DE19916686A1

DE19916686A1 - Eingangsschaltung für relativ hochstromige zu überwachende AC-Signale

Info

Publication number: DE19916686A1
Application number: DE19916686A
Authority: DE
Inventors: Horea-Stefan Culca
Original assignee: Moeller GmbH
Current assignee: Eaton Industries GmbH
Priority date: 1999-04-14
Filing date: 1999-04-14
Publication date: 2000-10-19
Also published as: JP2002542497A; EP1086477A1; CN1130739C; EP1086477B1; ATE335283T1; JP3524878B2; WO2000063930A1; ES2269132T3; AU741075B2; DE50013258D1; ZA200100364B; US6483379B1; AU4397800A; CN1300439A; PT1086477E

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Eingangsschaltung für relativ hochstromige zu überwachende Wechselspannungssignale, wobei eingangsseitig ein Kondensator (C) zur Lieferung des relativ hohen Eingangsstromes aufgrund einer AC-Versorgungsspannung (L1) durch die abgeschaltete zu überwachende Einrichtung (1; 2) vorgesehen ist. Zur schnellen Erfassung von Zustandsänderungen der zu überwachenden Einrichtung (1; 2) ist eingangsseitig parallel eine Entladeschaltung (23) angeordnet, deren Entladewiderstand (Rc) klein gegenüber dem Eingangswiderstand (Re) ist. Die Entladeschaltung (23) weist ein Schaltelement (S3) auf, das bei gleichem Vorzeichen der momentalen Versorgungsspannung (L1) und der zu erkennenden Schwellenspannung (Ustyp) gesperrt, dagegen bei ungleichem Vorzeichen leitend ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Eingangsschaltung für relativ hochstromige zu über wachende Wechselspannungssignale, die insbesondere hinsichtlich eines vor gebbaren Amplitudenschwellenwerte zu überwachen sind. Derartige Ein gangsschaltungen finden beispielsweise Anwendung in Kleinsteuerungen.

Eingangsschaltungen zur Überwachung von AC-Signalen sind allgemein be kannt, genannt sei hier beispielhaft die Druckschrift FR 2 671 437 A1. Um die Verlustleistung gering zu halten, erfordern derartige Eingangsschaltungen ge ringe Eingangsströme. Einige zu überwachende Einrichtungen, beispielsweise mit Glimmlampe ausgestattete Schalter oder Näherungsinitiatoren, erfordern für ihre einwandfreie Funktion jedoch höhere Eingangsströme in die Eingangs schaltung. Für diese Fälle ist es üblich, die Eingangsschaltungen eingangssei tig mit einem parallel geschalteten Kondensator zu versehen, um den notwen digen Strom für die zu überwachende Einrichtung zu gewährleisten. Der Nach teil dieser Lösung besteht darin, daß bei Abschaltung der zu überwachenden Einrichtung im Bereich des Scheitelpunktes ihrer AC-Versorgungsspannung der Kondensator sich ausgehend von einem hohen Betrag nur relativ langsam über den hochohmigen Eingangswiderstand entladen kann. Weiterhin fließt über derartige Einrichtungen im ausgeschalteten Zustand ein Reststrom, der eine erhebliche Restspannung am Eingang verursacht. Diese beiden Vor gänge ermöglichen die Wahrnehmung des abgeschalteten Zustandes der zu überwachenden Einrichtung erst nach einer Vielzahl von Wechselspannungs perioden der Versorgungsspannung und nicht - wie erwünscht - bereits inner halb einer Periode.

