DE19746707A1 - Schaltungsanordnung zur automatischen Inbetriebsetzung und Überwachung der Stromversorgung einer elektronischen Komponente, eines elektronischen Gerätes oder einer elektronischen Anlage - Google Patents

Schaltungsanordnung zur automatischen Inbetriebsetzung und Überwachung der Stromversorgung einer elektronischen Komponente, eines elektronischen Gerätes oder einer elektronischen Anlage

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/02—Details
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    • H—ELECTRICITY
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    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/20—Emergency 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

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  • Control Of Voltage And Current In General (AREA)

Description

ZIELSTELLUNG
Elektronische Komponenten, Geräte und Anlagen enthalten für gewöhnlich Schaltungs­ anordnungen oder andere Verfahren zur Inbetriebsetzung und Überwachung der Strom­ versorgung.
Aufgabe der Inbetriebsetzung der Komponente, des Gerätes und der Anlage ist es, u. a. den angeschlossenen Verbrauchern die Bereitstellung einer "normalen" Spannung (US+Nenn) durch die Stromversorgung anzuzeigen.
Aufgabe der Überwachung der Stromversorgung ist es, u. a. eine Reihe anormaler stationärer und transienter Betriebszustände in der Stromversorgung zu erkennen und in geeigneter Art und Weise den angeschlossenen Verbrauchern zu signalisieren.
Aktuelle Trends in der Elektronik zur Dezentralisierung und Integration elektronischer Komponenten, Geräte und Anlagen erfordern auch die entsprechende Dezentralisierung und Integration der Stromversorgung. Die Anzahl der zu überwachenden Stromversorgungen steigt progressiv. Die Anforderungen an die Zuverlässigkeit (MTBF) der elektronischen Komponenten, Geräte und Anlagen, insbesondere der Zuverlässigkeit der Stromversorgungen, wachsen mit der Anzahl der zu überwachenden Stromversorgungen.
Zielstellung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist es, den genannten neuen Anforderungen gerecht zu werden. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ermöglicht eine kostengünstige und zugleich zuverlässige technische Lösung, die in jeder leistungselektronischen Komponente, jedem leistungselektronischen Gerät, jeder leistungselektronischen Anlage, sowie allen Komponenten, Geräten oder Anlagen, die mit beliebigen Mikrocontrollern bestückt sind, eingesetzt werden kann.
START- UND BETRIEBSZUSTAND
In elektronischen und leistungselektronischen Komponenten, Geräten und Anlagen mit Mikrocontrollern wird ein Signal (US) für den Controller benötigt, daß über den Start- und Betriebszustand der Stromversorgung informiert. Diese Information wird benötigt, um Komponenten-, Geräte- und Anlagenteile in geeigneter Reihenfolge in Betrieb zusetzen.
Weiterhin sollte bei stationären und transienten Problemen in der Stromversorgung in geeigneter Weise reagiert werden. In Abhängigkeit der Art der Problemstellung können betroffene Teile der Komponenten, Geräten und Anlagen rechtzeitig außer Betrieb gesetzt werden.
In leistungselektronischen Komponenten, Geräten und Anlagen hat die Überwachung der Stromversorgung die Aufgabe, den sicheren Betrieb der Komponente, des Gerätes oder der Anlage zu gewährleisten. Ein Problem in der Stromversorgung führt für gewöhnlich zu einer Notabschaltung der Komponente, des Gerätes oder der Anlage.
Weiterhin benötigen derartige Komponenten, Geräte und Anlagen ein Signal (AT) über eine einstellbare Aufrüstzeit (tAnl). Sie ist die Mindestzeit, in der die Stromversorgung stabil arbeiten muß. Danach erfolgt in elektronischen Komponenten, Geräten und Anlagen mit Mikrocontrollern ein Hardware-Reset. In leistungselektronischen Komponenten, Geräten und Anlagen werden für gewöhnlich danach die Zündimpulse für die Leistungshalbleiter freigeben.
Um die organisatorischen Abläufe "Aufbau der Stromversorgung" und "Abbau der Stromversorgung" zu beherrschen und kurzzeitige fehlerhafte Signale für (US) und (AT) unter allen Umständen auszuschließen, wird für die Generierung beider Signale (US) und (AT) eine gemeinsame Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 als erfindungsgemäße Schaltungsanordnung vorgeschlagen. Zur weiteren Erhöhung der Komponenten-, Geräte- und Anlagensicherheit wird aus der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ein zusätzliches Signal (USH) gewonnen.
