DE19530927C2 - Anpaßschaltung für ein elektronisches Bauteil oder eine Baugruppe - Google Patents

Description

Die Erfindung geht von einer Anpaßschaltung zum Wandeln ei­ ner Eingangsspannung in eine vorbestimmte Ausgangsspannung aus.

Häufig tritt das Problem auf, daß bei der Ansteuerung eines elektronischen Bauteils, das in unterschiedlichen Schaltun­ gen einsetzbar ist, Spannungssignale mit sehr unterschied­ lich großen Amplituden an die Eingangsbedingungen des Bau­ teils angepaßt werden müssen. Es kann sein, daß in einem Fall eine Wechselspannung von 220 V und im anderen Fall eine Gleichspannung von 5 V verarbeitet werden muß. Um dieses Problem zu lösen, wurden in jedem einzelnen Fall Anpaßschal­ tungen, beispielsweise mit einem Vorwiderstand, derart kon­ zipiert, daß am Ausgang dieser Anpaßschaltung eine für das nachgeschaltete Bauteil oder die Baugruppe geeignete Span­ nung zur Verfügung steht, die das Bauteil bzw. die Baugruppe nicht zerstört. Das führte in der Praxis zwangsläufig zu sehr unterschiedlichen Anpaßschaltungen, die insbesondere bei einer Serienfertigung von verschiedenen Gerätetypen ei­ nen großen Aufwand und eine große Lagerhaltung erfordern.

Die DE-195 24 085 zeigt eine Anpaßschaltung für eine Signal­ quelle, die zwischen einem Ausgang einer Signalquelle und einem Eingang eines externen Verstärkers schaltbar ist. Die Anpaßschaltung ist eingangsseitig mit der Nutzspannung und einem Steuerausgang der Signalquelle verbunden. Dabei wird die Nutzspannung auf die Signalleitung gekoppelt und über die Steuerleitung an den externen Verstärker übertragen.

Die US 5,347,577 zeigt eine Schaltungsanordnung zur Versor­ gung eines Telefongerätes mit einer Batteriespannung. Diese Schaltungsanordnung umfaßt eine Strombegrenzungseinrichtung, die unter anderem zwei Transistoren und einen ersten Wider­ stand aufweist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anpaßschal­ tung zum Wandeln einer beliebigen Eingangsspannung in eine vorbestimmte Ausgangsspannung bereitzustellen, die mit ein­ fachen Mitteln arbeitet.

Diese Aufgabe wird durch die Anpaßschaltung mit allen Merk­ malen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Anpaßschaltung hat den Vorteil, daß sie universell für weitgehend alle vorkommenden Spannungsberei­ che verwendbar ist. Besonders vorteilhaft ist, daß sowohl Gleichspannungen als auch Wechselspannungen verarbeitbar sind, so daß für alle Anwendungsarten nur eine einzige An­ paßschaltung zu fertigen ist. Dieses vereinfacht den Ent­ wicklungsaufwand und verringert Fertigungs- und Lagerhal­ tungskosten.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnah­ men sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Anpaßschaltung möglich.

Um bei den unterschiedlichen Spannungspegeln eine Überlas­ tung des Eingangs des nachgeschalteten Bauteils zu vermei­ den, ist vorteilhaft ein Strombegrenzer vorgesehen, der eine aktive Halbleiterschaltung aufweist. Durch Verwendung einer aktiven Halbleiterschaltung wächst mit zunehmender Span­ nungsamplitude die Verlustleistung über den Strombegrenzer nur proportional zur Spannung. Bei einem Widerstand als Strombegrenzer würde die Verlustleistung dagegen mit zuneh­ mender Spannung mit dem Quadrat des Stromes zunehmen und so­ mit unvorteilhaft viel Wärme erzeugen.

Um eine Potentialtrennung zwischen der Steuerspannung und der Eingangsspannung des nachgeschalteten Bauteils zu erreichen, wird vorteilhaft an die Ausgangsklemmen der Anpaßschaltung ein Optokoppler geschaltet.

Eine besonders vorteilhafte Anwendung dieser Anpaßschaltung ergibt sich in Steuerschaltungen, insbesondere bei der Steuerung von Signalanlagen oder Verkehrsampelanlagen.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 einen Stromlaufplan der Anpaßschaltung, Fig. 2 zeigt einen Optokoppler und Fig. 3 zeigt einen Stromlaufplan einer aktiven Strombegrenzung.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Der Stromlaufplan gemäß der Fig. 1 zeigt die prinzipielle Anordnung der erfindungsgemäßen Anpaßschaltung. Eine als Brückenschaltung ausgebildete Diodenschaltung 1 ist mit ihren Eingangsklemmen 5 und 6 mit einer Steuerspannung U₁ verbunden. Die Ausgänge der Diodenschaltung 1 sind über einen Knoten 9 und eine aktive Strombegrenzung 2 mit einer Ausgangsklemme 7 bzw. einer Ausgangsklemme 8 verbunden. An die beiden Ausgangsklemmen 7, 8 wird nachfolgend ein Eingang eines elektronischen Bauteils oder einer elektronischen Baugruppe 3 geschaltet. Dabei ist vorzugsweise die Ausgangsklemme 8 als Masseleitung ausgebildet. Die Diodenschaltung 1 ist derart ausgebildet, daß sie als Steuerspannung U₁ beispielsweise sowohl eine 220-V- Wechselspannung oder auch eine 5-V-Gleichspannung aufnehmen kann. Die Spannung wird gleichgerichtet und über die aktive Strombegrenzung 2 an die Ausgangsklemmen 7, 8 übertragen, so daß sie als Spannung U₂ einen Lastwiderstand 3 speist. Der Lastwiderstand ist dabei der Eingangswiderstand des nachgeschalteten Bauteils bzw. der Baugruppe. Anstelle der Diodenbrückenschaltung ist beispielsweise auch eine einfache Gleichrichterschaltung oder im einfachsten Fall kein Gleichrichter vorgesehen, wenn die Verwendung der Anpaßschaltung grundsätzlich nur für Gleichspannungen vorgesehen ist.

