DE2121497A1

DE2121497A1 - Circuit for simultaneous monitoring of two direct currents each

Info

Publication number: DE2121497A1
Application number: DE19712121497
Authority: DE
Inventors: Hanns Rudiger 5768 Sundern Freuhng Martin 4785 Belecke Fehling
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH, 6000 Frankfurt
Priority date: 1971-04-30
Filing date: 1971-04-30
Publication date: 1972-11-02

Description

"Schaltung zur gleichzeitigen oberwachung von äe zwei Gleichströmen11 Schaltungen zur oberwachung eines Stromes sowie auch Schaltungsanordnungen zur gleichzeitigen Überwachung mehrerer Gleich- oder Wechselströme sind im allgemeinen mit mechanischen Relais ausgeristet, deren Erregerspulen in den zu überwachenden Stromkreisen liegen. Diese Überwachungsmittel sind entsprechend ausgelegt, damit sie auf das über oder Unterschreiten vorgegebener Stromstärken ansprechen, wodurch die zugehörigen Relaiskontakte, welche als Ruhe- oder Arbeitskontakte in gesonderten Signalisier- und Meldestromkreisen verwendet sind, betätigt werden und Signale bzw. Meldungen erzeugt werden. "Circuit for simultaneous monitoring of two direct currents11 Circuits for monitoring a current as well as circuit arrangements for simultaneous Monitoring of several direct or alternating currents are generally mechanical Relays set up whose excitation coils are in the circuits to be monitored. These monitoring means are designed accordingly, so that they are on the over or Respond below specified current strengths, whereby the associated relay contacts, which as normally closed or normally open contacts in separate signaling and reporting circuits are used, are operated and signals or messages are generated.

Derartige Schaltungen sind wegen der langen Ansprechzeiten infolge der verhältnismäßig großen Übertragerzeitkonstante der Erregerspule und der Schaltzeit der mechanischen Relais zur Überwachung von Stromkreisen mit belastungsempfindlichen Halbleitern nicht geeignet. Bei einer bekannten Anordnung zur Überwachung von Sicherungen in Stromkreisen mit Halbleitern und zur Betätigung einer Schutzabschaltung der Stromkreise mittels eines mechanischen Relais beim Durchschlagen einer Sicherung wird daher im Erregerstromkreis des Relais ein thyristor als Schalttind Verstärkerelement verwendet, welcher durch die an der durchschlagenden Sicherung ansteigenden Spannung gezündet wird. Die ansteigende Spannung wird durch einen übertrager geringer Zeitkonstante auf den Zündstromkreis des Uhyristors übertragen (DU-PS 1 251 426). Eine weitere bekannte, bei einem Kurzschluß ansprechende und schnell abschaltende Halbleiterschalteinrichtung ist im Unterschied zu der vorangehend beschriebenen Überwachungsschaltung bereits ausschließlich mit kontaktlosen Schaltern und ohne Übertrager ausgeführt (SCR-Manual der GEG, 2. Ausgabe, S. 102 und 103). Such circuits are due to the long response times the relatively large transformer time constant of the excitation coil and the switching time the mechanical relay for monitoring circuits with load-sensitive Not suitable for semiconductors. In a known arrangement for monitoring fuses in circuits with semiconductors and for activating a protective shutdown of the circuits by means of a mechanical relay when a fuse blows a thyristor is used as a switching amplifier element in the excitation circuit of the relay, which by the at the resounding fuse increasing Voltage is ignited. The increasing voltage is reduced by a transformer Transfer time constant to the ignition circuit of the Uhyristor (DU-PS 1 251 426). Another well-known one that responds in the event of a short circuit and switches off quickly Semiconductor switching device is different from that described above Monitoring circuit already exclusively with contactless switches and without Transformer executed (GEG SCR manual, 2nd edition, pp. 102 and 103).

Die betreffende Schalteinrichtung hat übrigens die Ei den schaft, daß sie nach Beseitigung-des Kurzschlusses den Strom wieder einschaltet.Incidentally, the switchgear in question has the shaft, that it switches on the current again after the short-circuit has been eliminated.

