DE2213921B1 - Elektronisches kurzschlußsicheres Schaltersystem - Google Patents

Description

• Ein Nachteil der an den Eingang E 1 angeschlossenen Schaltung ist, daß nach Anlegen einer Steuerspannung die Koinzidenzschaltung K 1 das Ausgangssignal mit einer Verzögerung abgibt, die durch den zeitlichen Abstand zwischen dem Beginn des Steuersignals und dem Auftreten des nächsten Taktgeneratorimpulses bedingt ist. Die an dem Eingang es angeschlossene Schaltung vermeidet diesen Nachteil dadurch, daß die beiden Eingänge der Koinzidenzschaltung K 2 mit einem Kondensator C 2 überbrückt sind. Die Vorderflanke des Steuersignals gelangt so gleichzeitig auf beide Eingänge der Koinzidenzschaltung K 2, die aus einem UND-Gatter und einem dieser nachgeschalteten, in Kollektorschaltung arbeitenden Transistor T 2 besteht und nach Auftreten eines Steuersignals »1«-Signal abgibt. Dieses gelangt wiederum über einen Widerstand R 2 auf den zweiten Eingang der Koinzidenzschaltung K 2 und übernimmt nach Abklingen des über den Kondensator C 2 geführten Impulses die Aufrechterhaltung der UND-Bedingung. Der Emitterfolger mit dem Transistor T 2 dient als Leistungsausgangsstufe und speist die zur Last RL 2 führende Leitung. Von seinem Ausgang muß die auf den zweiten Eingang des UND-Gatters geführte Spannung abgenommen werden, da dort im Falle eines Kurzschlusses die Spannung zusammen bricht.
• Im Unterschied zu der an den Einganges angeschlossenen Schaltung liegt der zweite Eingang des UND-Gatters der Koinzidenzschaltung K 2 an einem Spanaungsteiler mit den Widerständen R 2 und R 20.
• Dieser Spannungsteiler kann so eingestellt werden, daß die Spannung an seinem Abgriff nur wenig über der Schwellspannung des UND-Gatters liegt. so daß das Gatter schon abschaltet, wenn die Ausgangsspannung infolge Überlastung nur wenig absinkt. Dadurch wird eine Zerstörung der Koinzidenzschaltung K 2, insbesondere dessen Transistor T2. verhindert. Die Größe des Kondensators C 2 ist so zu bemessen. daß der über ihn auf den zweiten Eingang des UND-Gatters gelangende Impuls mindestens so lange dauert. bis am Ausgang das »l«-Signal erscheint. das die Aufrechterhaltung der UND-Bedingung übernimmt. Ferner muß die maximal zulässige Flankensteilheit des Ansteuersignals und die maximal zulässige Ansteuerfrequenz der Koinzidenzschaltung K 2 berücksichtigt werden.
• Im Falle eines Kurzschlusses in der von der Koinzidenzschaltung K 2 zum Lastwiderstand RL 2 führenden Leitung schaltet die Koinzidenzschaltung K 2 seine Ausgangspannung in der gleichen Weise wie die Schaltung K1 ab. Auch die Wiedereinschaltung durch die Impulse des Taktgenerators TG erfolgt in gleicher Weise über eine Entkopplungsdiode D 2.
• Wie schon erwähnt, liefern die Koinzidenzschaltungen K 1 und K 2 auch im Kurzschlußfalle während der Dauer der Impulse des Taktgenerators TG einen Ausgangsstrom. Wird das Puls-Pausen-Verhältnis dieser Impulse sehr klein, z. B. 1:100 gewählt, so besteht im allgemeinen keine Gefahr für die Leistungsausgangsstufen. In Sonderfällen, z. B. wenn sie eine höhere Ausgangsspannung liefern. können die Ausgangsstufen auch bei kleinem Puls-Pausen-Verhältnis zerstört werden. In der an den Eingang E3 angeschlossenen Koinzidenzschaltung K 3 ist der Ausgangsstrom der Leistungsstufe begrenzt. Die Ausgangsstufe, an die über eine Leitung eine Last RL 3.