In der deutschen Patentanmeldung 197 48 633.9 der Anmelderin wird eine Schaltungsanordnung zur Überwachung eines definierten Amplitudenschwel lenwertes wechselspannungsförmiger Eingangssignale beschrieben, mit einer Serienschaltung aus einem Gleichrichter, einem Spannungsteiler und einem Komparator, wobei der Gleichrichter mit seiner Anode am Eingangssignal liegt und seine Kathode den aus mindestens zwei Widerständen bestehenden, zwi schen Anode des Gleichrichters und Massepotential angeordneten Span nungsteiler speist und der Abgriff des Spannungsteilers mit dem Vergleichs eingang des Komparators verbunden ist, so daß am Komparatorausgang ein erstes binäres Signal erzeugt wird, weiterhin mit einem Nulldurchgangsdetek tor, dessen Überwachungseingang mit einem Referenzsignal beschaltet ist, zur Bildung eines zweiten binären Signals, einer dem Nulldurchgangsdetektor nachgeschalteten Verzögerungsstufe zur Bildung eines zeitlich begrenzten dritten binären Signals, und mit mindestens einem flankengesteuerten Flip-Flop, wobei der Komparatorausgang mit einem zustandsgesteuerten Eingang des Flip-Flops und der Ausgang der Verzögerungsstufe mit einem flankenge steuerten Eingang des Flip-Flops verbunden ist derart, daß ein zustandsunter scheidendes viertes Signal am Ausgang des Flip-Flops erzeugt wird. Diese Schaltungsanordnung ist nicht für die schnelle Überwachung eines relativ hochstromigen Eingangssignals, das durch eingangsseitige Beschaltung eines parallelen Kondensators realisiert wird, geeignet.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Eingangsschaltung in der Weise zu verbessern, daß Abschaltungen von Einrichtungen, die einen relativ hohen Eingangsstrom liefern, rasch erfaßbar sind.

Ausgehend von einer Eingangsschaltung der eingangs genannten Art wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des unab hängigen Anspruches gelöst, während den abhängigen Ansprüchen vorteil hafte Weiterbildungen der Erfindung zu entnehmen sind.

Durch die erfindungsgemäß hinzugefügte Entladeschaltung wird selbst dann, wenn die zu überwachende Einrichtung im Scheitelpunkt der Versorgungs spannung abgeschaltet wird, die Spannung über dem Kondensator und damit die Eingangsspannung sehr schnell betragsmäßig unter den Schwellenwert abgesenkt, so daß die Abschaltung der zu überwachenden Einrichtung ist rasch zu erfassen ist. Die schnelle Erkennbarkeit der Einschaltung der zu überwachenden Einrichtung bleibt aufgrund des im eingeschalteten Zustand niedrigen Ausgangswiderstandes der zu überwachenden Einrichtung erhalten.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß der Entlade widerstand niederohmig gegenüber dem Ausgangswiderstand der abgeschal teten zu überwachenden Einrichtung ist. Hier wird spätestens nach einer Wechselspannungsperiode die Absenkung der Eingangsspannung unter den Schwellenwert erkennbar.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht außerdem in der ge meinsamen Verwendung des Schaltelementes für mehrere gleichartige Ein gänge, insbesondere bei einer nicht zu großen Anzahl von Eingängen auch bei Verwendung nur eines gemeinsamen Entladewiderstandes.

Die Entladeschaltung besteht vorteilhaft in einer Reihenschaltung aus Gleich richter, Entladewiderstand und Schaltelement; wobei das Schaltelement zweckmäßig als Transistor ausgebildet ist.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem folgen den, anhand von Figuren erläuterten Ausführungsbeispiel. Es zeigen

Fig. 1 ein Schaltungsanordnung mit Eingangsschaltungen nach dem Stand der Technik;

Fig. 2 typische Spannungs- und Signalverläufe für die Schaltungsanord nung nach Fig. 1;

Fig. 3 eine Schaltungsanordnung mit erfindungsgemäßen Eingangsschal tungen;

Fig. 4 typische Spannungs- und Signalverläufe für die Schaltungsanord nung nach Fig. 3.

Die Schaltungsanordnung nach Fig. 1 zeigt beispielhaft eine angedeutete Kleinsteuerung 10 mit zwei Signaleingängen 17 und 18, über welche relativ hochstromige AC-Signale zweier zu überwachender Einrichtungen 1 und 2 an zwei entsprechende Eingangsschaltungen 11 und 12 geführt werden. Die erste Einrichtung 1 sei ein Näherungsinitiator, der im wesentlichen aus der Parallelschaltung eines ersten, elektronischen Schaltelementes S1 und einer mit diesem gekoppelten Ansteuerelektronik En besteht. Die zweite Einrichtung 2 sei ein zweites Schaltelement S2 mit parallel geschalteter Glimmlampe G mit Vorwiderstand Rv. Gespeist werden die zu überwachenden Einrichtungen 1 und 2 von einer AC-Versorgungsspannung L1. Das Nullpotential N wird in der Kleinsteuerung 10 als Masse verwendet. Die in üblicher Weise ausgebildeten Eingangsschaltungen 11 und 12 bestehen hintereinander folgend aus einem zwischen Signaleingang 17 bzw. 18 und Nullpotential N angeordneten Kon densator C, einem als Spannungsteiler wirkenden Eingangswiderstand Re so wie einem von diesem gespeisten Eingang eines elektronischen Bausteins A, z. B. Komparators. Im abgeschalteten Zustand der Einrichtungen 1 und 2, d. h. bei geöffneten Schaltelementen S1 und S2, fließen bemerkenswerte, im wesentlichen durch die Ansteuerelektronik En bzw. den Vorwiderstand Rv be stimmte Eingangsströme in die Signaleingänge 17 und 18 und von dort im wesentlichen über die Kondensatoren C zur Masse ab. Im eingeschalteten Zustand der Einrichtungen 1, 2 gelang das Potential der Versorgungsspan nung L1 über die Schaltelemente S1, S2 an die Signaleingänge 17, 18 und damit an die Kondensatoren C sowie abgeschwächt und ohne Verzögerung zu den Bausteinen A und damit zur weiteren Auswertung. Bei Abschaltung der Einrichtungen 1, 2 während der positiven Halbwelle der Versorgungsspannung L1 erfolgt der Potentialabbau an den Signaleingängen 17, 18 und damit an den Eingängen der Bausteine A mit erheblicher Verzögerung.

