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Einrichtung zur Überwachung verschiedener Speisegleichspannungen von
Transistorschaltungen auf ihre Ablage vom Sollwert Transistorisierte Geräte sind
empfindlich gegen Überlastung und müssen daher von zu starker Zunahme insbesondere
der Versorgungsspannung geschützt werden. Für die Zuverlässigkeit solcher Geräte
ist außerdem wichtig, daß die Spannungsschwankungen der Stromversorgung an und für
sich gering gehalten werden. Solche Schwankungen, die durch änderungen der Netzspannung,
der Temperatur und der Belastung entstehen können, will man daher überwachen, um
sofort, wenn diese Spannung einen vorgegebenen Wert überschreitet bzw. unterschreitet,
Gegenmaßnahmen treffen zu können.
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Die Erfindung bezieht sich nun auf eine Einrichtung zur Überwachung
verschiedener Speisegleichspannungen von Transistorschaltungen auf ihre Ablage vom
Sollwert, wobei die Über- bzw. Unterschreitung dieses Sollwertes um einen vorgegebenen
Wert signalisiert wird.
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Schaltungsanordnungen beispielsweise zum Abschalten einer Stromversorgungseinrichtung
beim Über-oder Unterschreiten eines vorgegebenen Wertes sind bereits bekannt. Bei
einer bekannten Einrichtung dieser Art liegt die abzuschaltende Stromversorgungseinrichtung
einerseits über einen Transistor direkt am Verbraucher, andererseits an einer Vergleichssteuereinrichtung,
die eine Normalspannungsquelle enthält. Diese Vergleichssteuereinrichtung gibt ein
positives Potential an zwei nachgeschaltete Transistoren ab, wenn die Spannung der
Stromversorgung innerhalb der gewünschten Grenze liegt; sie gibt ein negatives Potential
an die beiden Transistoren ab, wenn die Spannung außerhalb der Grenze liegt. Den
beiden Transistoren nachgeordnet ist eine bistabile Kippschaltung, deren Ausgang
mit der Basis des am Ausgang der Stromversorgung befindlichen Transistors in Verbindung
steht. Überschreitet nun bei dieser Einrichtung die Spannung die vorgegebene Grenze,
so gibt die Vergleichssteuereinrichtung ein negatives Potential an die beiden Transistoren,
die dadurch leitend gesteuert werden und die bistabile Kippschaltung in die andere
Lage umkippen. Am Ausgang dieser Kippschaltung tritt nun eine positive Spannung
auf, die den Transistor an der Stromversorgung sperrt und den Verbraucher von der
Stromversorgung abschaltet.
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Diese Einrichtung wäre für die vorliegende Aufgabe, mehrere Speisespannungen
zu überwachen oder gegebenenfalls abzuschalten - nicht geeignet, da sich der bereits
erhebliche Aufwand an Bauelementen zur Überwachung einer Spannung in einem solchen
Falle noch wesentlich erhöhen würde. Zweck der Erfindung ist es, eine Einrichtung
zu schaffen, bei der mit geringem Aufwand eine Überwachung verschiedener Gleichspannungen
auf ihre Ablage von einem Sollwert möglich ist.
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Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß mit jeder der zu überwachenden
Spannungen, mit Ausnahme der höchsten Spannung, der Emitter jeweils eines Transistors
verbunden ist, dessen Basis jeweils am Abgriff eines Spannungsteilers liegt, die
Klemmen des letzteren mit der nächsthöheren und der nächstniedrigen Spannung verbunden
sind und der so bemessen ist, daß, wenn die drei genannten Spannungen ihren Sollwert
aufweisen, der betreffende Transistor gesperrt ist und daß zwischen das Bezugspotential
und die Kollektoren aller Transistoren ein stromabhängiger Indikator geschaltet
ist.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist darin zu sehen, daß
ein weiterer Transistor vorgesehen ist, der mit seinem Emitter über eine Zenerdiode
an der höchsten zu überwachenden Spannung liegt, dessen Basis an einem Schaltungspunkt
liegt, dessen Potential sich bei Änderung der höchsten Spannung weniger ändert als
diese und dessen Kollektor mit dem stromabhängigen Indikator in Verbindung steht,
wobei der Transistor gerade gesperrt ist, wenn die höchste Spannung ihren Sollwert
aufweist.
