-
Anordnung zum Überwachen von gegen ein Bezugspotential positiven und/oder
negativen Spannungen Es gibt eine Anzahl von elektrischen Geräten, die zu ihrem
Betrieb mehrere verschiedene Spannungen benötigen und bei denen der Ausfall einer
oder mehrerer dieser Spannungen erhebliche Störungen oder Beschädigungen hervorrufen
kann. Als Beispiel möge ein Magnetbandgerät für Datenverarbeitungsanlagen dienen.
Hier kann der Ausfall einer Spannung z. B. zum Riß eines durch die eingeschriebene
Information sehr wertvollen Magnetbandes führen. Ferner kann etwa durch das Verlöschen
einer Glühlampe, die einer Photozelle zugeordnet ist, eine auf dem Band angebrachte
Markierung nicht mehr erkannt werden, was wiederum zu einer Beschädigung führt.
Auch der im Gerät benötigte Takt muß überwacht werden.
-
Das Absinken oder das Ansteigen der Gleichspannungen oder des Gerätetaktes
um einen bestimmten Betrag oder deren Ausfall soll die Ausschaltung des Magnetbandgerätes
zur Folge haben.
-
Die gestellte Aufgabe könnte z. B. mit Hilfe von Überwachungsrelais
gelöst werden. Für jede Spannung müßten dann zwei sehr eng tolerierte Relais vorgesehen
werden. Das ist aber nicht nur eine teure, sondern auch eine räumlich recht aufwendige
Lösung.
-
Es ist weiter eine Anordnung bekannt, die je einen sogenannten Schmitt-Trigger
zur Feststellung der oberen und der unteren Grenze einer jeden Spannung verwendet.
Die Ausgänge dieser Triggerschaltungen werden über Mischgatter zusammengeführt und
steuern einen gemeinsamen Abschaltkreis. Auch diese Anordnung hat erheblichen Aufwand,
der vor allem bei einer Vielzahl von zu überwachenden Spannungen sehr ins Gewicht
fällt.
-
Ferner ist eine Anordnung zum Überwachen einer Spannung auf die Einhaltung
ihrer oberen und unteren Toleranzgrenze bekannt, bei der ein Widerstand der Reihenschaltung
einer Relaiswicklung mit der Emitter-Kollektor-Strecke eines ersten Transistors
vorgeschaltet ist und die Reihenschaltung von der Emitter-Kollektor-Strecke eines
zweiten Transistors überbrückt ist. Die Basiselektroden beider Transistoren sind
über Zenerdioden mit der zu überwachenden Spannung verbunden. Die Zenerspannungen
der Dioden sind so gewählt, daß der erste Transistor bereits leitend ist, der zweite
Transistor aber noch nicht leitend ist, wenn der Wert der zu überwachenden Spannung
innerhalb der zugelassenen Toleranzgrenzen liegt. Die zu überwachende Spannung ist
dabei gleichzeitig die Betriebsspannung.
-
Die bekannte Anordnung könnte durch Anschalten mehrerer Zenerdioden
mit entsprechenden Zenerspannungen für die Überwachung mehrerer Spannungen auf die
Einhaltung ihrer oberen Toleranzgrenzen erweitert werden. Es ist jedoch nicht möglich,
die bekannte Anordnung auch dahingehend zu erweitern, daß mit ihrer Hilfe gleichzeitig
auch die Einhaltung der unteren Toleranzgrenzen von mehreren Spannungen überwacht
werden kann. Demgegenüber erlaubt die Anordnung nach der Erfindung in einfacher
und zuverlässiger Weise die Überwachung verschiedener positiver oder negativer Versorgungsspannungen,
wobei die Betriebsspannung für die Anordnung selbst eine der zu überwachenden Spannungen
sein kann.
-
Für jede der zu überwachenden Spannungen ist eine Überwachungseinheit
vorgesehen, die so mit einer allen Überwachungseinheiten gemeinsamen Auslöseschaltung
verbunden ist, daß beim Überschreiten oder Unterschreiten einer der für jede der
zu überwachenden Spannungen festgelegten - Toleranzgrenzen der Auslöseschaltung
anspricht.
