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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Schaltung. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine elektrische Schaltung, die zwei redundante analoge Eingangssignale auf ein analoges Ausgangssignal abbildet, wobei die elektrische Schaltung eingerichtet ist, das Ausbleiben eines Eingangssignals zu kompensieren.
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Stand der Technik
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Weist eine Anordnung elektrische Steuergeräte auf, die redundante Signale zur Steuerung eines analogen Aktors erzeugen, kann es notwendig/vorteilhaft sein, die von den Steuergeräten ausgegebenen analogen Steuersignale unter Ausnutzung der Redundanz auf ein analoges Steuersignal abzubilden.
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Darstellung der Erfindung
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, diesbezüglich den Stand der Technik zu verbessern.
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Eine erfindungsgemäße Schaltung umfasst einen ersten Signalverdoppler mit einem ersten Eingang, einem ersten Ausgang und einem zweiten Ausgang, einen zweiten Signalverdoppler mit einem zweiten Eingang, einem dritten Ausgang und einem vierten Ausgang, einen ersten Knoten, einen zweiten Knoten, einen dritten Knoten, einen Stromkomparator, ein steuerbares Schaltelement und einen Anschluss zum Treiben einer Last. Der erste Signalverdoppler ist eingerichtet, am ersten Ausgang einen ersten Strom und am zweiten Ausgang einen zweiten Strom auszugeben, wobei der erste Strom und der zweite Strom jeweils einem über den ersten Eingang eingegebenen Strom entsprechen. Der zweite Signalverdoppler ist eingerichtet, am dritten Ausgang einen dritten Strom und am vierten Ausgang einen vierten Strom auszugeben, wobei der dritte Strom und der vierte Strom jeweils einem über den zweiten Eingang eingegebenen Strom entsprechen.
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Der erste Knoten ist mit dem zweiten Knoten verbunden und der erste Knoten ist eingerichtet, dem zweiten Knoten einen fünften Strom zuzuleiten, dessen Stärke einer Summe einer Stromstärke des über den ersten Eingang eingegebenen Stroms und einer Stromstärke des über den zweiten Eingang eingegebenen Stroms entspricht. Der dritte Knoten ist mit dem ersten Ausgang, dem dritten Ausgang und dem steuerbaren Schaltelement verbunden und eingerichtet, dem steuerbaren Schaltelement einen sechsten Strom zuzuleiten, dessen Stärke einer Summe einer Stromstärke des ersten Stroms und einer Stromstärke des dritten Stroms entspricht. Der Stromkomparator ist eingerichtet, das steuerbare Schaltelement zu steuern und den, dem steuerbaren Schaltelement vom dritten Knoten zugeleiteten Strom, dem zweiten Knoten zuzuleiten, wenn ein Unterschied zwischen dem über den ersten Eingang eingegebenen Strom und dem über den zweiten Eingang eingegebenen Strom oberhalb eines oberen Grenzwertes oder unterhalb eines unteren Grenzwertes liegt.
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Der maximal tolerierbare Unterschied kann parametrierbar sein und bspw. bei 5% einer einzugebenden Maximal- oder Sollstromstärke liegen.
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Dabei ist unter dem Begriff „Signalverdoppler“, wie er in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendet wird, insbesondere eine elektronische Schaltung zu verstehen, die an Ihren Ausgängen Ströme ausgibt, deren Stärke der Stromstärke des am Eingang eigegebenen Stroms entspricht. Bspw. kann der Signalverdoppler als (galvanisch getrennter) Gleichstromübertrager ausgeführt sein. Ferner ist unter dem Begriff „Knoten“ wie er in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendet wird, insbesondere ein Punkt in einem elektrischen Netzwerk zu verstehen, der (mindestens) drei Anschlüsse aufweist, bspw. zwei Zuleitungen und einen Abfluss, wobei die Summe der Ströme durch die Anschlüsse immer Null ist. Zuleitungen/Abflüsse können ferner mit gleichrichtenden Elementen (Dioden, Transistoren, Triacs) versehen sein.
