in which the normal operating state is digital HIGH and in the interrupt request state digital HIGH.
Für jeden Lastzweig ist eine Unterbrechungslogikschaltung vorhanden. Die Unterbrechungslogikschaltung hat einen ersten Logikeingang, einen zweiten Logikeingang und einen Logikausgang. Der Logikausgang ist mit dem Steuereingang des zugeordneten ansteuerbaren Schalters verbunden. Der erste Logikeingang ist mit dem zugeordneten Schaltsignalausgang der Ansteuerschaltung verbunden, so dass am ersten Logikeingang das jeweilige Schaltsignal für den ansteuerbaren Schalter anliegt. Der zweite Logikeingang ist mit dem Flipflopausgang der jeweils zugeordneten Flipflopschaltung verbunden. Jede Unterbrechungslogikschaltung ist dazu eingerichtet, den zugeordneten ansteuerbaren Schalter in den sperrenden Zustand umzuschalten, wenn sich die zugeordnete Flipflopschaltung im Unterbrechungsanforderungszustand befindet. Vorzugsweise ist die Unterbrechungslogikschaltung außerdem dazu eingerichtet, den ansteuerbaren Schalter entsprechend den Vorgaben des Schaltsignals zwischen dem leitenden und dem sperrenden Zustand umzuschalten, wenn sich die zugeordnete Flipflopschaltung im Normalbetriebszustand befindet. Beispielsweise kann die Unterbrechungslogikschaltung als UND-Gatter oder als ODER-Gatter ausgebildet sein.There is an interrupt logic circuit for each load branch. The interrupt logic circuit has a first logic input, a second logic input and a logic output. The logic output is connected to the control input of the assigned controllable switch. The first logic input is connected to the assigned switching signal output of the control circuit, so that the respective switching signal for the controllable switch is present at the first logic input. Of the The second logic input is connected to the flip-flop output of the respectively assigned flip-flop circuit. Each interrupt logic circuit is set up to switch the assigned controllable switch to the blocking state when the assigned flip-flop circuit is in the interrupt request state. The interruption logic circuit is preferably also set up to switch the controllable switch between the conductive and the blocking state in accordance with the specifications of the switching signal when the associated flip-flop circuit is in the normal operating state. For example, the interrupt logic circuit can be designed as an AND gate or as an OR gate.
Die Ausführung der Unterbrechungslogikschaltung hängt davon ab, ob der Flipflopausgang der Flipflopschaltung im Unterbrechungsanforderungszustand digital HIGH oder digital LOW ist. Im ersten Fall (Flipflopausgang ist im Unterbrechungsanforderungszustand digital HIGH) kann die Unterbrechungslogikschaltung beispielsweise als ODER-Gatter ausgebildet sein, im zweiten Fall (Flipflopausgang ist im Unterbrechungsanforderungszustand digital LOW) als UND-Gatter.The execution of the interrupt logic circuit depends on whether the flip-flop output of the flip-flop circuit is digital HIGH or digital LOW in the interrupt request state. In the first case (flip-flop output is digitally HIGH in the interrupt request state), the interrupt logic circuit can be designed as an OR gate, for example, in the second case (flip-flop output is digitally LOW in the interrupt request state) as an AND gate.
Die Überwachungsschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung ist sehr einfach aufgebaut. Über dem Komparator werden Überstromzustände erkannt und im Falle eines erkannten Überstromzustandes wird die wenigstens eine Flipflopschaltung in den Unterbrechungsanforderungszustand umgeschaltet. Dies führt unmittelbar dazu, dass über die Verknüpfung mit der Unterbrechungslogikschaltung das Schaltsignal keinen Einfluss mehr auf den zugeordneten ansteuerbaren Schalter hat, sondern dieser in dem sperrenden Zustand umgeschaltet wird. Wenn eine zentrale Flipflopschaltung vorhanden ist, werden sämtliche Lastzweige im Falle eines Überstromes in dem sperrenden Zustand umgeschaltet. Ist jedem Lastzweig eine separate Flipflopschaltung zugeordnet, können einzelne Lastzweige selektiv in den sperrenden Zustand umgeschaltet werden.The monitoring circuit according to the present invention has a very simple structure. Overcurrent states are recognized via the comparator, and if an overcurrent state is recognized, the at least one flip-flop circuit is switched to the interrupt request state. This leads directly to the fact that, via the link with the interruption logic circuit, the switching signal no longer has any influence on the associated controllable switch, but instead it is switched over in the blocking state. If a central flip-flop circuit is available, all load branches are switched over to the blocking state in the event of an overcurrent. If a separate flip-flop circuit is assigned to each load branch, individual load branches can be selectively switched to the blocking state.