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Eine vorteilhafte Ausbildung besteht auch darin, daß ein weiterer
Transistor vorgesehen ist, der mit seiner Basis über eine Zenerdiode an der höchsten
zu überwachenden Spannung liegt, dessen Emitter an
einem Schaltungspunkt
liegt, dessen Potential sich bei Anderung der höchsten Spannung weniger ändert als
diese und dessen Kollektor mit dem stromabhängigen Indikator in Verbindung steht,
wobei der Transistor gerade gesperrt ist, wenn alle oder zumindest die höchste der
zu überwachenden Spannungen ihren Sollwert einnehmen.
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Erfindungsgemäß ist dieser Schaltungspunkt der Abgriff eines Spannungsteiles,
dessen Klemmen mit der höchsten Spannung und der Bezugsspannung verbunden sind.
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Der stromabhängige Indikator kann entweder als Relais ausgebildet
sein, das direkt an die Kollektoren der Transistoren angeschlossen ist, oder aber
so ausgestaltet sein, daß zwischen den Transistorkollektoren und dem Bezugspotential
als stromabhängiger Indikator ein Widerstand liegt, an dessen Spannungsabgriff ein
Schmitt-Trigger, ein Verstärkungstransistor und ein Relais R liegen.
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An Hand der Zeichnung sollen im folgenden die Merkmale der Erfindung
näher erläutert werden.
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F i g. 1 zeigt ein Prinzipschaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltung,
Fig.2 hingegen ein Ausführungsbeispiel zur Überwachung von fünf Spannungen entsprechend
der Erfindung.
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In Fig. 1 sind die zu überwachenden Speisegleichspannungen nach ansteigenden
Potentialen mit t Q, U3, mit UO das allen drei Spannungen gemeinsame Bezugspotential
bezeichnet. Zwischen den Spannungen U3 und Um ist ein erster Spannungsteiler Rt,
R, und zwischen den Spannungen U2 und Um ein zweiter Spannungsteiler Rs, R4 angeordnet.
An die Verbindung der Widerstände Rt, R2 ist die Basis eines pnp-Transistors T1
angeschlossen, an die Verbindung zwischen den Widerständen R p R4 die Basis eines
pnp-Transistors T2. Der Emitter von T1 liegt an der Spannung U2, der Emitter von
T 2 an der Spannung von U1. Die Kollektoren der beiden Transistoren liegen auf gemeinsamen
Potential an Punkt 1.
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Zwischen diesem Potential und dem Potential UO liegt ein Relais R,
das anspricht, wenn mindestens eine der zu überwachenden Spannungen von ihrem Sollwert
abweicht. Zwischen den Potentialen U;3 und UO liegt ferner die Parallelschaltung
aus einer Zenerdiode Zt mit einem nachgeschalteten Widerstand R5 einerseits und
eines aus den Widerständen R6, R7 bestehenden Spannungsteilers andererseits. Zwischen
die letzteren Widerstände ist die Basis eines pnp-Transistors T3 angeschlossen,
dessen Emitter an der Verbindung zwischen Zenerdiode und Widerstand R,5 liegt und
dessen Kollektor über eine Entkopplungsdiode D1 an das Potential des Punktes 1 gelegt
ist.
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Die Spannungsteiler Rl, R2 und R., R4 sowie R,., R, sind so dimensioniert,
daß die Transistoren T1, T2 und T3 gerade gesperrt sind, wenn die Spannungen UL,
U2, U3 ihren Sollwert aufweisen. Der durch die Transistoren Tl, T2 und T3 fließende
Kollektorreststrom ist so gering, daß er zur Betätigung des Relais R nicht ausreicht.
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Überschreitet jetzt beispielsweise die Spannung Q ihren Sollwert
um mehr als einen vorgegebenen Betrag, so wird der Emitter des Transistors T 1 stärker
positiv und der Transistor daher leitend gesteuert.
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Der jetzt fließende Kollektorstrom, der viel größer als im gesperrten
Zustand ist, reicht aus, das Relais R zu betätigen. Der Transistor T2 hingegen wird
bei diesem Betriebsfall mit seiner Basis auf ein höheres
Potential gehoben, also
noch weiter in Sperrichtung gesteuert, so daß sein Kollektorreststrom sinkt.
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Sinkt hingegen die Spannung U., um mehr als den erlaubten Wert unter
ihren Sollwert ab, so wird das Emitterpotential des Transistors T1 erniedrigt, dieser
Transistor infolgedessen noch weiter in Sperrichtung gesteuert. Ferner wird über
den Spannungsteiler R3, R4 auch das Basispotential des Transistors T2 negativer
als der festgehaltene Emitter und dieser Transistor dadurch leitend gesteuert. Sein
Kollektorstrom betätigt das Relais R.