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Des Weiteren ist unter dem Begriff „Stromkomparator“, wie er in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendet wird, insbesondere ein Bauteil zu verstehen, welches ein Signal ausgibt, das von der Differenz der Stärke zweier Ströme abgeleitet wird. Zudem ist unter dem Begriff „steuerbares Schaltelement“, wie er in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendet wird, insbesondere ein elektronisches oder ein elektromechanisches Bauteil zu verstehen, das in Abhängigkeit von einem Steuersignal ein über einen Eingang eingegebenen Strom (im Wechsel) an unterschiedlichen Ausgängen auszugeben.
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Somit wird bei einem spontanen Wegfall eines Eingangssignals das Ausgangssignal aus dem verbleibenden Eingangssignal abgeleitet, indem dieses verdoppelt wird, während im Normalbetrieb (in dem die über den ersten und zweiten Eingang eingegebenen Ströme sich nicht oder nur unwesentlich unterscheiden) das Ausgangssignal der Summe der Eingangssignale entspricht. Somit reicht es aus, dass die über den ersten Eingang und den zweiten Eingang eingegebenen Ströme jeweils 50% der Stromstärke I liefern, die zur Versorgung/Steuerung der Last benötigt werden.
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Der Stromkomparator kann eingerichtet sein, zu bewirken, dass der Strom, der dem steuerbaren Schaltelement vom dritten Knoten zugeleitet wird, am Anschluss vorbeigeleitet wird, wenn der Unterschied zwischen dem über den ersten Eingang eingegebenen Strom und dem über den zweiten Eingang eingegebenen Strom zwischen dem unteren Grenzwert und dem oberen Grenzwert liegt.
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Dem ersten Knoten können der erste Strom und der dritte Strom zugeleitet werden und der Stromkomparator kann eingerichtet sein, eine Stromdifferenz auszuwerten, die einer Differenz des über den ersten Eingang eingegebenen Stroms und des über den zweiten Eingang eingegebenen Stroms entspricht.
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Dem ersten Knoten können der über den ersten Eingang eingegebene Strom und der über den zweiten Eingang eingegebene Strom zugeleitet werden und der Stromkomparator kann eingerichtet sein, eine Stromdifferenz auszuwerten, die einer Differenz zwischen dem zweiten Strom und dem vierten Strom entspricht.
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Das steuerbare Schaltelement kann ein Relais sein und der Stromkomparator kann eingerichtet sein, das Relais zu schalten, wenn ein Unterschied zwischen dem über den ersten Eingang eingegebenen Strom und dem über den zweiten Eingang eingegebenen Strom oberhalb eines oberen Grenzwertes oder unterhalb eines unteren Grenzwertes liegt.
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Der Stromkomparator kann eingerichtet sein, einen Alarm auszulösen, wenn der Unterschied zwischen dem über den ersten Eingang eingegebenen Strom und dem über den zweiten Eingang eingegebenen Strom oberhalb des oberen Grenzwertes oder unterhalb des unteren Grenzwertes liegt.
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Bspw. kann das steuerbare Schaltelement über ein zweites Kontaktpaar den Alarm auslösen.
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Der erste Eingang und der zweite Eingang können zur Eingabe zueinander redundanter Signale vorgesehen sein. Ferner können der erste Eingang und der zweite Eingang Analogeingänge sein und der Anschluss ein Analogausgang sein.
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Figurenliste
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Die Erfindung wird nachfolgend in der detaillierten Beschreibung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert, wobei auf Zeichnungen Bezug genommen wird, in denen:
- 1a und 1b Blockdiagramme eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung zeigen;
- 2 eine Ausführungsform des in 1 gezeigten Ausführungsbeispiels illustriert;
- 3a und 3b Blockdiagramme eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung zeigen;
- 4 eine Ausführungsform des in 3 gezeigten Ausführungsbeispiels illustriert; und
- 5 das Schalten des steuerbaren Schaltelements illustriert.