Die Überwachungsschaltung kommt ohne Mikrokontroller aus. Es sind jeweils nur wenige in Reihe geschaltete Bauelemente erforderlich. Insbesondere sind sämtliche Bauelemente zeittaktunabhängig und können unmittelbar ohne auf ein Taktsignal warten zu müssen ihren Schaltzustand ändern, sobald sich ein Zustand an einem oder mehreren der Eingänge ändern. Die Zeitverzögerung zwischen dem Auftreten eines Überstromzustandes (zu großer Gesamtstrom durch sämtliche Lastzweige) und dem Unterbrechen des Stromflusses durch einen oder mehrere Lastzweige kann damit im Nanosekundenbereich unterhalb einer Millisekunde gehalten werden. Die Betriebsschaltung ist daher gegen die Gefahr von Beschädigungen durch Überströme sehr gut geschützt. Energieverluste durch Wärme im Überstromzustand werden aufgrund der schnellen Reaktionszeit verringert. Außerdem weist die Überwachungsschaltung einen einfachen und kostengünstigen Aufbau auf.The monitoring circuit works without a microcontroller. Only a few components connected in series are required in each case. In particular, all components are clock-independent and can change their switching state immediately without having to wait for a clock signal as soon as a state changes at one or more of the inputs. The time delay between the occurrence of an overcurrent condition (excessive total current through all load branches) and the interruption of the current flow through one or more load branches can thus be kept in the nanosecond range below one millisecond. The operating circuit is therefore very well protected against the risk of damage from overcurrents. Energy losses due to heat in the overcurrent state are reduced due to the fast response time. In addition, the monitoring circuit has a simple and inexpensive structure.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Überwachungsschaltung lediglich eine einzige zentrale Flipflopschaltung für alle Lastzweige auf, die im zentralen Schaltungsabschnitt angeordnet ist. Dadurch lassen sich der Schaltungsaufwand sowie die Kosten der Überwachungsschaltung bzw. der Betriebsschaltung reduzieren.In a preferred embodiment, the monitoring circuit has only a single central flip-flop circuit for all load branches, which is arranged in the central circuit section. As a result, the circuit complexity and the costs of the monitoring circuit or the operating circuit can be reduced.
Alternativ dazu ist es auch möglich, jedem Lastzweig jeweils eine separate Flipflopschaltung zuzuordnen, die im jeweiligen dezentralen Schaltungsabschnitt angeordnet ist. Dies ermöglicht das individuelle Trennen eines einzelnen Lastzweigs oder mehrerer der vorhandenen Lastzweige im Falle eines Überstromes. Bei dieser Ausführung kann eine Auswahllogikschaltung vorhanden sein. Die Auswahllogikschaltung hat einen ersten Logikeingang, an dem das zugeordnete Schaltsignal anliegt, einen mit dem Komparatorausgang verbundenen zweiten Logikeingang und einem mit dem Setzeingang oder dem Rücksetzeingang der zugeordneten Flipflopschaltung verbundenen Logikausgang. In jedem dezentralen Schaltungsteil ist eine separate Auswahllogikschaltung vorhanden, so dass für jeden Lastzweig eine separate Auswahllogikschaltung bereitgestellt ist. Über die Auswahllogikschaltung kann erkannt werden, ob zu dem Zeitpunkt, zu dem der Komparator einen zu großen Strom erkannt hat, der zugeordnete Lastzweig aufgrund des anliegenden Schaltsignals in einem leitenden Zustand war. Ist dies der Fall, wird dieser Lastzweig durch Umschalten der Flipflopschaltung in den Unterbrechungsanforderungszustand und das dadurch bewirkte Umschalten des ansteuerbaren Schalters in den sperrenden Zustand unterbrochen. War der betreffende Lastzweig zum Zeitpunkt des Auftretens des Überstromzustandes nicht leitend, ist der Überstromzustand nicht auf diesen Lastzweig zurückzuführen und die Flipflopschaltung bleibt im Normalbetriebszustand, so dass der Lastzweig durch die Überwachungsschaltung nicht unterbrochen bzw. deaktiviert wird.As an alternative to this, it is also possible to assign a separate flip-flop circuit to each load branch, which is arranged in the respective decentralized circuit section. This enables the individual separation of a single load branch or several of the existing load branches in the event of an overcurrent. A selection logic circuit may be included in this implementation. The selection logic circuit has a first logic input to which the assigned switching signal is applied, a second logic input connected to the comparator output and a logic output connected to the set input or the reset input of the assigned flip-flop circuit. A separate selection logic circuit is present in each decentralized circuit part, so that a separate selection logic circuit is provided for each load branch. The selection logic circuit can be used to identify whether the assigned load branch was in a conducting state at the time at which the comparator detected an excessively high current, due to the switching signal applied. If this is the case, this load branch is interrupted by switching the flip-flop circuit to the interrupt request state and the resulting switching of the controllable switch into the blocking state. If the load branch in question was not conducting at the time the overcurrent condition occurred, the overcurrent condition cannot be attributed to this load branch and the flip-flop circuit remains in the normal operating state so that the load branch is not interrupted or deactivated by the monitoring circuit.
