DE1265274B - Anordnung an bistabilen Kippschaltungen zur Vermeidung von Fehlkommandos bei Wiederkehr der Versorgungspannungen nach vorhergehendem Ausfall - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

HOIh

H02h
Deutsche Kl.: 21c-68/50

Nummer: 1265 274

Aktenzeichen: L 49573 VIII b/21 c

Anmeldetag: 21. Dezember 1964

Auslegetag: 4. April 1968

Zur Speicherung von Steuerbefehlen bedient man sich Speicherelemente, beispielsweise einer bistabilen Halbleiterkippschaltung. Diese bistabile Kippschaltung wird durch einen kurzzeitigen Steuerbefehl gekippt und gibt dann während beliebig langer Zeit am Ausgang ein entsprechendes Signal ab.

Bei derartigen Kippschaltungen können nach Ausfall der Versorgungsspannungen Störerscheinungen dadurch auftreten, daß nach Spannungswiederkehr die Schaltung in einer falschen Arbeitslage verbleibt. Der nach Spannungswiederkehr eingenommene Zustand wird durch bereits geringfügige Schaltungsunsymmetrien bedingt. Diese Schaltungsunsymmetrie kann beispielsweise auch von der Umgebungstemperatur abhängig sein. Eine Kippschaltung, die durch einen Steuerbefehl eine bestimmte Arbeitslage eingenommen hat, kann somit nach Wiederkehr der Versorgungsspannungen nach einem Spannungsausfall in unkontrollierbarer Weise entweder die ursprüngliche oder auch eine andere Arbeitslage erhalten. Insbesondere beim Einsatz solcher Speicherelemente in industriellen Steuerungen bzw. datenverarbeitenden Maschinen müssen die Speicherelemente so ausgebildet werden, daß sie jeweils die Lage, die sie vor dem Ausfall der Versorgungsspannungen innehatten, in Erinnerung behalten und sie auch wieder einnehmen, wenn die Versorgungsspannungen wieder eingeschaltet werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Einrichtung bekanntgeworden, bei der die beiden Arbeitsstromzweige der Kippschaltung durch einen sättigbaren Transformator mit gegensinniger Wicklungspolung gekoppelt sind. Durch diesen Transformator wird bezüglich der Kollektorströme in beiden Kreisen eine Unsymmetrie zugunsten des vor Spannungsausfall zuletzt stromführenden Kreises erzielt.

Es hat sich gezeigt, daß bei einer aus Halbleiterelementen aufgebauten bistabilen Kippschaltung nach Wiederkehr der Versorgungsspannungen beide Elemente im ersten Moment Strom ziehen. Erst nach einer bestimmten Zeit kippt die Schaltung in die eine oder die andere Lage. Durch die induktive Kopplung der auf den Transformator entgegengesetzt einwirkenden Kollektorkreise ist jedoch bezüglich des Magnetisierungszustandes des Transformators zwischen beiden entgegenwirkenden Kollektorströmen eine unmittelbare beiderseitige Abhängigkeit im unerwünschten Sinn vorhanden, die häufig zu Fehlschaltungen Anlaß gibt. Der Einfluß des Kollektorstromes in einem Zweig auf den Magnetisierungszustand des magnetischen Bauelementes wirkt dem Einfluß des Kollektorstromes in dem anderen Zweig Anordnung an bistabilen Kippschaltungen zur
Vermeidung von Fehlkommandos bei Wiederkehr der Versorgungsspannungen nach
vorhergehendem Ausfall

Anmelder:

Licentia Patent-Verwaltungs-G. m. b. H.,
ίο 6000 Frankfurt, Theodor-Stern-Kai 1

Als Erfinder benannt:

Karlheinz Faust, 6200 Wiesbaden-Erbenheim

unmittelbar entgegen. Geringfügige Schaltungsunsymmetrien bzw. unausgesuchtes Kernmaterial

ao können deshalb bewirken, daß die wiederkehrende Spannung die Kippschaltung in die unerwünschte Lage zwingt.

Eine bekannte Anordnung vermeidet die Nachteile dieser bekannten Schaltung. Dies wird dadurch eras reicht, daß beiden Schaltelementen der Kippstufe je ein sättigbarer Magnetkern mit je zwei Wicklungen zugeordnet ist, dessen eine Wicklung jeweils in dem Arbeitsstromkreis des zugeordneten Schaltelementes liegt und dessen andere Wicklung jeweils dann von einem gegenüber dem im Öffnungszustand durch die Arbeitsstromwicklung des betreffenden Kernes fließenden Arbeitsstrom entgegengesetzt magnetisierenden Hilfsstrom durchflossen wird, wenn das zugeordnete Schaltelement gesperrt ist.

