DE1904647A1 - Elektronischer Schwellwertschalter zur UEberwachung eines Stromes oder einer Spannung - Google Patents

Elektronischer Schwellwertschalter zur UEberwachung eines Stromes oder einer Spannung

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DE1904647A1
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DE19691904647
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Helmut Berner
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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    • 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
    • H02H3/08Emergency 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 current
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/30Modifications for providing a predetermined threshold before switching

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  • Electronic Switches (AREA)

Description

  • "Elektronischer Schwellwertschalter zu Uberwachung eines Stromes oder einer Spannung3' Die Erfindung betrifft einen elektronischen Schwellwertschalter zur Uberwachung eines Stromes oder einer Spannung, der als Steuerschalter bei einem elektronischen Langzeitschaltgerät verwendbar ist und der beim Erreichen eines vorgegebenen,Schwellwertes der überwachten elektrischen Größe unabhängig von Temperatureinflüssen dadurch anspricht und schaltet, daß im Steuerstromkreis eines Transistors, der die Eingangsstufe des Schwellwertschalters bildet, die überwachte elektrische Größe als Spannung eingeprägt und mit einer konstanten Gegengleichspannung sowie einer entgegengesetzt zur Durchlaßrichtung des Transistor-Emitters gepolten Diode in Reihe geschaltet ist.
  • Es ist ein transistoriertes monostabiles, elektronisches Langzeitschaltgerät bekannt, das als Eingangs stufe eine Schwellwertstufe enthalt, der eine Verstärkerstufe und eine niederohmige Schaltstufe nachgeschaltet sind. Im Steuerstromkreis des Transistors der Sehwellwertstufe liegen in Reihe geschaltet ein aus dem Gerät herausgeführter Spannungsanschluß für eine zu überwachende Gleichspannung, eine konstante Gegenspannung, mit der die Höhe des Schwellwertes vorgegeben wird, bei dem die Stufe ansprechen soll, des weiteren eine entgegengesetzt zur Durchlaßrichtung des Transistor-Emitters gepolte Diode und schließlich ein Basis-und ein Emitterwiderstand. Die Polarität der zu über wachenden Spannung ist so gewählt, daß sie den Emitter des Transistors in der Durchlaßrichtung vorspannt und die Diode sperrt. Der Steuerstromkreis enthält ferner eine Gleichstromquelle, die an der Reihenschaltung Basiswiderstände, Steuerstrecke und Emitterwiderstand des Transistors angeschlossen ist und den Emitter in der Durchlaßrichtung vorspannt.
  • Wird die überwachte Spannung größer als die Gegenspannung und überschreitet sie den vorgegebenen Schwellwert, dann ist die Diode gesperrt und es fließt aus der Gleichstromquelle ein Durchlaßstrom über den Emitter, der den Transistor aufsteuert. Die nachgeschalteten Stufen sind dann ebenfalls aufgesteuert. Dabei wird der Xondensator eines RC-Gliedes über den Schaltstufentransistor sehr schnell entladen, und es schaltet ein Transistor in der Ausgangsstufe des Langzeitschaltgerätes bzw. den Erregerstrom des Schaltschützes ein. Schon wenn der Schwellwert nur kurzzeitig überschritten wird, spricht die Schwellwertstufe an, und die Ausgangsstufe schaltet den Strom ein. Wenn anschließend die überwachte Spannung wieder unter dem Schwellwert liegt, hält die Ausgangsstufe den Strom so lange eingeschaltet, wie die Ladezeitkonstante des Zeitgliedkondensators gewahlt ist Das bekannte Langzeitschaltgerät ist nur für die tberwachung eines Gleichstromes oder einer Gleichspannung eingerichtet. Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, einen elektronischen Schwellwertschalter auch zur über wachung eines Wechselstromes oder einer Wechselspannung zu schaffen, der bei einem elektrnnischen Langzeitschaltgerät der oben beschriebenen Art als Steuerschalter verwendbar ist. Ein derart eingerichtetes Langzeitschaltgerät ist zur überwachung von wechselstrombetriebenen Anlagen geeignet, da es anspricht und eine Schalthandlung auslöst, sobald die überwachte Wechselgröße ein vorbestimmtes Niveau (Schwellwert) überschreitet. Ähnliche Aufgaben sind auch in der elektronischen Meß- und Prüftechnik gestellt. Als Beispiel sei hier nur die Qualitätsprüfung von Halbleiter-Gleichrichtern unter Wechselspannungsbelastung erwähnt. Mit einer Wechselspannung vorgegebener Amplitude wird hierbei in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung der Gleichrichter-Sperrstrom überprüft. überschreitet der Sperrstrom eine höchstzulässige Größe, so soll ein Arbeitsvorgang ausgelöst werden, bei dem der Prüfling ausgeschieden oder entsprechend klassifiziert wird.