HILFSSPANNUNG
Aus der regulär zu überwachenden Spannung (US+) der Stromversorgung wird über die Diode (D1) und den Kondensator (C1) in Fig. 1 eine Hilfsspannung (USH+) für zwei Komparatoren (IC1) und (IC2) gebildet. Die Hilfsspannung (USH+) steht in Abhängigkeit vom Eigenverbrauch der Komparatoren (IC1) und (IC2), auch wenn die regulär zu überwachende Stromversorgung (US+) ausgefallen ist, für längere Zeit zur Verfügung. Eine Wiederkehr der zu überwachenden Spannung (US+) kann somit während dieser Zeit erkannt werden. Wurde der Kondensator (C1) durch den Eigenverbrauch der Komparatoren (IC1) und (IC2) entladen, erfolgt bei Wiederkehr der zu überwachenden Spannung (US+) der Stromversorgung eine normale Inbetriebsetzung der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1.
SPANNUNGSÜBERWACHUNG
Mit Hilfe des ersten Komparators (IC1) wird die Spannung (US+) in Fig. 1 überwacht und das Ausgangssignal (US) gebildet. Ist
US+ ≧ US+min, wird US = H und ist Gl. 1
US+ < US+min, wird US = L Gl. 2
gesetzt. Die Schaltschwelle
US+ = US+min Gl. 3
wird über die Zenerspannung der Diode (D3) eingestellt.
Über den Widerstand (R1) und den Kondensator (C2) wird der Wechsel von
US = H nach Gl. 4
US = L Gl.5
soweit verzögert, bis eine stabile Spannung der Stromversorgung (US+) bereitgestellt wird.
Mit Hilfe der Diode (D2) in Fig. 1 wird sichergestellt, das ein Abfall der Spannung (US+) der Stromversorgung unter die Schaltschwelle (US+min) ohne Verzögerung erkannt wird.
ZEITVERZÖGERUNG
Der Komparator (IC2) überwacht den Aufladevorgang über den Kondensator (C3) in Fig. 1.
Nach der Aufladezeit
t ≧ tAnl Gl. 6
wird das Ausgangssignal des Komparators (IC2) von
AT = L nach Gl. 7
AT = H Gl. 8
geschaltet.
Die Rückladung des Kondensators (C3) erfolgt über den Widerstand (R4) und die Diode (D5) unmittelbar nachdem US von H nach US = L gemäß Gl. 4 und 5 geschaltet wurde.
ZUSÄTZLICHES SIGNAL
Die Hilfsspannung (USH+) steht ihrerseits selbst über die Diode (D4) in Fig. 1 ausgekoppelt als Signal (USH) zur Erhöhung der Systemzuverlässigkeit der Komponente, des Gerätes oder der Anlage zur Verfügung.
AUSFÜHRUNGSBEISPIEL
In den Fig. 2 bis 11 wird die Anwendung der erfindungsgemäße Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 an einem Anwendungsbeispiel erklärt. Wie bereits oben erwähnt, eignet sich die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zur automatischen Inbetriebsetzung und Überwachung der Stromversorgung u. a. für leistungselektronische Komponenten, Geräte und Anlagen.
Als Ausführungsbeispiel wird die Schaltungsanordnung eines Drehstromstellers ausgewählt:
Die Fig. 2 bis 4 enthalten nebeneinander gesetzt den gemeinsamen Teil des Drehstromstellers. Als Ausführungsformen für die Komparatoren (IC1) und (IC2) wurden die Schaltkreise LT 1017 ausgewählt. Sie eigene sich für eine variable Versorgungsspannung und unterstützen das Schaltungskonzept mit der Hilfsversorgung (USH+) vorteilhaft durch einen offenen Kollektor am Ausgang.
Die Ausgänge (US), (AT) und (USH) in Fig. 1 werden ganz unterschiedlich verwendet:
Für den Ausgang (US) ist eine Pegelanpassung vorgesehen. Das Signal wird über die Steckerleiste (s. Fig. 10) einem Mikrocontroller zur Weiterverarbeitung zugeführt.
Die Ausgänge (AT) und (USH) werden über eine Diodenmatrix direkt an die Zündimpulssperren des Drehstromstellers in Fig. 6 gelegt.
Die Fig. 5 bis 7 enthalten nebeneinander gesetzt den Phasenteil des Drehstromstellers:
Es wurde hier nur der Phasenteil für eine Phase des Drehstromstellers gezeichnet. Die anderen beiden Phasenteile sind identisch aufgebaut.
Zur besseren Orientierung in der Schaltungsanordnung des Drehstromstellers wurde in Fig. 8 die Klemmleiste für den Informationsteil und in Fig. 9 die Klemmleiste für den Leistungsteil beschrieben.
In Fig. 10 wird eine Steckerleiste zum etwaigen Anschluß eines Mikrocontrollers definiert und in Fig. 11 werden Connectoren und Signalbezeichnungen für ein Layout der Schaltung zusammengefaßt.