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Dabei sind in den Zeichnungen gleiche oder funktional ähnliche Elemente durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Wege zur Ausführung der Erfindung
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1a und 1b illustrieren ein erstes Ausführungsbeispiel erfindungsgemäßer Schaltungen 10. Die in 1a und 1b schematisch dargestellte Schaltung 10 umfasst zwei Eingänge 12, 14, die bspw. zum Anschluss von Steuergeräten (nicht gezeigt) vorgesehen sein können. Z. B. können, wie in 1a und 1b angedeutet, an den Eingängen 12, 14 die Analogausgänge zweier (redundanter, z. B. baugleicher) Mikrocontroller angeschlossen sein, wobei die Mikrocontroller eingerichtet sind, Ströme in die Schaltung 10 einzugeben, deren Stärke auf 50% einer Sollstromstärke I (die zur Steuerung einer Last benötigt wird) reduziert ist. D. h., anstatt eines Mikrocontrollers, an dessen Analogausgang die Last (nicht gezeigt) direkt angeschlossen ist, können zur ErhöhungderAusfallsicherheit zwei Mikrocontroller vorgesehen sein, die jeweils 50% des zum Treiben der Last vorgesehenen Steuerstroms bereitstellen.
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Wie in 1a und 1b gezeigt, fließen der am Eingang 12 eingegebene Strom in einen ersten Eingang 16 eines ersten Signalverdopplers 18 und der am Eingang 14 eingegebene Strom in einen zweiten Eingang 20 eines zweiten Signalverdopplers 22. Die Signalverdoppler 18, 22 sind als Gleichstromübertrager ausgebildet und geben an ihren Ausgängen 24, 26, 28, 30 Ströme aus, deren Stärke 11, 12 der Stromstärke des am jeweiligen Eingang 16, 20 eingegebenen Stroms entspricht. Die an den Eingängen 16, 20 eingegebenen Ströme werden zudem über Dioden einem ersten Knoten 32 zugeleitet. Der erste Knoten 32 ist über eine weitere Diode mit einem zweiten Knoten 34 verbunden, so dass der aus den Strömen gebildete Summenstrom dem zweiten Knoten 34 zugeleitet und über den mit dem zweiten Knoten 34 verbundenen Anschluss 36 ausgegeben wird (und somit zum Treiben einer am Anschluss 36 angeschlossenen Last beiträgt).
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Unterscheiden sich die an den Eingängen 12, 14 eingegebenen Ströme in ihrer Stärke I1, I2, wird in dem Schaltkreis 38 (der im Folgenden als Stromkomparator bezeichnet wird), ein Differenzstrom (der Stärke I3 = I1 - I2) erzeugt. Der Stromkomparator 38 schaltet in Abhängigkeit von der Stärke I3 des Differenzstroms ein Relais 40 (oder ggf. ein anderes Schaltelement). Wird kein Differenzstrom in dem Stromkomparator 38 erzeugt (bzw. ist der Differenzstrom Null), nimmt das Relais 40 den in 1a gezeigten Schaltzustand ein, wodurch der dritte Knoten 42 mit einem vierten Knoten 44 verbunden ist und die an den Ausgängen 24, 28 der Signalverdoppler 18, 22 ausgegebenen Ströme nicht durch den Anschluss 36 geleitet werden (und somit nicht zum Treiben einer am Anschluss 36 angeschlossenen Last beitragen).
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Fällt (nur) einer der an den Eingängen 12, 14 eingegebenen Ströme weg (bspw. I2 = 0 und I1 > 0), wird in dem Stromkomparator 38 ein Differenzstrom (der Stärke I3 = I1 -I2) erzeugt. Wenn dieser groß genug ist, schaltetet der Stromkomparator 38 das Relais 40. Der Stromkomparator 38 kann bspw. so ausgebildet sein, dass, wenn der Absolutwert der Stärke 13 des Differenzstroms eine Schwelle überschreitet, das Relais 40 geschaltet wird. Hat das Relais 40 den in 1b gezeigten Schaltzustand eingenommen, ist der dritte Knoten 42 mit dem zweiten Knoten 34 verbunden und die Summe der an den Ausgängen 24, 28 ausgegebenen Ströme (in diesem Fall ein Strom mit der Stromstärke I1) trägt zum Treiben einer am Anschluss 36 angeschlossenen Last bei.