  • Der Schwellwertschalter gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß mit einer Kaskade von zwei zueinander komplementären Transistoren 3, 4 als Eingangsstufen des Langzeitschalters, die mit zwei in Reihe geschalteten Widerständen 6, 7 zusammen eine Brückenanordnung bilden, bei der an den Widerständen 6, 7 konstante Gleichspannungen derart gerichtet anliegen, daß sie die Emitter der Transistoren 3 und 4 in die Durchlaßrichtung polen, und bei der die an einem Meßwiderstand 2 überwachte elektrische Größe als Spannung zwischen dem Verbindungspunkt der Widerstände 6, 7 und dem Verbindungspunkt von zwei in bekannter Weise im Steuerstromkreis an der Basisseite der komplementären Transistoren 3 und 4 entgegengesetzt zur Durchlaßrichtung der Emitter geschalteten Dioden 31, 41 eingeprägt ist, der Schwellwertschalter unabhängig von der Polarität der überwachten elektrischen Größe anspricht und schaltet Weitere Ausbildungen des Schwellwertschaltergerätes der Erfindung bestehen darin, daß ein dritter Transistor vom gleichen Leitungstyp wie der erste Kaskadentransistor der Eingangsstufen diesen Stufen nachgeschaltet ist und eine Steuerschaltstufe bildet und daß die konst-anten Teilgleichspannungen mittels einer temperaturunabhängigen, spannungsstabilisierten Potentiometeranordnung vorgegeben sind und daß ferner die spannungsstabilisierte Potentiometeranordnung sowie die Steuerschaltstufe eine gemeinsame Gleichstromversorgung haben.
  • Die Figur zeigt eine Ausführungsf6rm der Erfindung und zwar das Schaltbild eines elektronischen Schwellwertschalterss der als elektronischer Steuerschalter am Eingang eines elektronischen Langzeitschaltgerätes für die überwachung der Sperrströme von vier Halbleiterdioden, die eine fertige Graetzbrückenschaltung bilden, verwendet wird.
  • Die Dioden-Graetzbrücke 1 liegt mit einem Neßwiderstand 2 in Reihe geschaltet an einer Prüfwechselspannung UW konstanter Größe. Durch den Meßwiderstand fließt mit abwechselnder Polarität der Sperrstrom der Diodenpaare 21, 23 und 22, 240 Bei jedem Spannungsmaximum der Prüfwechselspannung tritt auch ein Sperrstrommaximum auf(in positiver und negativer Richtung; An Meßwiderstand 2 entstehen demnach Spannungen mit abwechselnder Polarität. Mit Hilfe des Schwellwertschalters soll nun in beiden Polaritäten die Größe der Sperrströme (Scheitelwente) überwacht werden Wird eine vorbestimmte Spernstrome,röße im Scheitel überschritten, spricht der Schwellwertschalter an und löst mit Hilfe des nachgeschalteten Langzeitschaltgerätes eine geeignete Schalthandlung aus, durch die z. B der Prüfvorgang beendet und derPrüfling 1 klassifiziert wird Der Schwellwertschalter enthält eine Kaskade von drei Transistoren, 3, 4, 5, von denen die Transistoren 3 und 4 zueinander komplementär sind und der Transistor 5 den gleichen Leitungstyp hat wie der Transistor 3 Die beiden fransis'oren 3 und 4 bilden die EingangsstuSe und der Transistor 5 bildet die Steuerschaltstufe eines elektronischen liangzeitschalters, dessen Zeitglied und Ausgangs stufen dem Transistor 5 nachgeschaltet sind. Der Schwellwertschalter enthält ferner einen Spannungsteiler mit Widerständen 6 und 7, die über einen Vorwiderstand an eine konstante Gleichspannung geschaltet sind.
  • Die konstante Gleichspannung wird mittels eines Spannungsstabilisators - einer Reihenschaltung mit einer Z-Diode 9, einer Halbleiterdiode 10 und einem Vorwiderstand 11 - aus der Betriebsspannung für den Schwellwertschalter gewonnen.
  • Die Dioden 9 und 10 sind polaritätsmäßig in bekannter Weise gegeneinandergeschaltet, um den Temperatureinfluß auf die Zenerspannung zu kompensieren. Der Spannungsteilerwiderstand 6 und der Vorwiderstand 8 können verstellbar ausgeführt und beispielsweise so eingestellt sein, daß bei einer Konstantspannung von 7 V gleich große konstante Teilspannungen von je 3 V an denWiderständen 6 und 7 liegen.