Dies sei beispielhaft an dem zugehörigen Potentialdiagramm nach Fig. 2 er läutert. Hier sind ein positiver Amplitudenschwellenwert und eine Abschaltung der zu überwachenden Einrichtung im Scheitelpunkt der Versorgungsspan nung L1 angenommen. Nach Abschaltung der zu überwachenden Einrichtung 1 bzw. 2 erreicht die Entladespannung Uc(t) des Kondensators C die typische Schwellenspannung Ustyp erst nach knapp drei Perioden (60 ms) und die durch Überlagerung mit der Restspannung entstandene Eingangsspannung Uin(t) erst nach vier Perioden (80 ms). Unter Zugrundelegen der Worst-Case-Schwellen spannung Usmin wird die Abschaltung der zu überwachenden Ein richtung 1 bzw. 2 sogar erst nach sechs Perioden (120 ms) wahrgenommen.

Die Schaltungsanordnung nach Fig. 3 zeigt wiederum beispielhaft eine ange deutete Kleinsteuerung 20 mit zwei Signaleingängen 17 und 18, über welche die relativ hochstromigen AC-Signale der zu überwachender Einrichtungen 1 und 2 an zwei erfindungsgemäße Eingangsschaltungen 21 und 22 geführt werden. Die zu überwachenden Einrichtungen 1 und 2 sind gleich denen nach Fig. 1. Die erfindungsgemäßen Eingangsschaltungen 21 und 22 sind gegen über den üblichen Eingangsschaltungen 11 und 12 nach Fig. 1 um eine zwi schen den Signaleingängen 17 und 18 und Nullpotential N angeordnete ge meinsame Entladeschaltung 23 erweitert worden. Die Entladeschaltung 23 besteht aus der Reihenschaltung eines jeweils einem der Eingänge 17 und 18 zugeordneten Gleichrichters D und eines Entladewiderstandes Rc sowie eines gemeinsamen elektronischen Schaltelementes S3 in Form eines MOS-Schalt transistors. Das Schaltelement S3 wird über einen Inverter I von einem Steu ersignal M angesteuert. Das Steuersignal N wird von der Versorgungsspan nung L1 in der Weise abgeleitet, daß es High-Potential bzw. Low-Potential während der positiven bzw. negativen Halbwelle der Versorgungsspannung L1 einnimmt, also jeweils im Nulldurchgang der Versorgungsspannung L1 den Zustand ändert. (Es wird hierzu auf die eingangs erläuterte deutsche Patent anmeldung 197 48 633.9 der Anmelderin verwiesen. Das dort erzeugte zweite digitale Signal entspricht dem hier verwendeten Steuersignal M).