Claims (6)

1. Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 zur automatischen Inbetriebsetzung und Überwachung der Stromversorgung einer elektronischen Komponente, eines elektronischen Gerätes oder einer elektronischen Anlage, dadurch gekennzeichnet, daß
  • a) aus der zu überwachenden Spannung (US+) mit Hilfe einer Reihenschaltung einer Diode (D1) und eines Kondensators (C1) eine Hilfspannung (USH+) in Bezug zu einer Masse (MASSE) zur Versorgung von zwei Komparatoren (IC1) und (IC2) gewonnen wird, indem
    die Anode der Diode (D1) mit der zu überwachenden Spannung (US+) verbunden ist, die positive Elektrode des Kondensators (C1) mit der Kathode der Diode (D1) verbunden ist, die negative Elektrode des Kondensators (C1) mit der Masse (MASSE) verbunden ist und die Hilfspannung (USH+) an Kathode der Diode (D1) abgenommen wird, daß
  • b) die zu überwachende Spannung (US+) mit Hilfe des ersten Komparators (IC1) überwacht wird, indem
    die zu überwachenden Spannung (US+) mit Hilfe eines Spannungsteilers bestehend aus zwei Widerständen (R1) und (R2) an den positiven Anschluß des ersten Komparators (IC1) gelegt wird, daß
    mittels einer weiteren Reihenschaltung bestehend aus einem weiteren Widerstand (R3) und einer Zenerdiode (D3), die so miteinander verbunden sind, daß der erste Anschluß des Widerstandes (R3) mit der zu überwachenden Spannung (US+) verbunden ist, daß der zweite Anschluß des Widerstandes (R3) mit dem negativen Anschluß des ersten Komparators (IC1) verbunden ist, daß die Kathode der Zenerdiode (D3) auch mit dem negativen Anschluß des ersten Komparators (IC1) verbunden ist und die Anode der Zenerdiode (D3) mit der Masse (MASSE) verbunden ist, daß
    mittels einer weiteren Reihenschaltung bestehend aus einer weiteren Diode (D2) und einem weiteren Kondensator (C2), die so miteinander verbunden sind, daß die Kathode der Diode (D2) mit der zu überwachenden Spannung (US+) verbunden ist, daß die Anode der Diode (D2) mit dem positiven Anschluß des ersten Komparators (IC1) verbunden ist, daß die positive Elektrode des Kondensators (C2) auch mit dem positiven Anschluß des ersten Komparators (IC1) verbunden ist und die negative Elektrode des Kondensators (C2) mit der Masse (MASSE) verbunden ist, daß
  • c) mit Hilfe des zweiten Komparators (IC2) ein Zeitverzögerungsglied gebildet wird, indem
    mittels einer weiteren Reihenschaltung bestehend aus einem weiteren Widerstand (R5) und einem weiteren Kondensator (C3), die so miteinander verbunden sind, daß der erste Anschluß des Widerstandes (R5) mit der zu überwachenden Spannung (US+) verbunden ist, daß der zweite Anschluß des Widerstandes (R5) mit dem positiven Anschluß des zweiten Komparators (IC2) verbunden ist, daß die positive Elektrode des Kondensators (C 3) auch mit dem positiven Anschluß des ersten Komparators (IC2) verbunden ist und die negative Elektrode des Kondensators (C3) mit der Masse (MASSE) verbunden ist,