Die bekannte Schaltung hat sich in der Praxis gut bewährt. Es ist jedoch öfter der Umstand als lästig empfunden worden, daß man bei dieser Schaltung auf den Wicklungsanfang und das Wicklungsende der magnetischen Bauelemente achten muß. Da eine diesbezügliche Kennzeichnung nicht immer von dem Hersteller der Elemente vollzogen wird, ist man gezwungen, diese Kennzeichnung selbst vorzunehmen, was bei der Vielzahl der verwendeten Kippschaltungen zu einem erheblichen Mehraufwand führt.

Es ist auch eine bistabile Schaltung mit zwei Magnetkernen bekannt (deutsche Auslegeschrift 1150 145), die nicht an einen bestimmten Wicklungssinn der magnetischen Bauelemente gebunden ist. Dies wird dadurch erreicht, daß jeweils in den beiden Rückführleitungen der Kippschaltung ein magnetisches Bauelement angeordnet ist, die über einen Widerstand miteinander verbunden sind.

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Bei dieser bekannten Schaltung macht sich in Diode 8 vorgesehen. Die Zenerdiode bewirkt ein bestimmten Fällen der Umstand nachteilig bemerk- sicheres Sperren des Transistors 2 auch für den Fall, bar, daß der Ausgang nicht gegen den Nulleiter wenn die zum Löschen am Eingang E₁ angelegte belastbar ist, da der Strom über i?_ißSi durch den Spannung etwas negativer ist als die Betriebsspannung Arbeitswiderstand des Schaltelementes begrenzt 5 von + 24 Volt. Die Diode 8 verhindert einen Kurzwird, schluß von E_h über die Elemente 7, 9, 10 nach Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die + 24 Volt, wenn die Spannung an E_L positiver ist als Anordnung so zu treffen, daß der Haftspeicher auch +24 Volt.

gegen den Nulleiter belastbar ist unter Beibehaltung Zur Ausbildung des Speichers als Haftspeicher ist

des Vorteils der richtungsunabhängigen Einschaltung io die Spule 9 mit einem Magnetkern, der Kondensator der magnetischen Bauelemente. 10 in Verbindung mit dem Widerstand 11 sowie ein

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt ausgehend von Hilfsstromkreis vorgesehen, der von dem + 30-Volteiner Anordnung an bistabilen Kippschaltungen zur Anschluß über einen Widerstand 12, die Spule 9 und Vermeidung von Fehlkommandos bei Wiederkehr die Diode 10 zum -*- 24-Volt-Anschluß führt. Das der Betriebsspannungen nach vorhergehendem Aus- 15 Kernmaterial der Spule hat zweckmäßig eine anfall mittels eines magnetischen Speicherkernes, bei nähernd rechteckige Hystereseschleife, so daß der der die Kippschaltung aus zwei basisseitig ange- Strom während des Ummagnetisierens und das Prosteuerten komplementären Transistoren (Zustand dukt aus angelegter Spannung und Ummagnetisie-EIN — beide Transistoren leitend; Zustand AUS — rungszeit ungefähr konstante Größen sind. Der Mabeide gesperrt) besteht, von denen jeweils der 20 gnetkern und die Schaltung sind dabei so dimensio-Kollektor des einen Transistors über einen Arbeits- niert, daß der Ummagnetisierungsstrom klein ist widerstand mit der Basis des anderen Transistors gegen den Betriebsstrom, der über die Spule 9 fließt verbunden ist und zwischen den Emittern der beiden und den Transistor 2 aussteuert. Transistoren die Betriebsspannung angelegt ist, ge- Ist der Speicher gelöscht, so fließt innerhalb der