In weiterer Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß dann, wenn eine galvanische Trennung zwischen der Steuerspannung U₁ und der Ausgangsspannung U₂ vorgesehen ist, an die Ausgangsklemmen 7, 8 ein Optokoppler 20 geschaltet ist. Der Optokoppler 20 ist dabei mit seinen Eingangsklemmen 24, 25 gemäß der Fig. 2 an die Ausgangsklemmen 7, 8 geschaltet, so daß die Leuchtdiode 22 vom Strom i der aktiven Strombegrenzung 2 durchflossen wird. Entsprechend des Stromes i sendet die Leuchtdiode 22 Lichtsignale an den Fototransistor 21, der über seine Kollektor-Emitter-Strecke die Klemmen 26, 27 durchschaltet. Es ist klar, daß die Klemmen 26, 27 entsprechend versorgt werden müssen.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer aktiven Strombegrenzung 2, die zwischen die Anschlüsse 9 und 7 gemäß der Fig. 1 geschaltet ist. Die aktive Strombegrenzung 2 gemäß der Fig. 3 weist zwei gegengekoppelte Transistoren 30, 31 auf, wobei der zweite Transistor 31 mit seiner Basis- Kollektor-Strecke der Emitter-Basis-Strecke des ersten Transistors 30 parallelgeschaltet ist. Der erste Transistor 30 ist kollektorseitig mit der Klemme 9 verbunden. Desweiteren ist zwischen der Klemme 9 und der Basis des ersten Transistors 30 ein erster Widerstand 32 geschaltet. Parallel zur Basis-Emitter-Strecke des zweiten Transistors 31 ist im Emitterstrompfad des ersten Transistors 30 ein Emitterstrompfad des ersten Transistors 30 ein zweiter Widerstand 33 geschaltet. Der Emitter-Ausgang des zweiten Transistors 31 ist auf die Ausgangsklemme 7 geschaltet.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, anstelle der bipolaren Transistoren MOSFET-Transistoren zu verwenden. Bei der Auswahl der Transistoren 30, 31 ist im Hinblick auf die mögliche Steuerspannung auf die Spannungsfestigkeit der beiden Transistoren 30, 31 zu achten.

Im folgenden wird die Funktionsweie dieser Anordnung beschrieben. Bei relativ kleiner Steuerspannung U₁ stellt sich an der Klemme 9 eine entsprechend kleine Spannung ein, die zu einem Strom i führt. Die Spannung an der Klemme 9 muß mindestens so groß sein, daß der erste Transistor 30 aktiv geschaltet ist, so daß der Strom i fließen kann. Der Strom i bewirkt am zweiten Widerstand 33 einen kleinen Spannungsabfall über die Basis-Emitter-Strecke des zweiten Transistors 31, so daß dieser gesperrt ist. An der Ausgangsklemme 7 ergibt sich somit ein relativ kleiner Strom mit einer begrenzten Spannung. Steigt dagegen an der Klemme 9 die Spannung an, dann wird mit zunehmendem Strom i der Spannungsabfall am zweiten Widerstand 33 größer, so daß der zweite Transistor 31 zunehmend in den leitenden Zustand übergeht. Bei einem bestimmten Strom i wird der zweite Transistor 31 leitend und sperrt den ersten Transistor 30. Dadurch wird der Strom i auf einen maximalen Wert, der durch den zweiten Widerstand 33 einstellbar ist, begrenzt. Der zweite Widerstand 33 kann so dimensioniert werden, daß die Anpaßschaltung 2 für einen weiten Bereich der Steuerspannung U₁ verwendbar ist.

Claims (4)

1. Anpassschaltung zum Wandeln einer Eingangsspannung (U₁) in eine vorbestimmte Ausgangsspannung (U₂) mit
einer Gleichrichterschaltung (1), der die Eingangsspannung zugeführt wird und
einer Strombegrenzungsschaltung (2), der das Ausgangssignal der Gleichrichterschaltung zugeführt wird und die die Ausgangsspannung der Anpassschaltung abgibt,
wobei die Strombegrenzungsschaltung einen ersten Transistor (30), einen zweiten Transistor (31) und einen ersten Widerstand (33) umfasst und
wobei der erste Transistor und der erste Widerstand in den über den Verbraucher führenden Stromkreis eingeschleift sind und der zweite Transistor den ersten Transistor entsprechend dem Spannungsabfall am ersten Widerstand derart steuert, dass sich am Ausgang der Strombegrenzungsschaltung die vorbestimmte Ausgangsspannung einstellt.

2. Anpassschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, dass die Gleichrichterschaltung (1) eine Diodenschal­ tung, vorzugsweise in Brückenschaltung, aufweist.

3. Anpassschaltung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an Ausgangsklemmen (7, 8) der Anpassschaltung ein Optokoppler (20) derart geschaltet ist, dass dessen Leuchtdiode (22) von der Strombegrenzung (2) versorgbar ist.

4. Anpassschaltung nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung in einer Steuerschal­ tung für eine Signalanlage, vorzugsweise einer Verkehrs- Ampelanlage.