    weiterhin eine Reihenschaltung bestehend aus zwei weiteren Widerständen (R6 und R7) eine geteilte Spannung für den negativen Anschluß des zweiten Komparators (IC2) zwischen der zu überwachenden Spannung (US+) und der Masse (MASSE) bereitstellt, daß
  • d) der Kondensator (C3) zusätzlich über einen weiteren Widerstand (R4) und einer weiteren Diode (D5) über den Ausgang des ersten Komparators (IC1) entladen werden kann, indem
    der positive Anschluß des Kondensator (C3) mit dem ersten Anschluß des Widerstandes (R4), der zweite Anschluß des Widerstandes (R4) mit der Anode der Diode (D5) und die Kathode der Diode (D5) mit dem Ausgang des ersten Komparators (IC1) verbunden ist, daß
  • e) aus der Hilfspannung (USH+) das erste Ausgangssignal (USH) gewonnen wird, indem
    das erste Ausgangssignal (USH) mit der Anode einer weiteren Diode (D4) und die Kathode der Diode (D4) mit der Hilfspannung (USH+) verbunden sind, daß
  • f) aus dem Ausgangssignal des ersten Komparators (IC1) das zweite Ausgangssignal (US) gewonnen wird, indem
    das zweite Ausgangssignal (US) mit der Anode einer weiteren Diode (D6) und die Kathode der Diode (D6) mit dem Ausgangssignal des ersten Komparators (IC1) verbunden sind, daß
  • g) das Ausgangssignal des zweiten Komparators (IC2) als ein drittes Ausgangssignal (AT) bereitgestellt wird.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, die eine automatische Inbetriebsetzung und Überwachung der Stromversorgung für mehrere voneinander abhängige Versorgungsspannungen gewährleistet, wobei eine der abhängige Versorgungsspannungen als primär zu überwachende Versorgungsspannungen ausgewählt werden muß.
3. Mehrfache Anwendung der Schaltungsanordnungen nach Ansprüchen 1 und 2, die eine automatische Inbetriebsetzung und unabhängige Überwachung mehrere Stromversorgungen in einer Komponente, eines Gerätes oder einer Anlage gewährleisten.
4. Schaltungsanordnungen nach Ansprüchen 1, 2 und 3, die eine beliebige Verwendung der drei Ausgangssignale (US, AT, USH) zur automatischen Inbetriebsetzung und Überwachung der Stromversorgung von leistungselektronischen Komponenten, Geräten und Anlagen vorsieht.
5. Schaltungsanordnungen nach Ansprüchen 1, 2 und 3, die eine beliebige Verwendung der drei Ausgangssignale (US, AT, USH) zur automatischen Inbetriebsetzung und Überwachung der Stromversorgung von mit Mikrocomputern bestückten Komponenten, Geräten und Anlagen vorsieht.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, die zur automatischen Inbetriebsetzung und Überwachung der Stromversorgung der beispielhaften Lösung eines Drehstromstellers gemäß Fig. 2 bis 4 als Schaltungsanordnung des gemeinsamen Teils, Fig. 5 bis 7 als Schaltungsanordnung eines von drei Phasenteilen und Fig. 8 bis 11 als beschreibender Teil eingesetzt wird.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1401075A2 (de) 2002-09-20 2004-03-24 Siemens Aktiengesellschaft Netzüberspannungsschutz
DE102007017858A1 (de) * 2006-12-29 2008-07-03 Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg Spannungsschutzanordnung für ein elektronisches Gerät

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