  • Gemäß der Erfindung bilden die Widerstände 6 und 7 zusammen mit den zueinander komplementären Transistoren 3 und 4 eine Brückenanordnung Aes ist der Meßwiderstand 2, an dem die zu überwachenden Spannungenmit abwechselnder Polarität emGsteheng zwischen der Verbindung der Widerstände 6 und 7 und der Verbindung von zwei Halbleiterdioden 31 und 41 eingeschaltet, welche jede für sich zur Kompensation von Temperatureinflüssen im Steuerstromkreis an der Basis eines der Transistoren 3 und 4 liegen und entgegengesetzt zur Durch-1aßrichtung des betreffenden Transistors gepolt, sind Ba- die Minusleitung der Betriebsspannungsquelle das Potential Null, so liegt nach dem gewählten Beispiel an der Verbind;ui'g zwischen den Widerständen 6 und 7 das Potential 3 V und an der Verbindung zwischen den Widerständen 7 und 8 das Potential 6 Vc Ist der Meßwiderstand 2 spannungsfrei, so liegt auch an der Verbidung der beiden Dioden 31 und 41 das Potential 3 V und es sind kiese Dioden gesperrt, da die Emitter der Transistoren 3 und 4 das Potential Null bzw.
  • 6 V haben. Bei positiver Spannung am Meßwiderstand 2 ist an der Verbindung zwischen den Dioden das Potential höher als 3 V, bei negativer Spannung dagegen ist es niedriger als 3 V.
  • Steigt nun das Potential über 6 V hinaus an, dann wird die Diode 41 in die Durchlaßrichtung gepolt, und es fließt ein Strom von diesem Potential über den Basiswiderstand 42 und den aufgesteuerten Transistor 3, so daß der Steuerstrom des Transistors 4 verschwinde-t und Transistor 4 gesperrt wird.
  • Die Folge davon ist, daß auch der Transistor 5, der die S-teuerschaltstufe bildet, gesperrt wird. Fällt andererseits das Potential an der Verbindung zwischen den Dioden so weit ab, daß es negativ wird, dann wird die Diode 31 in die Durchlaßrichtung gepolt und es fließt ein Strom von Potential 6 V über den Basiswiderstand 32 und die Diode 31, so daß der Steuerstrom des Transistors 3 verschwindet und der Transistor 3 gesperrt wird. In diesem Fall werden sodann auch die in der Kaskade nachgeschalteten Transistoren 4 und 5 gesperrt.
  • Es ergibt sich somit, daß, wenn der Sperrstrom der Brücke 1 in beiden Richtungen und damit die Spannung am Meßwiderstand 2 mit positiver und negativer Polarität einen bestimmten Schwellwert überschreitet, der Schwellwertschalter jeweils in der gleichen Weise anspricht und die Steuerschaltetufe am Ausgang des Schwellwertschalters gesperrt wird.
  • Von den Eingangsstufen des Schwellwertschalters bilden die Dioden 31 und 41 die Schwellwertglieder, während die Höhe der Schwellwerte durch die Größe der konstanten Teilspannungen des Spannungsteilers vorgegeben sind. Es können durchaus verschieden hohe Schwellwerte vorgegeben werden.
  • Zwischen dem Heßwiderstand 2 und der Diodenverbindung liegt ein Schutzwiderstand 21 zur Begrenzung des Ansprechstromes, der in der Größe so gewählt werden kann, daß der Spannungsabfall der Diodensperrströme genügend klein gehalten wird, Ein wesentlicher Vorteil es Schwellwertschaltrs gemäß der Erfindung wird darin gesehen, daß die Dioden 31 und 41 zwei Funktionen gleichzeitig erfüllen, nämlich einmal als Schwellwertglieder und zum anderen in bekannter Weise als Ausgleichs glieder für die Kompensation von Temperatureinflüssen in Verbindung mit den Transistoren 3 und 4.
  • Mit einem nachgeschalteten Iiangzeitschalter ist der Schwellwertschalter gem. der Erfindung nicht nur zur ffberwachung von elektrischen Größen unabhängig von der Polarität der überwachten Größe geeignet, sondern kann z. B. auch als Leistungsverstarker kurzer Impulse, die eine bestimmte Impulsen höhe überschreiten9 verwendet werden. Des weiterenkann er als Zähler von Impulsen einer periodischen oder auch aperiodischen Folge und darüber hinaus auch als selektiver Impulszähler und Integrator von Impulsen, die eine bestimmt Impulshöhe überschreiten, benutzt werden, wenn der Ausgang des Langzeitschalters auf eine entspre-chend eingerichtete. Registriervorrichtung arbeitet.
  • 8 Seiten Beschreibung 3 Patentansprüche 1 Bl. Zeichnung