• z. B. eine Relaiswicklung, angeschlossen ist, besteht im wesentlichen aus einem in Emitterschaltung arbeitenden Transistor T3 mit einem Emitter-Widerstand R 30. Der Basis-Emitterstrecke des Transistors T3 und dem Emitter-Widerstand R 30 sind zwei hintereinandergeschaltete, in Durchlaßrichtung gepolte Dioden D 30 parallelgeschaltet. Der maximale Ausgangsstrom ist dann auf einen Wert begrenzt, der etwa gleich dem Verhältnis der Durchlaßspannung einer Diode und dem Widerstand R 30 ist.
• Da in der Koinzidenzschaltung K 3 zur Ansteuerung des Transistors T3 »O«-Signal erforderlich ist, wird als Gatter ein NAND-Glied verwendet, dessen einem Eingang das Steuersignal und dessen anderem Ausgang über einen Widerstand R 3 das Ausgangssignal der Leistungsstufe zugeführt ist. Die Wiedereinschaltung der Koinzidenzstufe K 3 erfolgt ebenso wie die der Stufen K 1 und K 2 mit den Impulsen des Taktgenerators TG über eine Entkopplungsdiode D 3.
• Eine Schaltung, in der der Endtransistor noch besser geschützt ist, ist an einen Eingang E 4 angeschlossen. Eine Koinzidenzstufe K 4 enthält wie die Koinzidenzschaltung K 3 ein NAND-Glied, an das ein Transistor T4 angeschlossen ist, in dessen Kollektorkreis ein Lastwiderstand RL 4 liegt. Dieser soll eine Relaiswicklung sein, dem eine nicht bezeichnete Diode parallelgeschaltet ist, über welche beiAbschalten des durch die Relaiswicklung fließenden Stromes die Induktionsspannung kurzgeschlossen wird. Die Kollektorspannung des Transistors T 4 ist wiederum als Haltespannung über einen Widerstand R 4 auf den zweiten Eingang der Koinzidenzschaltung K l rückgekoppelt. Diesem Eingang werden ferner über eine Diode D 4 die Impulse des Taktgenerators TG zugeführt.
• In den Emitterkreis des Transistors T4 ist ein Strommeßwiderstand R 40 geschaltet, dem die Basis-Emitter-Strecke eines Transistors T41 parallelgeschaltet ist. Dieser bildet zusammen mit einem weiteren Transistor T42 einen Schwellwertverstärker.
• Die Größe des Widerstandes R 40 und der Schwellwert des Verstärkers sind so bemessen, daß, wenn der Strom durch den Widerstand R 40 einen bestimmten, den Transistor T4 möglicherweise schädigenden Wert erreicht, eine solche Spannung abfällt.
• daß der Schwellwert des Verstärkers mit den Transistoren T41 und T42 überschritten wird, diese beiden Transistoren in den Durchlaßzustand geschaltet werden und somit auf den zweiten Eingang der Koinzidenzschaltung »0«-Signal gegeben und die Koinzidenzbedingung aufgehoben wird. Mit dieser Schaltung läßt sich die Stromschwelle. oberhalb der der Ausgangsstrom abgeschaltet wird. besonders genau einstellen. Eine Diode D 40 sorgt dafür, daß auch im Kurzschlußfalle während der Prüfimpulse der Strom durch den Endtransistor T4 in zulässigen Grenzen bleibt.