Die Erfindung betrifft eine Stromüberwachungsschaltung, bei der ebenfalls nur kontaktlose Schalter und ferner übertragerlose Verstärker verwendet sind, die jedoch zur gleichzeitigen Überwachung von je zwei Gleichströmen ausgeführt ist, welche durch zwei an einer gemeinsamen Stromquelle angeschlossene Verbraucher fließen. Es liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, daß diese Stromüberwachungsschaltung unabhängig von der Spannung der Stromquelle bereits bei geringer Abweichung eines der überwachten Gleichströme von einem Sollwert unverzögert anspricht und signalisiert, welcher Gleichstrom vom Sollwert abweicht. The invention relates to a current monitoring circuit in which also only contactless switches and also transformerless amplifiers are used but is designed for the simultaneous monitoring of two direct currents each, which flow through two consumers connected to a common power source. The invention is based on the object that this current monitoring circuit regardless of the voltage of the power source, even with a slight deviation of one the monitored direct currents from a setpoint respond immediately and signalize, which direct current deviates from the setpoint.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß den Verbrauchern je ein sehr niederohmiger Widerstand vorgeschaltet sowie je ein aus zwei Widerständen bestehender Spannungsteiler parallelgeschaltet ist und daß ein von der Differenz der an den zwei Spannungsteilern abgegriffenen Spannungen gesteuerter Halbleiter-Operationsverstärker ausgangsseitig über einen Widerstand und äe einen Schwellwertschalter mit Vorwiderstand mit dem Plus- und Minuspol der Stromquelle verbunden ist, und jedem Vorwiderstand die Steuerstrecke eines über ein Signalisiermittel an dieselbe Stromquelle angeschlossenen Schalttransistors parallelgeschaltet ist. The solution to this problem is that the Consumers each have a very low-resistance resistor connected upstream and one off each two resistors existing voltage divider is connected in parallel and that a controlled by the difference between the voltages tapped at the two voltage dividers Semiconductor operational amplifier on the output side via a resistor and a Threshold switch with series resistor with the plus and minus pole of the power source is connected, and each series resistor the control path via a signaling means switching transistor connected to the same power source is connected in parallel.

Um die Schwellwertschalter dieser Überwachungsschaltung kostensparend ausführen zu können, ist die Erfindung dadurch weiter ausgebildet, daß die Schwellwertschalter Transistoren sind, welche an der Basis mit dem Ausgang des Operationsverstärkers gemeinsam verbunden, am Kollektor mit dem Vorwiderstand verbunden und am Emitter an einen aus drei Widerständen bestehenden, an der Stromquelle angeschlossenen Spannungsteiler geschaltet sind. To save the threshold value switch of this monitoring circuit to be able to carry out, the invention is further developed in that the threshold value switch Transistors are connected to the base with the output of the operational amplifier connected together, connected to the series resistor at the collector and connected to the emitter to a voltage divider consisting of three resistors and connected to the power source are switched.

Die Schaltung nach der Erfindung ist bei Gleichstromversorgungsanlagen verwendbar, in welchen die einzelnen Verbraucherstromkreise zumindest paarweise eine gemeinsame Stromquelle haben. Enthalten diese Stromkreise gleiche Verbraucher, was z. B. bei der Stromversorgung der Scheinwerfer von Kraftfahrzeugen der Fall ist, so sind in den Stromkreisen die Ströme gleichgroß. The circuit according to the invention is used in DC power supply systems usable in which the individual consumer circuits at least in pairs have a common power source. If these circuits contain the same consumers, what z. B. the case with the power supply of the headlights of motor vehicles is, then the currents in the circuits are of the same magnitude.