maß der Erfindung dadurch, daß in eine vom Kollek- 25 Verbindungsleitungen zwischen den beiden Transistotor zur Basis führende Verbindungsleitung die Spule ren kein Strom. Strom fließt dagegen im Hilfsstromdes Speicherkernes geschaltet ist, der durch den kreis von+30VoIt über 12,9 und 10 nach+24VoIt. Strom im EIN-Zustand in der einen Richtung und Dieser Strom magnetisiert den Kern in Richtung durch den in einem Hilfskreis erzeugten Strom im von α nach b. Die Diode 10 ist dabei erforderlich, AUS-Zustand in der anderen Richtung in die 30 weil die Basis-Emitter-Strecke des Transistors 2 für Sättigung gebracht wird, und daß zwischen den einen die Richtung des Hilfsstromes nichtleitend ist. Pol der Betriebsspannung und die Basis des Tran- Wird nun das Speichersignal am Eingang E_s ange-

sistors, in dessen Kollektorkreis die Spule liegt, ein legt, so wird der Transistor 1 leitend. Es tritt dadurch Kondensator geschaltet ist, derart, daß beim Ein- der aus den Widerständen 12 und 3 gebildete Spanschalten der Betriebsspannung ein diesen Transistor 35 nungsteiler in Funktion, und das Potential am öffnender Impuls erzeugt wird. Punkt α springt im Einschaltaugenblick in negativer

An Hand eines in der Zeichnung dargestellten Richtung. Da Punkt b zunächst noch auf dem glei-Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher er- dien Potential bleibt, liegt im Einschaltaugenblick läutert. Die bistabile Kippschaltung besteht aus zwei über der Spule 9 eine Spannung, die zur Ummagnetikomplementären Transistoren 1, 2. Der Kollektor des 40 sierung des Kernes von b nach α dient. Der notwen-PNP-Transistors 2 ist über den Arbeitswiderstand 4 dige Ummagnetisierungsstrom fließt über den Widermit der Basis des NPN-Transistors 1 verbunden, stand 6, die Spule 9, die Dioden 8, 7, den Widerdessen Kollektor über den Arbeitswiderstand 3 und stand 3 und den Transistor 1 nach OV. Der Widerandere noch zu beschreibende Elemente mit der stand 6 ist deshalb so dimensioniert, daß der durch Basis des PNP-Transistors in Verbindung steht. 45 ihn fließende Strom einmal den zur Sperrung des Zwischen den Emittern beider Transistoren liegt die Transistors 2 notwendigen Strom, zum anderen den Betriebsspannung von +24 Volt (L ^ +24 Volt; Magnetisierungsstrom zu liefern vermag. 0 ,Δ 0 Volt). Die Schaltung hat zwei stabile Zustände. Nach der Zeit T ist der Kern gesättigt, die Span-

Faßt man die bistabile Kippschaltung als duales nung an der Spule bricht zusammen, und der Strom Speicherelement auf, so ist der eine Zustand der 50 wird größer, wodurch auch der Transistor 2 ausge- »gespeicherte« der andere der »gelöschte« Zustand. steuert wird, der dann den Strom übernimmt. Die In dem ersten Zustand, der durch Anlegen eines Ummagnetisierungszeit ist gleich der Speicherungspositiven Signals am Eingang Zs₅ erreicht wird, sind zeit.

z. B. beide Transistoren leitend. Der Ausgang A liegt Durch zwei gegeneinandergeschaltete Zenerdioden,

dann auf +24VoIt (Ausgang = L). In dem zweiten 55 die zwischen den + 24-Volt-Anschluß und den Zustand, der durch Anlegen eines positiven Signals Punkt α geschaltet werden, kann man bei Spannungsam Eingang E₁ ereicht wird, sind beide Transistoren Schwankungen die Ummagnetisierungsspannung und gesperrt. damit die Ummagnetisierungszeit konstant halten.

Zur eindeutigen Sperrung der Transistoren sind Fällt die Betriebsspannung aus, so wird bei ihrer

zwei Hilfsspannungen — 12VoIt und +30VoIt vor- 60 Wiederkehr der Transistor 1 über den Kondensator gesehen. Der —12-Volt-Anschluß ist über einen 10 und den Widerstand 11 während der Zeit t ausge-Widerstand 5 mit der Basis des NPN-Transistors 1 steuert. Die Zeitkonstante ist dabei so gewählt, daß t verbunden und dient zur Sperrung dieses Transistors. kleiner als T ist. Dadurch ist gewährleistet, daß der Der +30-Volt-Anschluß ist über einen Widerstand 6 Speicherimpuls von der Länge / nur dann den Speimit der Basis des Transistors 2 verbunden und dient 65 eher setzt, wenn der Kern vor dem Spannungsausfall zur Sperrung dieses Transistors. In der Verbindungs- in Speicherrichtung, also in Richtung von b nach a leitung von der Basis des Transistors 2 zum Kollektor magnetisiert war; war nämlich der Speicher vor dem des Transistors 1 sind eine Zenerdiode 7 und eine Spannungsausfall gelöscht (Kern von α nach b magne-

tisiert), so müßte der Kern ummagnetisiert werden. Da dies jedoch die Zeit T erfordert und der Speicherimpuls bereits nach der Zeit t abgeklungen ist, bleibt der Kern in seiner Lage; der Speicher ist daher auch nach Wiederkehr der Betriebsspannung wieder gelöscht.