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Wie in 2 gezeigt, können die Signalverdoppler 18, 22 als galvanisch getrennte Gleichstromübertrager ausgebildet sein und der Stromkomparator 38 einen galvanisch getrennten Stromwandler 46 umfassen, an dem ausgangsseitig eine Leuchtdiode 48 und eine Relais-Spule 50 angeschlossen sind. Die Leuchtdiode 48 gibt bei einem Unterschied der Stärke 11, 12 der an den Eingängen 12, 14 eingegebenen Ströme ein optisches Signal (Alarm) aus. Zudem versteht es sich, dass neben dem optischen Signal auch ein elektrisches Fehlersignal (Alarm) ausgegeben werden kann, welches bspw. eine übergeordnete Steuerung hinsichtlich des Unterschieds der Stärke 11, 12 der an den Eingängen 12, 14 eingegebenen Ströme arlarmiert.
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3a und 3b illustrieren ein zweites Ausführungsbeispiel erfindungsgemäßer Schaltungen 10, welches sich von dem in 1a, 1b illustrierten Ausführungsbeispiel (unter anderem) dadurch unterscheidet, dass die Eingänge 12, 14 und der Anschluss 36 galvanisch getrennt sind. Wie im Zusammenhang mit 1a und 1b erläutert, können die Eingänge 12, 14 bspw. zum Anschluss von Steuergeräten (nicht gezeigt) vorgesehen sein, indem an den Eingängen 12, 14 die Analogausgänge zweier (redundanter, z. B. baugleicher) Mikrocontroller angeschlossen sind, die eingerichtet sind, Ströme in die Schaltung 10 einzugeben, deren Stärke auf 50% einer Sollstromstärke I (die zur Steuerung einer Last benötigt wird) reduziert ist.
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Wie in 3a und 3b gezeigt, fließen der am Eingang 12 eingegebene Strom in den ersten Eingang 16 des ersten Signalverdopplers 18 und der am Eingang 14 eingegebene Strom in den zweiten Eingang 20 des zweiten Signalverdopplers 22. Die Signalverdoppler 18, 22 sind als galvanisch getrennte Gleichstromübertrager ausgebildet und geben an ihren Ausgängen 24, 26, 28, 30 Ströme aus, deren Stärke 11, 12 der Stromstärke des am jeweiligen Eingang 16, 20 eingegebenen Stroms entspricht. Die am ersten Ausgang 26 und am dritten Ausgang 30 ausgegebenen Ströme werden über Dioden dem ersten Knoten 32 zugeleitet. Der erste Knoten 32 ist über eine weitere Diode mit dem zweiten Knoten 34 verbunden, so dass der aus den Strömen gebildete Summenstrom dem zweiten Knoten 34 zugeleitet und über den mit dem zweiten Knoten 34 verbundenen Anschluss 36 ausgegeben wird (und somit zum Treiben einer am Anschluss 36 angeschlossenen Last beiträgt).
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Unterscheiden sich die über die Eingänge 16, 20 eingegebenen Ströme in ihrer Stärke I1, I2, wird in dem Stromkomparator 38 ein Differenzstrom (der Stärke I3 = I1 - I2) erzeugt. Der Stromkomparator 38 schaltet in Abhängigkeit von der Stärke I3 des Differenzstroms ein Relais 40 (oder ggf. ein anderes Schaltelement). Wird kein Differenzstrom in dem Stromkomparator 38 erzeugt (bzw. ist der Differenzstrom Null), ist nimmt das Relais 40 den in 3a gezeigten Schaltzustand ein, wodurch der dritte Knoten 42 mit dem vierten Knoten 44 verbunden ist und die an den Ausgängen 24, 28 der Signalverdoppler 18, 22 ausgegebenen Ströme nicht durch den Anschluss 36 geleitet werden (und somit nicht zum Treiben einer am Anschluss 36 angeschlossenen Last beitragen).