Zur Überwachung von zwei gleichgroßenGleichströmen sind erfindungsgemäß die niederohmigen Widerstände der Stromkreise und die Spannungsteiler gleich ausgeführt. Enthalten die Stromkreise nicht gleiche Verbraucher, so daß in den Stromkreisen die Ströme nicht gleichgroß sind, so sind zur Überwachung dieser Ströme erfindungsgemäß die niederohmigen Widerstände der Stromkreise gleich ausgeführt und dem Widerstand, ist in welchem der größere Gleichstrom fließt, ein im Vergleich zu diesem Widerstand hochohmiger Spannungsteiler parallelgeschaltet, an dem die gleiche Spannung wie an dem spannungsteilerfreien Widerstand abgreifbar ist. According to the invention, two equally large direct currents are monitored the low-ohmic resistances of the circuits and the voltage dividers are designed to be the same. If the circuits do not contain the same consumers, so that in the circuits the currents are not of the same size, these currents are monitored according to the invention the low-ohmic resistances of the circuits are made the same and the resistance, is in which the larger direct current flows, a compared to this resistance high-resistance voltage divider connected in parallel to which the same voltage as can be tapped at the voltage divider-free resistor.

Gemäß einer Abwandlung der Erfindung sind zur Überwachung nicht gleichgroßer Ströme die niederohmigen Widerstände der Stromkreise ungleich ausgeführt und dem Widerstand, an dem ist die größere Spannung abfällt, ein im Vergleich zu diesem Widerstand hochohmiger Spannungsteiler parallelgeschaltet, an dem die gleiche Spannung wie an dem spannungsteilerfreien Widerstand abgreifbar ist. According to a modification of the invention, they are not of the same size for monitoring Currents the low-ohmic resistances of the circuits run unequal and the Resistance at which the greater voltage is dropped is compared to this one Resistance of high-resistance voltage divider connected in parallel to which the same voltage as can be tapped from the voltage divider-free resistor.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. An embodiment of the invention is shown in the drawing and is described below.

Die Zeichnung zeigt eine Schaltung zur Überwachung von zwei gleichgroßen Gleichströmen, die in zwei Verbraucherstromkreisen mit einer gemeinsamen Stromquelle fließen. Die Stromquelle ist mit Q bezeichnet. In den beiden parallelgeschalteten Verbraucherstromkreisen 1 und 2 ist mit einem Verbraucher 11 bzw. 21 ein sehr niederohmiger Widerstand 12 bzw. The drawing shows a circuit for monitoring two equally large Direct currents in two consumer circuits with a common power source flow. The current source is labeled Q. In the two connected in parallel Consumer circuits 1 and 2 is a very low resistance with a consumer 11 and 21, respectively Resistor 12 resp.

22 in Reihe geschaltet. Die Verbraucher haben gleichgroße Widerstandswerte, ebenso haben die niederohmigen Widerstände gleichgroße Widerstandswerte. Beispielsweise können die Verbraucher 11 und 21 zwei gleiche Glühlampen sein. Nehmen diese Glühlampen eine Leistung von 12 W auf und beträgt die Nennspannung der Stromquelle Q 12 Volt, so fließt in jedem Stromkreis 1, 2 ein Gleichstrom von 12 A. Die niederohmigen Widerstände 12 und 22 sind gegenüber den Verbraucherwiderständen vernachlässigbar klein, z. B. 1 mOhm.22 connected in series. The consumers have the same resistance values, the low-ohmic resistors also have the same resistance values. For example the consumers 11 and 21 can be two identical incandescent lamps. Take these light bulbs a power of 12 W and the nominal voltage of the power source Q is 12 volts, a direct current of 12 A flows in each circuit 1, 2. The low-ohmic resistors 12 and 22 are negligibly small compared to the consumer resistances, e.g. B. 1 mOhm.