Der Speicher nimmt daher durch die Maßnahme nach der Erfindung für beide Zustände jeweils den Zustand ein, den er vor Spannungsausfall innehatte.

Um Schwierigkeiten, die sich daraus ergeben, daß nicht alle Versorgungsspannungen gleichzeitig schalten, zu begegnen, ist es zweckmäßig, den Kondensator 10 und den Widerstand 12 über einen Kontakt 14 mit dem + 30-Volt-Anschluß zu verbinden. Außerdem ist dem Widerstand eine Diode 13 nachzuschalten, die für den Hilfsstrom in Durchlaßrichtung gepolt ist.

Beim Abschalten der Spannungen wird zuerst Kontakt 14 und danach Kontakt 15 geöffnet; umgekehrt wird beim Einschalten zuerst Kontakt 15 und danach Kontakt 14 geschlossen. Da die Hilfsspannungen durch 15 nicht geschaltet werden, sperren die Transistoren, solange Kontakt 14 offen ist; über die Spule fließt kein Strom; der Kern hat damit noch die Magnetisierungsrichtung, die er vor der Abschaltung hatte.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Anordnung an bistabilen Kippschaltungen zur Vermeidung von Fehlkommandos bei Wiederkehr der Betriebsspannungen nach vorhergehendem Ausfall mittels eines magnetischen Speicherkernes, bei der die Kippschaltung aus zwei basisseitig angesteuerten komplementären Transistoren (Zustand EIN — beide Transistoren leitend; Zustand AUS — beide gesperrt) besteht, von denen jeweils der Kollektor des einen Transistors über einen Arbeitswiderstand mit der Basis des anderen Transistors verbunden ist und zwischen den Emittern der beiden Transistoren die Betriebsspannung angelegt ist, dadurch gekennzeichnet, daß in eine vom Kollektor zur Basis führende Verbindungsleitung die Spule

(9) des Speicherkernes geschaltet ist, der durch den Strom im EIN-Zustand in der einen Richtung und durch den in einem Hilfskreis erzeugten Strom im AUS-Zustand in der anderen Richtung in die Sättigung gebracht wird, und daß zwischen den einen Pol der Betriebsspannung und die Basis des Transistors (1), in dessen Kollektorkreis die Spule (9) liegt, ein Kondensator (10) geschaltet ist, derart, daß beim Einschalten der Betriebsspannung ein diesen Transistor (1) öffnender Impuls erzeugt wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, bei der der Emitter des NPN-Transistors auf 0 Volt und der Emitter des PNP-Transistors auf positivem Potential, z.B. +24VoIt, liegt sowie bei der eine zusätzliche Hilfsspannung vorhanden ist, die positiver als die Betriebsspannung ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (9) zwischen die Basis des PNP-Transistors (2) und den Kollektor des NPN-Transistors (1) und der Kondensator (10) zusammen mit einem Widerstand (11) zwischen die Basis des NPN-Transistors (1) und den positiven Pol der Hilfsspannung (+30V) geschaltet ist und daß zur Erzeugung des Hilfsstromes der positive Pol der Hilfsspannung (+30 V) über einen Widerstand (12), die Spule (9) und eine parallel zur Basis-Emitter-Strecke des PNP-Transistors (2) in Durchlaßrichtung geschaltete Diode

(10) mit dem positiven Pol der Betriebsspannung (+24V) verbunden ist.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des PNP-Transistors (2) über einen Widerstand (6) mit dem positiven Pol der Hilfsspannung und die Basis des NPN-Transistors (1) über einen Widerstand (5) mit dem negativen Pol einer zusätzlichen Hilfsspannung verbunden ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1 050 376,

225, 1138 099, 1150 145;
AEG-Druckschrift »Meßwesen« Logistat, Reihe I

vom April 1963, S. 15.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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