Es ist außerdem vorteilhaft, wenn die wenigstens eine Flipflopschaltung jeweils durch ein RS-Flipflop gebildet ist. Vorzugsweise weist jede vorhandene Flipflopschaltung ausschließlich ein RS-Flipflop auf. Weitere Bauelemente können entfallen. Das RS-Flipflop kann durch einen oder mehrere Standard-ICs aufgebaut werden, beispielsweise durch Verknüpfung von zwei NICHT-UND-Gattern (NAND-Gattern).It is also advantageous if the at least one flip-flop circuit is each formed by an RS flip-flop. Each existing flip-flop circuit preferably has only one RS flip-flop. Further components can be omitted. The RS flip-flop can be constructed using one or more standard ICs, for example by combining two NAND gates (NAND gates).
Es ist außerdem vorteilhaft, die Flipflopschaltung derart auszuführen, dass das vom Komparator bereitgestellte und am Setzeingang oder Rücksetzeingang (vorzugsweise Rücksetzeingang) anliegende Komparatorausgangssignal dominant auf den Ausgang wirkt. Das bedeutet, dass mit diesem Komparatorausgangssignal andere Eingangssignale an der Flipflopschaltung sozusagen überschrieben werden können. Die Flipflopschaltung räumt dem Komparatorausgangssignal Vorrang ein. Somit wird erreicht, dass im Falle eines Fehlers unmittelbar beim Start der Betriebsschaltung, insbesondere während der Initialisierung, das Signal am Ausgang der Flipflopschaltung weiterhin durch das Komparatorausgangssignal definiert bleibt.It is also advantageous to design the flip-flop circuit in such a way that the information provided by the comparator and at the set input or Reset input (preferably reset input) applied comparator output signal has a dominant effect on the output. This means that other input signals at the flip-flop circuit can be overwritten, so to speak, with this comparator output signal. The flip-flop circuit gives priority to the comparator output signal. This ensures that in the event of an error immediately when the operating circuit is started, in particular during initialization, the signal at the output of the flip-flop circuit continues to be defined by the comparator output signal.
Bevorzugt ist die Unterbrechungslogikschaltung und/oder die Auswahllogikschaltung durch ein oder mehrere Logikgatter und vorzugsweise jeweils ein UND-Gatter gebildet.The interruption logic circuit and / or the selection logic circuit is preferably formed by one or more logic gates and preferably an AND gate in each case.
Es ist außerdem vorteilhaft, wenn der wenigstens eine Flipflopausgang der wenigstens einen Flipflopschaltung ohne Zwischenschaltung weiterer Logikbauelemente mit dem zweiten Logikeingang der zugeordneten Unterbrechungslogikschaltung verbunden ist. Dadurch können weitere Zeitverzögerungen vermieden werden. Insbesondere ist der wenigstens eine Flipflopausgang unmittelbar mit dem zweiten Logikeingang der Unterbrechungslogikschaltung oder mittelbar über einen Widerstand verbunden.It is also advantageous if the at least one flip-flop output of the at least one flip-flop circuit is connected to the second logic input of the associated interruption logic circuit without the interposition of further logic components. This can avoid further time delays. In particular, the at least one flip-flop output is connected directly to the second logic input of the interruption logic circuit or indirectly via a resistor.
Wenn in der Anmeldung von „Widerstand“ die Rede ist, jeweils ein ohmscher Widerstand gemeint ist.Whenever a "resistor" is mentioned in the registration, an ohmic resistor is meant.