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Fällt (nur) einer der an den Eingängen 12, 14 eingegebenen Ströme weg (bspw. I2 = 0 und I1 > 0), wird in dem Stromkomparator 38 ein Differenzstrom (der Stärke I3 = I1 - I2) erzeugt. Wenn dieser groß genug ist, schaltetet der Stromkomparator 38 das Relais 40. Der Stromkomparator 38 kann bspw. so ausgebildet sein, dass, wenn der Absolutwert der Stärke 13 des Differenzstroms eine Schwelle überschreitet, das Relais 40 geschaltet wird. Nimmt das Relais 40 den in 3b gezeigten Schaltzustand ein, ist der dritte Knoten 42 mit dem zweiten Knoten 34 verbunden und die Summe der an den Ausgängen 24, 28 ausgegebenen Ströme (in diesem Fall ein Strom mit der Stromstärke I1) trägt zum Treiben einer am Anschluss 36 angeschlossenen Last bei.
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Wie in 4 gezeigt, können die Signalverdoppler 18, 22 als galvanisch getrennte Gleichstromübertrager ausgebildet sein und der Stromkomparator 38 einen galvanisch getrennten Stromwandler 46 umfassen, an dem ausgangsseitig eine Leuchtdiode 48 und eine Relais-Spule 50 angeschlossen sind. Die Leuchtdiode 48 gibt bei einem Unterschied der Stärke 11, 12 der an den Eingängen 12, 14 eingegebenen Ströme ein optisches Signal (Alarm) aus. Zudem versteht es sich, dass neben dem optischen Signal auch ein elektrisches Fehlersignal (Alarm) ausgegeben werden kann, welches bspw. einer übergeordneten Steuerung den Unterschied der Stärke 11, 12 der an den Eingängen 12, 14 eingegebenen Ströme signalisiert.
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5 illustriert das Schalten des steuerbaren Schaltelements 40. 5 zeigt dazu einen möglichen Verlauf der Stromstärken 11, 12, der an den Eingängen 16, 20 eingegebenen Ströme. Solange der Unterschied zwischen dem über den ersten Eingang 16 eingegebenen Strom und dem über den zweiten Eingang 20 eingegebenen Strom unterhalb des oberen Grenzwertes OG und oberhalb des unteren Grenzwertes UG liegt, verbleibt das steuerbare Schaltelement 40 in dem in 1a und 3a gezeigten Schaltzustand. Wenn jedoch, wie in 5 zum Zeitpunkt SZ, der Unterschied zwischen dem über den ersten Eingang 16 eingegebenen Strom und dem über den zweiten Eingang 20 eingegebenen Strom den oberen Grenzwert OG überschreitet (oder den unteren Grenzwert UG unterschreitet) bewirkt der Stromkomparator 38, dass das steuerbare Schaltelement 40 den in 1b und 3b gezeigten Schaltzustand einnimmt. Zudem kann der Stromkomparator 38, wie im Zusammenhang mit 2 und 4 beschrieben, einen Alarm auslösen, wenn der Unterschied zwischen dem über den ersten Eingang 16 eingegebenen Strom und dem über den zweiten Eingang 20 eingegebenen Strom oberhalb des oberen Grenzwertes OG (oder unterhalb des unteren Grenzwertes UG) liegt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Schaltung
- 12
- Eingang
- 14
- Eingang
- 16
- Eingang
- 18
- Signalverdoppler
- 20
- Eingang
- 22
- Signalverdoppler
- 24
- Ausgang
- 26
- Ausgang
- 28
- Ausgang
- 30
- Ausgang
- 32
- Knoten
- 34
- Knoten
- 36
- Anschluss
- 38
- Schaltkreis (Stromkomparator)
- 40
- steuerbares Schaltelement (Relais)
- 42
- Knoten
- 44
- Knoten
- 46
- Stromwandler
- 48
- Leuchtdiode
- 50
- Relais-Spule
- 11
- Stromstärke
- 12
- Stromstärke
- 13
- Stromstärke
- OG
- oberer Grenzwert
- UG
- unterer Grenzwert
- SZ
- Schaltzeitpunkt (Alarm)
