DE19520988C1 - Fehleranalyseeinrichtung für ein Spannungsversorgungsgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Fehleranalyseeinrichtung für ein Spannungsversorgungsgerät, das aus einer Eingangsspannung mindestens eine geregelte Ausgangsspannung erzeugt. Der Be­ trag der Ausgangsspannung wird durch eine Regeleinrichtung zwischen einem oberen Grenzwert und einem unteren Grenzwert konstant gehalten. Im Störungsfall wird die Ausgangsspannung von einer Abschalteinheit abgeschaltet. Die Regeleinrichtung enthält einen Fehleranalyseausgang, an dem eine Strombegren­ zung signalisiert wird.

Aus der im Oberbegriff des Anspruches 1 berücksichtigten WO 82/03137 ist ein Spannungsversorgungsgerät bekannt, bei dem aus einer Eingangsspannung eine Mehrzahl von Aus­ gangsspannungen erzeugt wird. Ein Diagnosesystem liefert In­ formationen darüber, ob eine der Ausgangsspannungen nicht in ihrem Toleranzbereich liegt.

Spannungsversorgungsgeräte werden unter anderem in elektrografische Druck- oder Kopiergeräte einge­ baut. In solchen oder ähnlichen großen und komplexen techni­ schen Geräten ist es bei Störungen der Versorgungsspannung schwierig, die Fehlerquelle zu analysieren. Mit bekannten Analyseeinrichtungen ist es möglich festzustellen, ob sich eine Spannung im Soll-Regelbereich befindet. Wenn eine Span­ nung diesen Regelbereich nicht einhalten, kann der Grund da­ für wird jedoch nicht analysiert werden. Es also nicht unter­ scheidbar, ob ein Fehler im Spannungsversorgungsgerät vor­ liegt oder eine von diesem Spannungsversorgungsgerät mit Strom versorgte Einheit fehlerhaft ist.

Enthält die Regeleinrichtung des Spannungsversorgungsgeräts einen Fehleranalyseausgang, an dem eine Strombegrenzung si­ gnalisiert wird, dann wird dieser üblicherweise zum schnellen Abschalten des Gerätes genutzt.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrun­ de, eine Fehleranalyseeinrichtung mit den im Oberbegriff des Anspruches 1 aufgeführten Merkmalen aufzuzeigen, mit deren Hilfe ohne manu­ ellen Eingriff in ein Spannungsversorgungsgerät analysierbar ist, ob ein aufgetretener Fehler dem Spannungsversorgungsge­ rät zuzuordnen ist oder eine von diesem Spannungsversorgungs­ gerät mit Strom versorgte Einheit fehlerhaft ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Besondere Ausgestaltungen und Weiterbildun­ gen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.

Mit Hilfe der Fehleranalyseeinrichtung kann vor Aufnahme von Reparaturarbeiten mit hoher Wahrscheinlichkeit entschieden werden, ob das Spannungsversorgungsgerät oder die damit ver­ bundene Peripherie fehlerhaft ist. Ein vorsorgliches Austau­ schen des Spannungsversorgungsgerätes als ersten Reparatur­ schritt kann damit vermieden werden.

Gemäß einer Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung wird die Ausgangsspannung der Spannungsversorgungseinheit im Fehlerfall abgeschaltet. Durch die erfindungsgemäße Analyse­ vorrichtung kann die Zeit zur Wiederinbetriebnahme erheblich verkürzt werden. Durch das optionale Vorsehen einer Aktivie­ rungseinrichtung in der Fehleranalyseeinrichtung werden Fehlanalysen wirksam verhindert.

Die Signalisierung am Ausgang der Fehleranalyseeinrichtung erfolgt in Form eines analogen Signales oder digital codier­ ter Information. So kann die Signalisierung von verschieden­ sten Anzeigevorrichtungen wie z. B. einem Monitor, einem Pro­ tokolldrucker, Leuchtdioden usw. angezeigt werden. Optional ist auch die Weiterverarbeitung der Signalisierung in anderen Steuereinheiten, beispielsweise in der Gerätesteuerung eines Druck- oder Kopiergerätes möglich. In diesem Fall kann die Fehleranalyse automatisch datentechnisch weiterverarbeitet werden.

Im folgenden wird ein Beispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen

Fig. 1 funktionswesentliche Komponenten eines Spannungsver­ sorgungsgerätes mit Regeleinrichtungen und Fehlerana­ lyseeinrichtung,

Fig. 2 ein Schaltungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Feh­ leranalyseeinrichtung und

Fig. 3 den zweiten Teil des Schaltungsbeispiels gemäß Fig. 2.