Es ist außerdem vorteilhaft, wenn jeder Logikausgang der Unterbrechungslogikschaltungen ohne Zwischenschaltung weiterer Logikbauelemente mit dem zugeordneten Steueranschluss des ansteuerbaren Schalters verbunden ist. Die Verbindung zwischen einem betreffenden Logikausgang einer Unterbrechungslogikschaltung und dem ansteuerbaren Schalter kann unmittelbar oder mittelbar über einen Widerstand erfolgen.It is also advantageous if each logic output of the interruption logic circuits is connected to the associated control connection of the controllable switch without the interposition of further logic components. The connection between a relevant logic output of an interruption logic circuit and the controllable switch can be made directly or indirectly via a resistor.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist jeder ansteuerbare Schalter durch einen MOSFET gebildet.In a preferred embodiment, each controllable switch is formed by a MOSFET.
Wie erwähnt, kann der zweite Knoten über einen Messwiderstand mit einem Bezugspotenzial verbunden sei. Dieser Messwiderstand kann auch als Shunt bezeichnet werden. Der Messwiderstand ist vorzugsweise durch eine Parallelschaltung mehrerer einzelner Widerstände gebildet.As mentioned, the second node can be connected to a reference potential via a measuring resistor. This measuring resistor can also be referred to as a shunt. The measuring resistor is preferably formed by connecting several individual resistors in parallel.
Es ist bevorzugt, wenn in jedem Leistungszweig lediglich ein einziger ansteuerbarer Schalter vorhanden ist. Vorzugsweise weist die Überwachungsschaltung zusätzlich zu den ansteuerbaren Schaltern in den Leistungszweigen keine weiteren ansteuerbaren Schalter auf. Somit ist dann in jedem möglichen Strompfad von der an den ersten Knoten angeschlossenen Strom- oder Spannungsquelle bis zum Bezugspotenzial lediglich ein einziger ansteuerbarer Schalter vorhanden sein. Die Anzahl der möglichen Strompfade entspricht insbesondere der Anzahl der parallel geschalteten Leistungszweige.It is preferred if there is only a single controllable switch in each power branch. In addition to the controllable switches in the power branches, the monitoring circuit preferably has no further controllable switches. Thus, in each possible current path from the current or voltage source connected to the first node to the reference potential, there is only one single controllable switch. The number of possible current paths corresponds in particular to the number of power branches connected in parallel.
Es ist bevorzugt, wenn die Strom- oder Spannungsquelle in einem separaten Gehäuse unabhängig von der übrigen Betriebsschaltung angeordnet ist. Die Ansteuerschaltung und/oder die Überwachungsschaltung können in jeweils separaten Gehäusen oder einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein. Dadurch wird ein modularer Aufbau der Betriebsschaltung abhängig von der Art und der Anzahl der Lasten bzw. der Lastzweige ermöglicht. Es kann dadurch ein Baukastensystem geschaffen werden.It is preferred if the current or voltage source is arranged in a separate housing independently of the rest of the operating circuit. The control circuit and / or the monitoring circuit can each be arranged in separate housings or in a common housing. This enables a modular structure of the operating circuit depending on the type and number of loads or load branches. A modular system can thereby be created.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Betriebsschaltung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüche, der Beschreibung und den Zeichnungen. Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
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1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Betriebsschaltung mit einer Überwachungsschaltung, die einen zentralen Schaltungsteil und mehrere dezentrale Schaltungsteile hat, -
2 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels zur Bildung eines Messwiderstandes aus parallel geschalteten Einzelwiderständen für die Betriebsschaltung in1 , -
3 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Betriebsschaltung mit einer Überwachungsschaltung, die einen zentralen Schaltungsteil und mehrere dezentrale Schaltungsteile hat,, -
4 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines dezentralen Schaltungsteils der Überwachungsschaltung aus3 , -
5 ein Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Betriebsschaltung mit einer Überwachungsschaltung, die einen zentralen Schaltungsteil und mehrere dezentrale Schaltungsteile hat, -
6 ein Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels eines dezentralen Schaltungsteils der Überwachungsschaltung aus5 , und -
7 eine alternative Ausgestaltung der vorstehenden Ausführungsbeispiele für den Anschluss des Komparators.