In den Stromkreisen 1 und 2 ist den Verbrauchern Je ein aus zwei gleichgroßen Widerständen bestehender Spannungsteiler 13, 23 parallelgeschaltet, die unter sich gleich sind. Zur Überwachung der Verbraucherströme i1 und i2 ist ein an der Stromquelle Q betriebener Halbleiter-Operationsverstärker 3 bekannter Art vorgesehen, dessen erster Eingangskanal 31 mit dem Abgriff des Spannungsteilers 13 und dessen zweiter Eingangskanal 32 mit dem Abgriff des Spannungsteilers 23 verbunden ist. Mit Hilfe eines zwischen diese Kanäle geschalteten Potentiometers P kann die zwischen den Spannungsteilerabgriffen bestehende Spannung verändert werden. Der Ausgangskanal 33 des Operationsverstärkers ist unter Zwischenschaltung eines Widerstandes 34 mit der Verzweigung zweier Stromzweige-verbunden, von denen der eine an den positiven, der andere an den negativen Pol der Stromquelle Q geschaltet ist. In diesen Stromzweigen liegen die Basis-Kollektor-Strecken eines komplementären Transistorpaares 41, 42 und die zugehörigen Kollektorwiderstände 41 und 42'. Die Emitter dieser Transistoren sind getrennt an die zwei Abgriffe eines an der Stromquelle Q mitangeschlossenen Spannungsteilers 43 mit drei Widerständen R1, R, R2 geführt. Die Stromzweige mit den Transistoren 41, 42 und der Spannungsteiler wirken zusammen als Schwellwertschalter. Von Jedem Kollektorwiderstand 41' und 42' geht eine Steuerleitung an die Basis je eines Schalttransistors 51 und 52. Diese beiden Schalttransistoren sind ebenfalls komplementär und liegen mit Je einer Signalisierlampe 51' bzw. 52' in Raihe geschaltet in zwei getrennten, an die Stromquelle Q angeschlossenen Signalisierstromkreisen. In der Zeichnung sind beide Schwellwertschalter mit 4 bezeichnet und die Signalisierstromkreise sind mit 5 bezeichnet. In circuits 1 and 2, the loads are one out of two equal resistances existing voltage dividers 13, 23 connected in parallel, which are equal among themselves. To monitor the consumer currents i1 and i2 is a semiconductor operational amplifier 3 operated at the current source Q is known Kind provided, the first input channel 31 with the tap of the voltage divider 13 and its second input channel 32 are connected to the tap of the voltage divider 23 is. With the help of a potentiometer P connected between these channels, the voltage existing between the voltage divider taps can be changed. Of the Output channel 33 of the operational amplifier is with the interposition of a resistor 34 connected to the junction of two current branches, one of which is connected to the positive, the other to the negative pole of Current source Q is switched. The base-collector paths of a complementary one are located in these current branches Transistor pairs 41, 42 and the associated collector resistors 41 and 42 '. the The emitters of these transistors are separated from the two taps on the current source Q with connected voltage divider 43 with three resistors R1, R, R2 out. The current branches with the transistors 41, 42 and the voltage divider work together as a threshold switch. A control line goes from each collector resistor 41 'and 42' to the base of a switching transistor 51 and 52. These two switching transistors are also complementary and each have a signaling lamp 51 'or 52' switched in Raihe in two separate signaling circuits connected to the current source Q. In the drawing, both threshold switches are denoted by 4 and the signaling circuits are denoted by 5.

Sind die zu überwachenden Ströme i1 und i2 gleichgroß, z. B. 12 A, so liegen die Spannungsteiler 13 und 23 an gleichgroßen Spannungen, nämlich an 12 V - 12 mV, wenn die Spannung der Stromquelle 12 V beträgt und die Widerstände. 11 und 21 einen Wert von Je 1 mOhm haben. An den Abgriffen der Spannungsteiler liegt Jeweils die halbe Spannung, nämlich 6 V - 6 mV. Are the currents to be monitored i1 and i2 of the same size, e.g. B. 12 A, the voltage dividers 13 and 23 are connected to voltages of the same magnitude, namely to 12 V - 12 mV if the voltage of the power source is 12 V and the resistors. 11 and 21 have a value of 1 mOhm each. At the taps of the voltage divider lies Half the voltage in each case, namely 6 V - 6 mV.