Das Spannungsversorgungsgerät gemäß Fig. 1 wandelt eine Ein­ gangsspannung U1 in eine erste Ausgangsspannung U2 und eine zweite Ausgangsspannung U3. Dazu wird die Eingangsspannung U1 durch einen Gleichrichter G gleichgerichtet. Diesem Gleich­ richter nachgeschaltet ist eine Glättungs- und Abschaltein­ richtung SW, die im Fehlerfall die Energiezufuhr zu einer Primärwicklung SP unterbricht.

Im Primärstromkreis befindet sich im Serie zur Primärwicklung SP ein Schalttransistor T1, der die Gleichspannung gesteuert von einer Regeleinrichtung RE1 zerhackt. Mit Hilfe der ersten Regeleinrichtung RE1, die beispielsweise durch einen Schaltregler (z. B. UC 3526 Analog Devices) realisiert ist, wird der Betrag der ersten Ausgangsspannung U2 geregelt. Die dazu nötige Information erhält die erste Regeleinrichtung RE1 von einem im Primärstromkreis angeordneten Stromwandler SW. Die Regelung der ersten Ausgangsspannung U2 erfolgt über das Tastverhältnis der an der Primärwicklung SP anliegenden Span­ nung. Bei aktiver Strombegrenzung tritt ein bestimmtes Tastverhältnis, das in einem bestimmten Bereich von Tastver­ hältnissen liegt, auf. Liegt das Tastverhältnis in dem ent­ sprechenden Bereich, meldet die erste Regeleinrichtung RE1 dies an ihrem Ausgang K1.

Die erste Ausgangsspannung U2 wird in einem ersten Sekundär­ kreis erzeugt. Dieser Sekundärkreis enthält eine erste Sekun­ därspule SS1, eine Gleichrichterdiode D1 und eine Freilaufdi­ ode D2. Die mit der ersten Diode D1 gewonnene Gleichspannung wird durch eine erste Spule L1 und einen ersten Kondensator C1 geglättet. Die so geglättete erste Ausgangsspannung U2 steht am Ausgang des Spannungsversorgungsgerätes zur Verfü­ gung.

Ein zweiter Sekundärkreis liefert eine zweite Ausgangsspan­ nung U3. Dieser zweite Sekundärkreis enthält eine zweite Se­ kundärspule SS2, zu der ein Transduktorregler TD und eine dritte Diode D3 zum Gleichrichten in Serie geschaltet sind. Auch dieser zweite Sekundärkreis enthält eine Freilaufdiode D4 und eine zweite Spule L2 und einen zweiten Kondensator C2 zur Glättung der zweiten Ausgangsspannung U3. Der Glättung nachgeschaltet ist ein Shuntwiderstand RS, mit dessen Hilfe der Ausgangsstrom in eine Spannung gewandelt wird. Parallel zum am Ausgang des Spannungsversorgungsgerätes liegenden zweiten Ausgangsspannung U3 ist noch ein dritter Kondensator C3 geschaltet, der der nochmaligen Glättung dient.

Die tatsächliche, zwischen den Ausgangsklemmen bezüglich OV liegende zweite Ausgangsspannung U3 und die am Shuntwider­ stand RS abfallende Spannung werden einer zweiten Regelungs­ einrichtung RE2 zugeführt. Diese steuert anhand dieser Ein­ gangsinformationen den Transduktorregler TD so, daß eine konstante zweite Ausgangsspannung U3 zur Verfügung steht.

Stehen die am Shuntwiderstand RS abfallende Spannung und die zweite Ausgangsspannung U3 in einem bestimmten Verhältnis zu­ einander, kann auf einen Überstromfehler zurückgeschlossen werden. Diese Überstromfehlerinformation liefert die zweite Regeleinrichtung RE2 und stellt sie an ihrem Ausgang K2 zur Verfügung.

Somit liefern sowohl die erste Regeleinrichtung RE1, als auch die zweite Regeleinrichtung RE2 an ihren Ausgängen K1, K2 ei­ ne Überstromfehlerinformation. Dies Ausgänge K1, K2 sind mit einer Fehleranalyseeinrichtung FA gekoppelt. Die Fehleranaly­ seeinrichtung FA liefert an ihrem Ausgang OUT eine Informati­ on darüber, ob ein Überstromfehler vorliegt oder nicht.