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1 a block diagram of an embodiment of an operating circuit with a monitoring circuit which has a central circuit part and several decentralized circuit parts, -
2 a circuit diagram of an exemplary embodiment for the formation of a measuring resistor from individual resistors connected in parallel for the operating circuit in FIG1 , -
3 a block diagram of an embodiment of an operating circuit with a monitoring circuit which has a central circuit part and several decentralized circuit parts, -
4th a block diagram of an embodiment of a decentralized circuit part of the monitoring circuit3 , -
5 a block diagram of a further embodiment of an operating circuit with a monitoring circuit that has a central circuit part and several decentralized circuit parts, -
6 a block diagram of a further embodiment of a decentralized circuit part of the monitoring circuit5 , and -
7th an alternative embodiment of the above embodiments for connecting the comparator.
In
Wie es in
In jedem Lastzweig sind eine Last
Jeder ansteuerbare Schalter
Die Anzahl der Lastzweige
Die Betriebsschaltung
Der zentrale Schaltungsteil
Bei dem in
Der Setzeingang S ist mit einem Initialisierungsausgang
Beim Start des Betriebs der Betriebsschaltung
Über den Komparator
Für die Flipflopschaltung
- - Initialisierung nach dem Start oder Neustart der Betriebsschaltung
10 (Schalten der Flipflopschaltung38 in den Normalbetriebszustand) durch kurzzeitiges Anlegen SI = 1: S = 1 (kurzzeitig) und R = 0 ist, wodurch Q = 1 (Normalbetriebszustand) geschaltet wird; - - Vorliegen eines Überstromzustandes: S = 0 und R = 1, wodurch Q = 0 (Unterbrechungsanforderungszustand) geschaltet wird.
- - Initialization after starting or restarting the operating circuit
10 (Switching the flip-flop circuit 38 in the normal operating state) by briefly applying SI = 1: S = 1 (briefly) and R = 0, whereby Q = 1 (normal operating state) is switched; - - Existence of an overcurrent condition: S = 0 and R = 1, whereby Q = 0 (interrupt request condition) is switched.
Sämtliche dezentralen Schaltungsteile
Die Unterbrechungslogikschaltung
Das Ausführungsbeispiel der Betriebsschaltung
Die Flipflopschaltung befindet sich nach dem Initialisieren mittels des Initialisierungssignals SI nach dem Starten der Betriebsschaltung im Normalbetriebszustand mit Q = 1, S = 0 und R = 0. Erkennt der Komparator
Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel gemäß der
Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der
Erkennt der Komparator 31 einen zu großen Gesamtstromam zweiten Knoten 12 , weil das Spannungspotenzial am zweiten Knoten12 das ReferenzspannungspotenzialUR überschreitet, wird der Komparatorausgang34 desKomparators 31 digital HIGH, was beim Ausführungsbeispiel gemäß der5 und6 dazu führt, dass das Ausgangssignal A digital HIGH ist (A = 1). Das Ausgangssignal A wird an alle dezentralen Schaltungsteile30 und dort anden zweiten Logikeingang 47 der Auswahllogikschaltung 45 übermittelt.Die Auswahllogikschaltung 45 ist beispielsgemäß als UND-Gatter ausgebildet.Der Logikausgang 48 der Auswahllogikschaltung 45 wird aber nur dann digital HIGH, wenn zum Zeitpunkt, zu dem der Komparator31 einen Überstromzustand feststellt, das betreffende SchaltsignalP1 oderP2 oderP3 ebenfalls digital HIGH ist bzw. wird und das Umschalten des zugeordneten ansteuerbaren Schalters17 in den leitenden Zustand anfordert. Somit kann über dieAuswahllogikschaltung 45 erkannt werden, ob der Überstromzustand mitdem zugeordneten Lastzweig 13 in Zusammenhang stehen kann. Ist nämlich das betreffende SchaltsignalP1 oderP2 oderP3 digital LOW, wird der Überstrom durch einen anderen Lastzweig verursacht und dieFlipflopschaltung 38 bleibt in ihrem Normalbetriebszustand, in dem der Flipflopausgang Q digital HIGH ist (Q = 1). Somit kann dann,wenn der Komparator 31 keinen Überstromzustand mehr feststellt, der betreffende Lastzweig13 durch Betreiben des ansteuerbaren Schalters17 weiter verwendet werden.