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Steigt die Spannung Ul in zu starkem Maße, so wird der Transistor
T2 über seinen Emitter mit dem gleichen Ergebnis leitend gesteuert, während der
Transistor T1 durch Erhöhung des positiven Basispotentials weiter in Sperrichtung
gesteuert wird.
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Sinkt dagegen die Spannung U1 zu stark ab, so wird der Transistor
T2 durch Erniedrigung seines Emitterpotentials stärker gesperrt, während der Transistor
T 1 durch Erniedrigung seines Basispotentials leitend wird.
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Für den Betriebsfall, daß die Spannung U3 in unerwünschtem Maße absinkt,
wird durch die gleichzeitige Absenkung des Basispotentials von T1 dieser Transistor
leitend, und die Betätigung des Relais R erfolgt analog zu der bisher beschriebenen
Weise.
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Steigt hingegen U3 in zu starkem Maße an, so ist die Überwachung dieser
Spannungsablage durch die Transistoren T1 und T2 nicht möglich. Sie erfolgt in diesem
Fall durch den Transistor T3. Wenn die Spannung U. ihren Sollwert einnimmt, wird
durch die Zenerdiode Zl das Emitterpotential des Transistors T3 so weit herabgesetzt,
daß der letztere bei geeigneter Dimensionierung des Spannungsteilers R6, R7 gerade
gesperrt ist. Steigt die Spannung U3 jetzt an, so wird das Emitterpotential des
Transistors T3 durch die Zenerdiode um den gleichen Betrag erhöht wie die Spannung
C3, wohingegen das Potential an der Basis entsprechend dem Spannungsteilerverhältnis
R,, R7 nur um einen gewissen Bruchteil dieses Betrages steigt. Auf diese Weise wird
der Transistor T3 leitend gesteuert und betätigt durch seinen angestiegenen Kollektorstrom
das Relais.
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In F i g. 2 sind mit Ul bis U5 die nach aufsteigenden Potentialen
geordneten, zu überwachenden Speisegleichspannungen bezeichnet. UO ist das allen
Speisespannungen gemeinsame Bezugspotential.
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Zwischen den Potentialen U5 und UO liegt eine erste Spannungsteilerreihe,
die die Widerstände R8 bis Rtã enthält. An dieser liegen an den Punkten 2 und 3
die zu überwachenden Spannungen U3 und U1. Zwischen den Potentialen U4 und UO liegt
eine zweite Spannungsteilerreihe, bestehend aus den Widerständen Rfl bis R,.,. An
dieser Spannungsteilerreihe liegt zwischen den Widerständen R18 und R19 an Punkt
4 die Spannung U.,.
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Die Emitter der Transistoren T4 bis T7 liegen an den Spannungen UX
bis U1, während ihre Kollektoren über die Widerstände R23 bis R26 an dem Potential
des Punktes 5 liegen. Letzterer ist über den Widerstand R; an UO gelegt. Die Basen
der genannten Transistoren sind über die Strombegrenzerdioden D3 bis D6 an Abgriffe
jeweils einer der beiden Spannungsteilerreihen gelegt. Die Basen der Transistoren
T4 und T6 liegen an Abgriffen der Spannungsteilerwiderstände R9 und RX2 der ersten
Reihe, die Basen der Transistoren T5 und T7 an Abgriffen der Widerstände R17 und
R der zweiten Spannungsteilerreihe.
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Als Strompfad für die Basisströme der Transistoren
T4
bis T7 dienen die Widerstände R28 bis R3l, die alle auf dem Potential UO liegen.
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Der Transistor T8, dessen Kollektor über die Diode D2 auf dem Potential
des Punktes 5 liegt, hat die gleiche Aufgabe wie der Transistor T3 der F i g. 1.
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Der Emitter dieses Transistor liegt über die Zenerdiode Z2 am Potential
U5, seine Basis liegt an einem Abgriff des aus den Widerständen R33 bis R35 gebildeten
Spannungsteilers, der zwischen den Potentialen U5und UO liegt.
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Der Transistor T9, der dazu dient, eine gleiche prozentuale Ablage
aller Spannungen vom Sollwert in negativer Richtung festzustellen, liegt mit seinem
Emitter in der Basiszuleitung des Transistors T8.