Ein Beispiel der Fehleranalyseeinrichtung FA ist in den Fig. 2 und 3 aufgezeigt. Der Fehleranalyseeinrichtung FA steht eine Hilfsspannung UH von beispielsweise +12 Volt und eine Masseleitung OV zur Verfügung. Die Fehleranalyseeinrichtung FA soll nur dann aktiv sein, wenn tatsächlich ein Fehler auf­ getreten ist. Im Fehlerfall wird das Spannungsversorgungsge-, rät abgeschaltet. Diesen Abschaltzustand signalisiert das Spannungsversorgungsgerät an seinem Ausgang K3. Der Ausgang K3 ist mit dem entsprechenden Ausgang der Fehleranalyseein­ richtung K3 gekoppelt. K3 zugleich der Eingang der Fehleranalyseein­ richtung FA ist über einen ersten Widerstand R1 mit Masse OV und mit jeweils einem Eingang zweier Operationsverstärker OP1, OP2 gekoppelt. Die Operationsverstärker OP1, OP2 ver­ gleichen die am Eingang K3 anliegende Spannung mit einer von einem Spannungsteiler, der aus einem zweiten Widerstand R2 und einem dritten Widerstand R3 besteht, erzeugten Ver­ gleichsspannung. Die Hilfsspannung UH wird durch einen vier­ ten Kondensator C4 gesiebt. Sämtliche in der Fehleranalyse­ einrichtung verwendete Operationsverstärker OP1 . . . OP10, weisen einen als offenen Kollektor ausgebildeten Ausgang auf (z. B. LM339), der bei leitendem Ausgangstransistor eine Massever­ bindung herstellt.

Der erste Operationsverstärker OP1 hat die Aufgabe, eine Rücksetzsignal zu erzeugen, um bei Inbetriebnahme des Span­ nungsversorgungsgerätes auch die Fehleranalyseeinrichtung FA in einen Grundzustand zu versetzen. Dazu ist der Ausgang des ersten Operationsverstärkers OP1 mit der Kathode einer ersten Zenerdiode Z1 und je einem Anschluß eines vierten Widerstan­ des R4 und eines fünften Kondensators C5 verbunden. Der ande­ re Anschluß des vierten Widerstandes R4 liegt an der Hilfs­ spannung UH und die Anode der ersten Zenerdiode Z1 an OV. Der zweite Anschluß des fünften Kondensators C5 ist mit je einem Eingang eines sechsten Widerstandes R6, eines siebten Wider­ standes R7 und eines dritten Operationsverstärkers OP3 gekop­ pelt. Der andere Anschluß des sechsten Widerstandes R6 liegt an der Hilfsspannung OH. Der siebte Widerstand R7 ist mit der Anode einer fünften Diode D5 gekoppelt, die mit ihrer Kathode an der Hilfsspannung UH liegt. Der zweite Eingang des dritten Operationsverstärkers OP3 ist mit der Kathode einer zweiten Zenerdiode Z2 und einem Anschluß eines achten Widerstandes R8 gekoppelt. Diese beiden Bauelemente liegen als Spannungstei­ ler zwischen der Hilfsspannung UH und OV. Der Ausgang des dritten Operationsverstärkers OP3 ist über die Verbindungslei­ tung I1 zu einem Eingang eines achten Operationsverstärkers OP8 (siehe Fig. 3) geführt. Dieser achte Operationsverstär­ ker OP8 ist als Festhalteglied eingesetzt und kann durch die Kopplung mit dem dritten Operationsverstärker OP3 zurückge­ setzt werden. Der dritte, Operationsverstärker OP3 liefert ei­ nen entsprechenden Rücksetzimpuls bei Inbetriebnahme des Spannungsversorgungsgerätes.

Der zweite Operationsverstärker OP2 dient der Aktivierung der Fehleranalyseeinrichtung FA im Fehlerfall. Auf Grund seiner oben beschriebenen Eingangsbeschaltung wird der Ausgang des zwei­ ten Operationsverstärkers OP2 im Fehlerfall hochohmig. Der Ausgang des zweiten Operationsverstärkers OP2 ist mit der An­ ode einer sechsten Zenerdiode Z6 verbunden. Deren Kathode liegt an einem Eingang eines siebten Operationsverstärkers OP7. Der siebte Operationsverstärker OP7 dient der Verknüp­ fung eines analysierten Überstromfehlers mit der Spannungsab­ schaltung des Spannungsversorgungsgerätes. Am mit der sech­ sten Zenerdiode Z6 verbundenen Eingang des siebten Operati­ onsverstärkers OP7 liegen auch je ein Anschluß eines drei­ zehnten Widerstands R13, eines neunten Kondensators C9 und die Kathode einer siebten Zenerdiode Z7. Der dreizehnte Wi­ derstands R13 und die siebte Zenerdiode Z7 sind als Span­ nungsteiler zwischen die Hilfsspannung UH und OV geschaltet. Der zweite Anschluß des neunten Kondensators C9 liegt an OV. Die Nebenspannungen der sechsten Zenerdiode Z6 und der siebten Zenerdiode Z7 unterscheiden sich so, daß wenn die Nennspan­ nung der siebten Zenerdiode Z7 am Eingang des siebten Opera­ tionsverstärkers OP7 anliegt, die Fehleranalyseeinrichtung FA aktiv ist und wenn die Nennspannung der sechsten Zenerdiode Z6 an diesem Eingang anliegt, die Fehleranalyseeinrichtung inaktiv ist.