-
Die Erfindung geht aus von einer Anordnung zum Überwachen von gegen
ein Bezugspotential positiven und/oder negativen Spannungen mit einer Mehrzahl von
Meßstellen, von denen aus jeweils eine erste Zenerdiode mit einer der oberen Toleranzgrenze
einer negativen Spannung bzw. der unteren Toleranzgrenze einer positiven Spannung
entsprechenden Zenerspannung zu einer für alle Meßstellen gemeinsamen Auslöseschaltung
führt. Bei dieser Anordnung besteht die Erfindung darin, daß die Meßstellen über
je eine zweite Zenerdiode mit einer der unteren Toleranzgrenze einer negativen Spannung
bzw. der oberen Toleranzgrenze einer positiven Spannung entsprechenden Zenerspannung
und über je einen der zweiten Zenerdiode nachgeschalteten Inverter bei gegenseitiger
Entkopplung
aller Inverterausgänge mit der gemeinsamen Auslöseschaltung verbunden sind. Der
Inverter ist ein signalumkehrendes Schaltelement.
-
Die Zeichnung zeigt ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel einer Anordnung
zur Überwachung der Versorgungsspannungen und Glühlampen eines Magnetbandgerätes.
-
Die für alle Überwachungseinheiten gemeinsame Auslöseschaltung besteht
aus dem Transistor Tsn+, und einem seiner Emitter-Kollektor-Strecke parallelgeschalteten
Relais A. Die Überwachungseinheiten enthalten jeweils einen über eine Zenerdiode
(z. B. D13) direkt auf die Auslöseschaltung wirkenden Zweig und einen über eine
andere Zenerdiode (z. B. D,1) und eine invertierende Transistorstufe (z. B.
Tsl) wirkenden Zweig.
-
Das Bezugspotential (in der Figur als Erdungszeichen angegeben) wird
bei Verwendung von pnp-Transistoren so festgelegt, daß mindestens eine gegen das
Bezugspotential positive Spannung Un entsteht, während die übrigen Spannungen U,
bis Un-, dagegen negativ sind. U, dient in dem eingegebenen Beispiel als Betriebsspannung.
-
Die Zenerspannungen der Zenerdioden D,1,. D2, bis D", in F i g. 1
werden so ausgewählt, daß sie jeweils den unteren Toleranzgrenzen der zugeordneten
Spannungen U1, U2 bis U" entsprechen. Die Zenerspannungen der Zenerdioden D,3, D2,
bis D., entsprechen dann sinngemäß den oberen Toleranzgrenzen der Spannungen U1;
U2 bis U".
-
Es sei zunächst angenommen, daß alle Gleichspannungen in der gewünschten
Größe vorhanden seien. Dann bewirkt z. B. die Spannung -U, einen Strom über die
Emitter-Basis-Strecke des Schalttransistors Ts,, den Widerstand R" und die leitende
Zenerdiode D,1. Der Transistor Ts, wird dadurch leitend, so daß sein Kollektorpotential
etwa gleich dem Bezugspotential ist. In entsprechender Weise werden alle weiteren
Transistoren Ts2 bis Tsn-, leitend gesteuert. Der Transistor Tsn ist ebenfalls leitend,
da nach Voraussetzung die Zenerdiode Dn, gesperrt ist und der Transistor Tsn über
den Widerstand Rn4 eine negative Steuerspannung erhält.
-
Die Kollektoren aller Transistoren Tsl bis Tsn sind über die Entkopplungsdioden
D12, D22 bis Dna zu-
sammengeschaltet und an die Basis 5 des zur Auslöseschaltung
gehörenden Transistors Tsn+l geführt. Durch die den Dioden D,2, D22 bis Dnz eigenen
Schwellspannungen und durch geeignete Dimensionierung der Widerstände Rn3 und R,
wird bei voraussetzungsgemäß leitender Zenerdiode D", erreicht, daß die Basis 5
des Transistors Tsn+, eine zwar geringe, aber ausreichende positive Spannung gegen
dessen Emitter 4
annimmt, um den Transistor zu sperren. Das ebenfalls zur
Auslöseschaltung gehörende Relais A erhält über den Widerstand R2 Strom und zieht
an, sofern der Drucktastenkontakt 11 geschlossen wird. Über seinen Kontakt
12 hält sich das Relais A selbst. Weitere nicht gezeichnete Kontakte des
Relais schalten das Gerät, dessen Betriebsspannungen überwacht werden sollen, z.
B. ein Magnetbandgerät, ein.
-
Je nach Art der Abweichung der verschiedenen zu überwachenden Spannungen
über die zulässige Toleranz hinaus ergeben sich unterschiedliche Wirkungen. Alle
haben aber zur Folge, daß das Relais A abfällt i und das Gerät ausschaltet.
