DE1257944B - Anordnung zum UEberwachen von gegen ein Bezugspotential positiven und/oder negativen Spannungen - Google Patents

Anordnung zum UEberwachen von gegen ein Bezugspotential positiven und/oder negativen Spannungen

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DE1257944B
DE1257944B DE1965S0095785 DES0095785A DE1257944B DE 1257944 B DE1257944 B DE 1257944B DE 1965S0095785 DE1965S0095785 DE 1965S0095785 DE S0095785 A DES0095785 A DE S0095785A DE 1257944 B DE1257944 B DE 1257944B
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voltages
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Heinz Kurek
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Siemens AG
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/20Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess voltage
    • H02H3/207Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess voltage also responsive to under-voltage
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/20Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess voltage
    • H02H3/202Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess voltage for dc systems
    • HELECTRICITY
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    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/24Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to undervoltage or no-voltage
    • H02H3/243Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to undervoltage or no-voltage for DC systems

Description

  • 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.

Claims (3)

  1. Patentansprüche: 1. 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 Auslöse-Schaltung führt, dadurch gekennzeichn e t, daß die Meßstellen (U, bis Un) über je eine zweite Zenerdiode (D" bis Dn@ 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 (Ts, bis Tsn) bei gegenseitiger Entkopplung aller Inverterausgänge mit der gemeinsamen Auslöseschaltung verbunden sind.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebsspannung für die Anordnung eine der zu überwachenden Spannungen ist.
  3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Gleichrichteranordnungen bzw. integrierende Schaltungen vorgesehen sind, die sinusförmige Wechselspannungen und/oder Gerätetakte zunächst in Gleichspannungen umwandeln. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschriften Nr.1121187, 1165 734..
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