Die Meldungen, daß ein Überstromfehler vorliegt, liegen an den Ausgängen K1, K2 der Regeleinrichtungen RE1, RE2 des Spannungsversorgungsgerätes vor. Diese Ausgänge K1, K2 sind mit entsprechenden Eingängen K1, K2 der Fehleranalyseeinrich­ tung FA gekoppelt. Entsprechende Entkopplung an den Ausgängen K1, K2 der Regeleinrichtungen RE1, RE2 vorausgesetzt, können die beiden Fehlerstromeingänge K1, K2, wie in Fig. 2 darge­ stellt, unmittelbar zusammengeführt werden. Diese beiden Ein­ gänge K1, K2 sind mit je einem Eingang eines neunten Wider­ standes R9, eines sechsten Kondensators C6, eines vierten Operationsverstärkers OP4 und eines fünften Operationsver­ stärkers OP5 gekoppelt. Der zweite Anschluß des neunten Wi­ derstandes R9 liegt an der Hilfsspannung UH und der zweite Anschluß des sechsten Kondensators C6 liebt an OV.

Die vierten und fünften Operationsverstärker OP4, OP5 bewir­ ken eine Hysterese für die von den Regeleinrichtungen RE1, RE2 des Spannungsversorgungsgerätes gelieferten Spannungswer­ te. Dazu sind die zweiten Eingänge der Operationsverstärker OP4, OP5 mit einem Spannungsteiler verbunden. Dieser Span­ nungsteiler besteht aus einem zehnten Widerstand R10, der an der Hilfsspannung UH liegt und einer dritten Zenerdiode Z3, zu der ein Siebkondensator C7 parallelgeschaltet ist. Die An­ ode der dritten Zenerdiode Z3 ist mit OV verbunden. Der Aus­ gang des vierten Operationsverstärkers OP4 ist mit der Anode einer vierten Zenerdiode Z4 verbunden. Die Kathode dieser vierten Zenerdiode Z4 ist mit den zweiten Eingängen der Ope­ rationsverstärker OP4, OP5 verbunden. Das Ausgangssignal die­ ser Hystereseeinrichtung steht am Ausgang des fünften Opera­ tionsverstärkers OP5 zur Verfügung.

Der Ausgang des fünften Operationsverstärkers OP5 ist mit je einem Anschluß eines elften Widerstandes R11 und eines achten Kondensators C8, sowie mit einem Eingang eines sechsten Ope­ rationsverstärkers OP6 verbunden. Der zweite Anschluß des elften Widerstandes R11 liegt an der Hilfsspannung UH und der zweite Anschluß des achten Kondensators C8 liegt an OV. Die drei letztgenannten Bauteile R11, C8, OP6, bilden eine Verzö­ gerungsschaltung, die die Funktion der Fehleranalyseeinrich­ tung FA stabilisiert.

Der zweite Eingang des sechsten Operationsverstärkers OP6 ist mit dem als Festhalteglied am Ausgang OUT der Fehleranalyse­ einrichtung FA dienenden achten Operationsverstärker OP8 ver­ bunden. Abhängig von dieser Ausgangsinformation wird am Aus­ gang des sechsten Operationsverstärkers OP6 die Überstromin­ formation an den als Verknüpfungsglied dienenden siebten Ope­ rationsverstärker OP7 ausgegeben. Zu diesem Zweck ist der Ausgang des sechsten Operationsverstärkers OP6 mit der Anoden einer fünften Zenerdiode Z5 verbunden. Deren Kathode ist mit dem zweiten Eingang des siebten Operationsverstärkers OP7 und mit einem Anschluß eines zwölften Widerstandes R12 gekoppelt. Der andere Anschluß des zwölften Widerstandes R12 liegt an der Hilfsspannung UH.