Demnach ist während der positiven Halbwelle der Versorgungsspannung L1 das elektronische Schaltelement S3 gesperrt und während der negativen Halbwelle leitend. Bei eingeschalteter Einrichtung 1 bzw. 2 gelangt das Poten tial der Versorgungsspannung L1 unvermindert an den Eingang 17 bzw. 18, denn während der negativen Halbwelle ist die jeweilige Diode D und während positiven Halbwelle ist das Schaltelement S3 gesperrt. Wird jedoch während der positiven Halbwelle der Versorgungsspannung L1 die betreffende Einrich tung 1 bzw. 2 abgeschaltet, dann wird nach dem nächsten Nulldurchgang der Versorgungsspannung L1 das Schaltelement S3 durch das Low-Potential von Steuersignal M leitend, während durch die an dem betreffenden Kondensator C anstehende positive Eingangsspannung Uin(t) der betreffende Gleichrichter D leitend bleibt, bis die Entladespannung Uc(t) des Kondensators C und damit die auszuwertende Eingangsspannung Uin(t) innerhalb dieser ersten negati ven Halbperiode (20 ms) der Versorgungsspannung schnell unter die Worst-Ca se-Schwellenspannung Usmin und damit sicher unter die zu erkennenden typische Schwellenspannung Ustyp gesunken ist. Der Entladewiderstand Rc hat das elektronische Schaltelement S3 vor Überlastung zu schützen.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebene Ausfüh rungsform beschränkt, sondern umfaßt auch alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Ausführungsformen. So sind beispielsweise die für den Ein gangswiderstände Re und die Kondensatoren C in Fig. 1 und Fig. 3 angege benen Werte nur beispielhaft, jedoch nicht untypisch. Bei einer kleinen Anzahl von Eingängen kann auch ein gemeinsamer Entladewiderstand Rc, der in Reihe mit dem gemeinsamen Schaltelement S3 angeordnet ist, ausreichen. Weiterhin kann es für bestimmte Anwendungsfälle von Vorteil sein, wenn jedem Gleichrichter D und jedem Entladewiderstand Rc ein separates Schalt element zugeordnet ist. Außerdem ist es ohne weiteres möglich, die erfin dungsgemäße Eingangsschaltung 21 bzw. 22 durch entsprechende Umpolung der Gleichrichter D sowie entsprechende Auswahl des Schaltelementes S3 für die Erfassung negativer Schwellenwerte zu befähigen.

Bezugszeichenliste

1

;

2

Einrichtung

10

Kleinsteuerung

11

;

12

Eingangsschaltung

17

;

18

Signaleingänge

20

Kleinsteuerung

21

;

22

Eingangsschaltung

23

Entladeschaltung
A Baustein
C Kondensator
D Gleichrichter
En Ansteuerelektronik
G Glimmlampe
I Inverter
L1 Versorgungsspannung
M Steuersignal
Rc Entladewiderstand
Re Eingangswiderstand
Rv Vorwiderstand
S1; S2; S3 Schaltelement
Uc(t) Entladespannung
Uin(t) Eingangsspannung
Usmin Wost-Case-Schwellenspannung
Ustyp typische Schwellenspannung

Claims

1. Eingangsschaltung für zu überwachende AC-Signale, mit einem Ein gangswiderstand (Re) und einem eingangsseitig parallel geschalteten Kondensator (C), durch den ein relativ hoher Eingangsstrom aufgrund einer AC-Versorgungsspannung (L1) durch die abgeschaltete zu überwa chende Einrichtung (1; 2) geliefert wird, dadurch gekennzeichnet, daß eingangsseitig außerdem parallel eine Entladeschaltung (23) angeordnet ist, deren Entladewiderstand (Rc) klein gegenüber dem Eingangswider stand (Re) ist, wobei die Entladeschaltung (23) ein Schaltelement (S3) aufweist, das bei gleichem Vorzeichen der momentanen Versorgungs spannung (L1) und der zu erkennenden Schwellenspannung (Ustyp) ge sperrt, dagegen bei ungleichem Vorzeichen leitend ist.

2. Eingangsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Ent ladewiderstand (Rc) niederohmig gegenüber dem Ausgangswiderstand der abgeschalteten zu überwachenden Einrichtung (1; 2) ist.

3. Eingangsschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für zu gleichartigen Eingängen (17; 18) gehörende Entladeschaltun gen (23) ein gemeinsames Schaltelement (S3) vorgesehen ist, wobei die zugehörigen zu überwachenden Einrichtungen (1; 2) von derselben AC-Ver sorgungsspannung (L1) gespeist werden.

4. Eingangsschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein gemeinsamer Entladewiderstand (Rc) vorgesehen ist.

5. Eingangsschaltung nach einem der Anspruch 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, daß die Entladeschaltung (23) aus der Reihenschaltung eines in Vorzeichenrichtung der Schwellenspannung (Ustyp) ausgerichteten Gleichrichters (D), des Entladewiderstandes (Rc) und des elektronischen Schaltelementes (S3) besteht.

6. Eingangsschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement (S3) ein Transistor ist.