Claims (3)

  1. Patentansprüche: Elektronischer Schwellwertschalter zur-Uberwachung eines Stromes oder einer Spannung, der als Steuerschalter bei einem elektronischen Langzeitschaltgerät verwendbar ist und der beim Erreichen eines vorgegebenen Schwellwertes der überwachten elektrischen Größe unabhängig von Temperatureinflüssen dadurch anspricht und schaltet, daß im Steuerstromkreis eines Transistors, der die Eingangsstufe des Schwellwertschalters bildet, die überwachte elektrische Größe als Spannung eingeprägt und mit einer konstanten Gegengleichspannung sowie einer entgegengesetzt zur Durchlaßrichtung des Transistor-Emitters gepolten Diode in Reihe geschaltet ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß mit einer Kaskade von zwei zueinander komplementären Transistoren (3, 4) als Eingangsstufen des Langzeitschalters, die mit zwei in Reihe geschalteten Widerständen (6, 7) zusammen eine Brükkenanordnung bilden bei der an den Widerständen (6, 7) konstante Gleichspannungen derart gerichtet anliegen, daß sie die Emitter der Transistoren (3 und 4) in die Durchlaßrichtung polen, und bei der die an einem Meßwiderstand (2) überwachte elektrische Größe als Spannung zwischen dem Verbindungspunkt der Widerstände (6, 7) und dem Verbindungspunkt von zwei in bekannter Weise im Steuerstromkreis an der Basisseite der komplementären Transistoren (3 und 4) entgegengesetzt zur Durchlaßrichtung der Emitter geschalteten Dioden (31, 41) eingeprägt ist, der Schwellwertschalter unabhängig von der Polarität der überwachten elektrischen Größe anspricht und schaltet.
  2. 2) Elektronischer Schwellwertschalter nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß ein dritter Transistor (5) vom gleichen Leitungstyp wie die ersten Kaskaden Transistor (3) der Eingangsstufen diesen Stufen nachgeschaltet ist und die Steuerschaltstu'fe eines Langzeitschalters bildet.
  3. 3) Elektronischer Schwellwertschalter nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die konstanten Te'ilgleichspannungen mittels einer temperaturunabhängigen, spannungsstabilisierten Potentiometeranordnung (6, 7, 8, 9, 108 11) vorgegeben sind und daß die spannungsstabilisierende Potentiometeranordnung und die Steuerschaltstufe 5 eine gemeinsame Gleichstromversorgung haben.
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