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Sein Kollektor ist mit dem Kollektor des letzteren Transistors verbunden
und liegt somit ebenfalls über die Diode D2 am Potential des Punktes 5. Die Basis
dieses Transistors T9 liegt einerseits über den Widerstand R32 am Potential U5,
andererseits über die Strombegrenzerdiode D7 an dem um die Zenerspannung der Zenerdiode
Z2 erniedrigten Potential von U5, dem Punkt 6. Letzterer ist über den Widerstand
R36 mit dem Potential UO verbunden.
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Die npn-Transistoren T10 und Til bilden zusammen mit den Widerständen
R37 bis R42 und dem Kondensator Ct einen Schmitt-Trigger. Der Eingangstransistor
T 10 dieser Kippschaltung liegt mit seiner Basis über den Widerstand R43 am Potential
des Punktes 5. Schließlich ist noch ein Transistor T12 vorhanden, dessen Basis über
einen Widerstand R44 mit dem Kollektor des Ausgangstransistors T 11 des Schmitt-Triggers
verbunden ist. Die Basis des Transistors T12 liegt außerdem über den Widerstand
R45 an der Spannung U2. Der Emitter dieses Transistors liegt an einem Spannungsteiler,
gebildet aus der Diode D8 und dem Widerstand R46, wobei dieser Spannungsteiler zwischen
den Potentialen U2 und Uü liegt. Im Kollektorkreis des Transistors T 12 befindet
sich schließlich das Relais R, das durch eine Diode D9, die als Uberlastungsschutz
für den Transistor dient, überbrückt ist.
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Die Wirkungsweise dieser Schaltung ist auf Grund der ausführlichen
Erläuterung des Prinzips der Erfindung an Hand der F i g. 1 ohne weiteres verständlich.
Sinkt beispielsweise die Spannung U2 um mehr als einen vorgegebenen Wert unter den
Sollwert ab, so wird das Potential am Abgriff des Widerstandes R20 niedriger, das
Basispotential dieses Transistors wird also erniedrigt und der Transistor T7 leitend
gesteuert. Der durch den Kollektorstrom am Widerstand R27 erzeugte Spannungsabfall
übersteigt die Schwelle des Schmitt-Triggers an der Basis des Transistors T 10,
die Kippschaltung gibt ein definiertes Signal an den Transistor T 12 ab, welch letzterer
leitend wird und den Schaltstrom für das Relais R durchschaltet. Übersteigt die
Spannung U2 den Sollwert über den vorgegebenen Betrag, so wird das Emitterpotential
des Transistors T6 erhöht, der Transistor wird leitend usw. Dieselbe Wirkungsweise
der erfindungsgemäßen Schaltung gilt analog auch für die Ablage vom Sollwert einer
der anderen Spannungen U, bis U4. Die Überwachung der positiven Ablage vom Sollwert
der Spannung U5 geschieht durch den Transistor T 8. Dessen Potentialerzeugung an
Emitter und Basis durch die Zenerdiode Z2 und den Spannungsteiler aus den Widerständen
R33, R34, R35 wurde bereits an Hand des Prinzipschaltbildes der F i g. 1 erklärt.
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Für den Betriebsfall, daß alle zu überwachenden Spannungen Um bis
U5 um den gleichen prozentualen Wert über den Sollwert in negativer Richtung absinken,
wird der Transistor T9 benötigt, da die Transistoren T4 bis T7 in diesem Fall alle
gesperrt bleiben. Der Transistor T9, der im Normalzustand gesperrt ist, wertet nur
das Absinken der Spannung U5 aus. Durch die Zenerdiode Z2 und die Diode D7 wird
bei Absinken der Spannung U5 sein Basispotential stärker erniedrigt als über den
Spannungsteiler R33, R34, R35 sein Emitterpotential. Der Transistor wird also leitend,
und sein Kollektorstrom bewirkt über den Schmitt-Trigger und den Transistor T 12
eine Betätigung des Schalters.
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Die erfindungsgemäße Schaltung ist nicht an die Verwendung von pnp-Transistoren
für die Transistoren T4 bis T9 und T12 bzw. an npn-Transistoren für den Schmitt-Trigger
gebunden. Unter geeigneter Umpolung der Spannungen ist auch die Verwendung von npn-Transistoren
für die Überwachungsschaltung bzw. von pnp-Transistoren für den Trigger möglich.