Zwischen diesen Abgriffen und den Eingangskanälen 31, 32 des Operationsverstärkers besteht somit keine Spannung. Wird in der Schaltung ein Operationsverstärker mit symmetrischer Arbeitskennlinie verwendet, so liegt bei spannungsfreiem Eingang (d U-o) der Ausgang des Verstärkers auf dem Mittenpotential (6 Volt) der Stromquelle Q. Sind ferner die Widerstände des opannungsteilérs 43 so bemessen, daß der Emitter des Transistors 41 auf 9 Volt, der Emitter des Transistors 42 auf 3 Volt gelegt ist, dann sind diese Transistoren bei spannungsfreiem Eingang des Operationsverstärkers gesperrt. Die Schalttransistoren 51 und 52 der Signalisierstromkreise 5 sind dann gleichfalls gesperrt. Die Überwachungsschaltung erzeugt also in diesem Falle kein Signal, da die überwachten Ströme gleichgroß sind.Between these taps and the input channels 31, 32 of the operational amplifier there is therefore no tension. Will be using an operational amplifier in the circuit symmetrical working characteristic is used, with a voltage-free input (i.e. U-o) the output of the amplifier at the center potential (6 volts) of the power source Q. Are also the resistances of the voltage divider 43 such that the emitter of transistor 41 to 9 volts, the emitter of transistor 42 to 3 volts is, then these transistors are with no voltage input of the operational amplifier locked. The switching transistors 51 and 52 of the signaling circuits 5 are then also blocked. The monitoring circuit thus generates in this No signal because the monitored currents are of the same size.

Werden die Ströme jedoch in den Stromkreisen 1 und 2 ungleich groß, beispielsweise der Strom i2 nur 0,2 A kleiner als der oben angenommene Wert 12 A und somit auch kleiner als der Strom i1, dann liegt der Spannungsteiler 23 an 12 V - 11,8 mit während der Spannungsteiler 13 unverändert an 12 V - 12 mV liegt. Dabei ist der Eingangskanal 32 gegenüber dem Kanal 31 des Operationsverstärkers um + 0,1 mV vorgespannt, so daß der Ausgang des Operationsverstärkers auf einem Potential liegt, das etwas kleiner als 3 Volt ist. Dabei ist der Transistor 42 des Schwellwertschalters 4 aufgesteuert und führt einen Kollektorstrom. Der Schalttransistor 52 ist dann gleichfalls aufgesteuert, so daß die Signalisierlampe 52' einen Strom erhält, welcher infolge der Verstärkung durch 52 so groß ist, daß diese Lampe aufleuchtet. Nunmehr signalisiert die Uberwachungsschaltung, daß der Strom i2 kleiner ist als der Strom i1 Den umgekehrten Fall signalisiert die Schaltung durch das Aufleuchten der Signalisierlampe 51. Man sieht auch, daß die beschriebene Uberwachungsschaltung unabhängig von der Spannung der Stromquelle Q arbeitet. Bei einer Veränderung dieser Spannung verändern sich zwar auch die Ströme i1 und i2, sie bleiben jedoch stets gleichgroß. However, if the currents in circuits 1 and 2 are unequal, For example, the current i2 is only 0.2 A less than the value 12 A assumed above and thus also smaller than the current i1, then the voltage divider 23 is connected to 12 V - 11.8 with while the voltage divider 13 remains unchanged at 12 V - 12 mV. Included the input channel 32 is compared to the channel 31 of the operational amplifier by + 0.1 mV biased so that the output of the operational amplifier is at a potential which is slightly less than 3 volts. The transistor 42 is the threshold switch 4 controlled and carries a collector current. The switching transistor 52 is then also turned on so that the signaling lamp 52 'receives a current which is so large as a result of the gain by 52 that this lamp lights up. Now the monitoring circuit signals that the current i2 is smaller than the current i1 The reverse case is signaled by the circuit by the lighting up of the signaling lamp 51. It can also be seen that the monitoring circuit described is independent of the Voltage of the power source Q is working. If there is a change in this tension, change it Although currents i1 and i2 also change, they always remain the same.