- Detects the
comparator 31 too large a total current at the second node12th because the voltage potential at the second node12th the reference voltage potentialUR exceeds thecomparator output 34 of thecomparator 31 digital HIGH, which in the embodiment according to5 and6 leads to the output signal A being digital HIGH (A = 1). The output signal A is sent to all decentralized circuit parts30th and there to thesecond logic input 47 theselection logic circuit 45 transmitted. Theselection logic circuit 45 is designed as an AND gate, for example. Thelogic output 48 theselection logic circuit 45 but only becomes digital HIGH if at the time at which thecomparator 31 detects an overcurrent condition, the relevant switching signalP1 orP2 orP3 also digital is or will be HIGH and the switching of the assigned controllable switch17th Requests in the conductive state. Thus, via theselection logic circuit 45 it can be recognized whether the overcurrent condition with the assigned load branch13th may be related. That is the relevant switching signalP1 orP2 orP3 digital LOW, the overcurrent is caused by another load branch and the flip-flop circuit 38 remains in its normal operating state, in which the flip-flop output Q is digital HIGH (Q = 1). Thus, if thecomparator 31 no longer detects an overcurrent condition, the relevant load branch13th by operating the controllable switch17th continue to be used.
Wird hingegeben festgestellt, dass während des Auftretens des Überstromzustandes das Schaltsignal
Somit ist es beim Ausführungsbeispiel gemäß der
Mit dieser abgewandelten Schaltung kann sichergestellt werden, dass das am zweiten Komparatoreingang
Vorzugsweise weist die Überwachungsschaltung
Die Erfindung betrifft eine Betriebsschaltung zum Betreiben zwischen einem ersten Knoten
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 1010
- BetriebsschaltungOperating circuit
- 1111
- ersten Knotenfirst knot
- 1212th
- zweiten Knotensecond knot
- 1313th
- LastzweigLoad branch
- 1414th
- KonstantspannungsquelleConstant voltage source
- 1515th
- MesswiderstandMeasuring resistor
- 15p15p
- parallelgeschalteter Widerstandparallel resistor
- 1616
- Lastload
- 1717th
- ansteuerbarer Schaltercontrollable switch
- 1818th
- Steuereingang Control input
- 2222nd
- Ansteuerschaltung Control circuit
- 2424
- Schaltsignalausgang der Ansteuerschaltung Switching signal output of the control circuit
- 2828
- ÜberwachungsschaltungMonitoring circuit
- 2929
- zentraler Schaltungsteilcentral circuit part
- 3030th
- dezentraler Schaltungsteildecentralized circuit part
- 3131
- KomparatorComparator
- 3232
- erster Komparatoreingangfirst comparator input
- 3333
- zweiter Komparatoreingangsecond comparator input
- 3434
- Komparatorausgang Comparator output
- 3838
- FlipflopschaltungFlip-flop circuit
- 3939
- InitialisierungsausgangInitialization output
- 4040
- UnterbrechungslogikschaltungInterrupt logic circuit
- 4141
- ersten Logikeingang der Unterbrechungslogikschaltungfirst logic input of the interrupt logic circuit
- 4242
- zweiten Logikeingang der Unterbrechungslogikschaltungsecond logic input of the interrupt logic circuit
- 4343
- Logikausausgang der UnterbrechungslogikschaltungLogic output of the interrupt logic circuit
- 4444
- StrombegrenzungswiderstandCurrent limiting resistor
- 4545
- AuswahllogikschaltungSelection logic circuit
- 4646
- ersten Logikeingang der Auswahllogikschaltungfirst logic input of the selection logic circuit
- 4747
- zweiten Logikeingang der Auswahllogikschaltungsecond logic input of the selection logic circuit
- 4848
- Logikausausgang der Auswahllogikschaltung Logic output of the selection logic circuit
- 5050
- KopplungswiderstandCoupling resistance
- 5151
- erste Spannungsteilerwiderstandfirst voltage divider resistor
- 5252
- zweite Spannungsteilerwiderstand second voltage divider resistor
- AA.
- AusgangssignalOutput signal
- M M.
- MassepotenzialGround potential
- P1P1
- SchaltsignalSwitching signal
- P2P2
- SchaltsignalSwitching signal
- P3P3
- SchaltsignalSwitching signal
- FlipflopausgangFlip-flop output
- RR.
- RücksetzeingangReset input
- SS.
- SetzeingangSet input
- SISI
- InitialisierungssignalInitialization signal
- UBUB
- SpannungspotenzialVoltage potential
- URUR
- ReferenzspannungspotenzialReference voltage potential
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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- EP 1118251 B1 [0004]EP 1118251 B1 [0004]
- DE 202011052203 U1 [0005]DE 202011052203 U1 [0005]
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R016 | Response to examination communication | ||
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|
R016 | Response to examination communication |