Der Ausgang des siebten Operationsverstärkers OP7 ist über den Anschluß I4 mit den zum Festhalteglied zählenden An­ schlüssen eines fünfzehnten Widerstandes R15, eines sechzehn­ ten Widerstandes R16, eines elften Kondensators C11, eines siebzehnten Widerstandes R17 und eines Anschlusses des achten Operationsverstärkers OP8 verbunden. Der zweite Anschluß des fünfzehnten Widerstandes liegt an der Hilfsspannung UH und die zweiten Anschlüsse des sechzehnten Widerstandes R16 und des elften Kondensators C11 liegen an OV. Der zweite Anschluß des siebzehnten Widerstandes R17 ist mit dem Ausgang des ach­ ten Operationsverstärkers OP8, einem Anschluß eines zwölften Kondensators C12 und mit je einem Eingang eines neunten und eines zehnten Operationsverstärkers OP9, OP10 verbunden.

Der zweite Eingang des achten Operationsverstärkers OP8 liegt im Betriebszustand,auf Grund seiner Verbindung mit der Katho­ de der zweiten Zenerdiode Z2 über den Anschluß I2 und einen vierzehnten Widerstand R14 an der Nennspannung der zweiten Zenerdiode Z2. Wie oben beschrieben, ist dieser Eingang über den Anschluß I1 auch mit dem Ausgang des dritten Operations­ verstärkers, der beim Einschalten einen Rücksetzimpuls lie­ fert, verbunden. Um diesen Rücksetzimpuls wirksam werden zu lassen, wird das Anlegen der Nennspannung der zweiten Zener­ diode Z2 durch die Verbindung dieses Eingangs des achten Ope­ rationsverstärkers OP8 über einen zehnten Kondensator C2 mit OV verzögert.

Die Nennspannung der zweiten Zenerdiode Z2 liegt über den An­ schluß I2 auch an den zweiten Eingängen der neunten und zehn­ ten Operationsverstärker OP9, OP10. Diese Operationsverstär­ ker OP9, OP10 dienen als Treiber für eine Anzeige, die bei­ spielhaft durch eine LED dargestellt ist. Zwischen den Aus­ gängen der Operationsverstärker und der LED sind ein acht­ zehnter Widerstand R18 und eine neunzehnter Widerstand R19 geschaltet.

Mit Hilfe der oben beschriebenen Schaltung kann auf zuverläs­ sige Weise ermittelt werden, ob ein Überstromfehler vorliegt. Überstromfehler treten in der Regel dann auf, wenn ein an das Spannungsversorgungsgerät angeschlossener Verbraucher einen Kurzschluß aufweist. Analysiert die aufgezeigte Fehleranaly­ seeinrichtung FA einen Fehler, kann mit hoher Wahrscheinlich­ keit auf einen Fehler geschlossen werden, der nicht im Span­ nungsversorgungsgerät zu suchen ist. Ein unnötiges Austau­ schen des Spannungsversorgungsgerätes wird wirksam verhin­ dert.

Claims (5)

1. Fehleranalyseeinrichtung (FA) für ein Spannungsversor­ gungsgerät mit mindestens einer geregelten Ausgangsspannung (U1, U2), deren Betrag durch eine Regeleinrichtung (RE) zwi­ schen einem oberen Grenzwert und einem unteren Grenzwert kon­ stant gehalten wird und die im Störungsfall von einer Ab­ schalteinheit (SW) abgeschaltet wird, wobei die Regeleinrich­ tung (RE) einen Fehleranalyseausgang (K1, K2) enthält, an dem eine Strombegrenzung signalisiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Fehleranalyseeinrichtung (FA),

• - mit dem Fehleranalyseausgang (K1, K2) der Regelein­ richtung (RE) mittels einer Eingangsschaltung (OP4, OP5) zum sicheren Erkennen des Strombegrenzungssignals gekop­ pelt ist und
• - eine die signalisierte. Strombegrenzung speichernde Einrichtung (OP8) enthält, an deren Ausgang (I3, OUT) das Strombegrenzungssignal dauerhaft zur weiteren Auswertung vorliegt.

2. Fehleranalyseeinrichtung (FA) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Aktivierungseinrichtung (OP2, OP7), die die Fehleranaly­ seeinrichtung (FA) nur im Falle einer Abschaltung der Aus­ gangsspannung (U2, U3) aktiviert.

3. Fehleranalyseeinrichtung (FA) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang (OUT) der Fehleranalyseeinrichtung (FA) mit einer Anzeigevorrichtung gekoppelt ist.

4. Fehleranalyseeinrichtung (FA) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang der Fehleranalyseeinrichtung (FA) mit einer Gerätesteuerung gekoppelt ist.

5. Fehleranalyseeinrichtung (FA) nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Verwendung in einem elek­ trografischen Druck- oder Kopiergerät.