-
Fall 1. Eine oder mehrere der negativen Spannungen U, bis Um-, brechen
zusammen, z. B. U1: Die Zenerdiode D" wird gesperrt, so daß die positive Spannung
U" an der Basis 2 des Transistors Ts, wirksam wird und ihn ebenfalls sperrt. Das
nunmehr negative Potential am Kollektor 3 des Transistors Ts, wird über die Diode
D,2 der Basis 5 des Transistors Tsn+, zugeführt. Der Transistor Tsn+, wird dadurch
leitend, und das Relais A fällt ab. In entsprechender Weise äußert sich die unzulässige
Verminderung der übrigen negativen Spannungen U2 bis U.-1.
-
Fall 2. Die positive Spannung U" bricht zusammen: Die Zenerdiode D",
wird gesperrt. Die negative Spannung U, wird über den Widerstand R, an der Basis
5 des Transistors Tsn+, wirksam und steuert diesen leitend.
-
Fall 3. Eine oder mehrere der negativen Spannungen U, bis U"-, werden
zu groß, z. B. U1: Die bis dahin gesperrte Zenerdiode Dl, wird leitend. Damit wird
der Basis 5 des Transistors Tsn+, über den Widerstand R13 negative Steuerspannung
zugeführt, und der Transistor Tsn+, wird ebenfalls leitend.
-
Fall 4. Die positive Spannung U", wird zu groß: Die Zenerdiode D",
wird leitend, so daß der sonst über den Widerstand Rn4 leitend gesteuerte Transistor
Tsn gesperrt wird. Damit erhält die Basis 5 des Transistors Tsn+I über den Widerstand
R., und die Ent kopplungsdiode Dn2 negative Steuerspannung, welche den Transistor
Tsn+, leitend macht.
-
Fall 5: Die negative Spannung U, (Betriebsspannung) verändert sich:
Eine geringfügige Verminderung der Spannung - U, wird nicht angezeigt. Erst ein
relativ starkes Absinken führt zu einer genügenden Verminderung des Stromes durch
den Widerstand R2 und das Relais A, so daß dieses schließlich abfällt. Die Erhöhung
der negativen Spannung Ua wird nicht erfaßt.
-
Dieser Mangel kann dadurch behoben werden, daß die Spannung -U, selbst
durch ein weiteres Überwachungselement der genannten Art überwacht wird. Das wurde
in der Figur durch die gestrichelte Verbindung zwischen den Spannungspunkten -Uo
und -U, angedeutet, um die Zeichnung einfach zu halten.
-
Zur Überwachung von Wechselspannungen, wie Sinusspannungen, Gerätetakten
usw. genügt es, entsprechend vielen Gleichspannungs-Überwachungseingängen nach der
Erfindung Gleichrichteranordnungen oder integrierende Schaltungen an sich bekannter
Art vorzuschalten.
-
Die Anordnung nach der Erfindung läßt eine Überwachung von Glühlampen,
die beispielsweise zum Betrieb von Lichtschranken notwendig sind, zu. Erfahrungsgemäß
kann man sich dabei auf die Erfassung von Störungen beschränken, die durch mangelhafte
Lampenkontakte oder durch Unterbrechung der Glühfäden entstehen. Dazu werden die
Glühlampen über getrennte Vorwiderstände mit einer höheren Spannung als ihrer Betriebsspannung
gespeist. Die Werte der Vorwiderstände und die Betriebsdaten der Glühlampen werden
zweckmäßig so aufeinander abgestimmt, daß an den Vorwiderständen etwa ein Drittel
der Betriebsspannung (z. B. U,) abfällt.
-
Zur Vereinfachung der Zeichnung ist nur eine zu überwachende Glühlampe
9 dargestellt. Am Verbindungspunkt 10 der Glühlampe 9 und des Vorwiderstandes R3
ist die Zenerdiode Dl, deren Zenerspannung zwischen 2/3 Uo und U, liegt, angeschlossen.
Im Normalfall ist also die Diode D, gesperrt. Bei Ausfall der Glühlampe 9 vergrößert
sich die Potentialdifferenz des Punktes 10 gegenüber dem Bezugspotential, die
Diode
Dl wird leitend und der Transistor Tsn+, durchgesteuert.
-
Die Diode DZ ist zur gegenseitigen Entkopplung mehrerer Überwachungselemente
für Glühlampen vorgesehen. Sie kann entfallen, wenn nur eine Glühlampe überwacht
wird.
-
Es ist selbstverständlich möglich, an Stelle der der Beschreibung
zugrunde gelegten pnp-Transistoren auch npn-Transistoren zu verwenden. Das wird
vor allem dann zweckmäßig sein, wenn keine zum Betrieb der Schaltungsanordnung ausreichende
negative Spannung zur Verfügung steht, wohl aber eine genügend große positive Spannung.