Um Störimpulse vom Eingang des Operationsverstärkers fernzuhalten, welche infolge dynamisch ungleicher Verbraucher 11 und 12 beim Schalten der Ströme i1 und i2 entstehen können-, empfiehlt es sich, bei den Spannungsteilern 13 und 23 je einen Widerstand in zwei in Reihe liegende Teilwiderstände aufzuteile und die Spannungsteiler an den Teilungspunkten mit einem Sonder sator zu verbinden. To keep interference pulses away from the input of the operational amplifier, which as a result of dynamically unequal consumers 11 and 12 when switching the currents i1 and i2 can arise - it is advisable to use the voltage dividers 13 and 23 to divide one resistor each into two series partial resistors and to connect the voltage dividers to the dividing points with a special generator.

Die Schaltung gemäß der Erfindung eignet sich auch zur Überwachung von je zwei Gleichströmen, deren Größen durch mehrere in den Stromkreisen in Reihe oder parallelgeschaltete Verbraucher bestimmt sind. Halbleiter-Operationsverstärker sind in Stromkreisen mit einer Betriebsspannung bis zu etwa 30 Volt verwendbar. Ist die Spannung der Stromquelle Q größer als 30 Volt, so ist für die Schaltung gemäß der Erfindung diese Spannung in bekannter Weise durch verlustarme Spannungsteilung mittels Zenerdioden entsprechend zu begrenzen und die sind Spannungsteiler 13 und 23 entsprechend zu bemessen The circuit according to the invention is also suitable for monitoring of two direct currents each, the magnitudes of which by several in the circuits in series or consumers connected in parallel are intended. Semiconductor operational amplifier can be used in circuits with an operating voltage of up to about 30 volts. If the voltage of the current source Q is greater than 30 volts, then it is for the circuit according to the invention this voltage in a known manner by low-loss voltage division to be limited accordingly by means of Zener diodes and these are voltage dividers 13 and 23 to be dimensioned accordingly

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e-S circuit for simultaneous monitoring of two direct currents each, which are connected by two to a common power source Consumers flow, using contactless switches and transformerless ones Amplifier, characterized in that the consumers (11, 21) each have a very low resistance Resistance (12, 22) connected upstream as well as one each consisting of two resistors Voltage divider (13, 23) is connected in parallel and that one of the difference of Semiconductor operational amplifiers controlled by the two voltage dividers tapped off voltages (3) on the output side via a resistor (34) and a threshold value switch (41, 42) with series resistor (41 ', 42') with the plus and minus pole of the power source (2) is connected, and each series resistor the control path via a signaling means (51 ', 52') connected to the same current source switching transistor (51, 52) connected in parallel is.

2. Circuit according to claim 1, characterized in that the threshold switch (41, 42) are transistors connected at the base to the output of the operational amplifier (3) connected together, connected to the series resistor (41 ', 42') at the collector and at the emitter to one of three resistors (R1, R, R2) on the current source (2) connected voltage divider (43) is switched.

3. A circuit according to claim 1 and 2, characterized in that for Monitoring of two equally large direct currents the low-resistance resistors (12, 22) of the circuits (1, 2) and voltage divider (13, 23) are designed the same.

4. A circuit according to claim 1 and 2, characterized in that for The low-level resistors monitor two different direct currents (12, 22) of the circuits (1, 2) are executed the same and the resistance in which the coarse direct current flows, a higher resistance compared to this resistor Voltage divider is connected in parallel, at which the same voltage as at the voltage divider-free Resistance can be tapped.

5. A circuit according to claim 1 and 2, characterized in that for Monitoring of two different direct currents the low-ohmic resistors (12, 22) of the circuits (1, 23 are designed differently and the resistance) which the larger voltage drops, a higher resistance compared to this resistor Voltage divider is connected in parallel, at which the same voltage as at the voltage divider-free Resistance can be tapped.

L e r s e i t e