Claims (5)

1. Patentansprüche: 1. Elektronisches kurzschluß sicheres Schaltersystem, dadurch gekennzeichnet, daß je Schalter eine Koinzidenzschaltung (K 1, K 2, K3) vorgesehen ist, deren erstem Eingang das Steuersignal zugeführt ist und deren zweiter Eingang mit dem Ausgang des jeweiligen Schalters und einem allen Schaltern gemeinsamen, ein kleines Puls-Pausen-Verhältnis aufweisenden Taktgenerator (TG) verbunden ist.
2. 2. Schaltersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingänge der Koinzidenzschaltung von einem Kondensator (C 2, C 3) überbrückt sind.
3. 3. Schaltersystem nach Anspruch 1 oder 2, da durch gekennzeichnet, daß der zweite Eingang der Koinzidenzschaltung (K 2) an den Abgriff eines zwischen dem Ausgang der Koinzidenzstufe (K 2) und einer Konstantspannung liegenden Spannungsteilers (R 2, R 20), angeschlossen ist.
4. 4. Schaltersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Koinzidenzschaltung (K 3) einen Ausgangstransistor (T3) enthält, in dessen Kollektorkreis der Lastwiderstand (RL 3) liegt und der so geschaltet ist, daß sein Kollektorstrom begrenzt ist.
5. 5. Schaltersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Koinzidenzschaltung (K 4) einen Ausgangstransistor cit4) enthält, in dessen Kollektorkreis der Lastwiderstand (RL 4) und in dessen Emitterkreis ein Strommeßwiderstand (R 40) liegt, daß am Strommeßwiderstand (R 40) ein Schwellwertverstärker (T41, T42) angeschlossen ist, dessen Ausgang mit solcher Polung auf den zweiten Eingang der Koinzidenzschaltung (K 4) rückgeführt ist, daß, wenn der Spannungsabfall am Meßwiderstand (R 40) die Ansprechwelle des Schwellwertverstärkers (T 41, T42) überschreitet, die Koinzidenzbedingungen aufgehoben wird.

   In Anlagen, z. B. Prozeßsteueranlagen, werden häufig als Schalter dienende Leistungsausgangsstufen zum Schalten von Lampen oder Relais eingesetzt. Da häufig eine Vielzahl von solchen Schaltern in einer Anlage verwendet sind und zudem über lange Ausgangsleitungen, die aus der Anlage heraus, z.B in ein Bedienungspult, führen, mit den zu betätigenden Elementen verbunden sind, ist die Wahrscheiniiehkeit groß, daß Kurzschlüsse in den Ausgängen der Schalter auftreten.

   Aus der deutschen Auslegeschrift 1 186 502 ist eine Schaltung bekannt, die dazu dient, Eingangsimpulse zu sperren, die eine kürzere Zeitdauer als eine vorherbestimmte minimale Zeitdauer aufweisen.

   Diese bekannte Schaltung enthält eine Koinzidenzstufe, auf deren einem Eingang die zu prüfenden Impulse über eine Verzögerungsleitung gelangen und derem anderen Eingang die zu prüfenden Impulse unverzögert sowie die Ausgangssignale der Koinzidenzstufe zugeführt werden.

   Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vielzahl von elektroni- scher Schaltern sicher und mit geringem Aufwand an Bauteilen gegen Kurzschlüsse zu schützen. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelost, daß je Schalter eine Koinzidenzschaltung vorgesehen ist, deren erstem Eingang das Steuersignal zugeführt ist und deren zweiter Eingang mit dem Ausgang des jeweiligen Schalters und mit einem allen Schaltern gemeinsamen, ein kleines Puls-Pausen-Verhältnis aufweisenden Taktgenerator verbunden ist. In einer solchen Schaltung wird nach Anlegen eines Steuersignals an den einen Eingang einer Koinzidenzschaltung eines Schalters nach dem nächsten Taktgeneratorimpuls das Steuersignal durchgeschaltet. Durch die Rückkopplung vom Ausgang der Koinzidenzschaltungen auf den anderen Eingang wird dieser Schaltzustand aufrechterhalten, solange das Steuersignal anliegt. Bricht infolge einer Überlastung die Ausgangsspannung und damit die Rückkopplungsspannung zusammen, so schaltet die Koinzidenzschaltung das Ausgangssignal ab. Lediglich während der kurzen Prüfirupulse des Taktgenerators fließt kurzzeitig ein Ausgangsstrom. Ist die Überlast oder der Kurzschluß beseitigt, so wird die Ausgangsspannung wieder eingeschaltet. Mit einem einzigen Taktgenerator kann eine Vielzahl von Schaltern sowohl nach Anlegen eines Steuersignals als auch nach Beendigung eines Kurzschlusses wieder eingeschaltet werden.

   An Hand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, werden im folgenden die Erfindung sowie weitere Vorteile und Ergänzungen näher beschrieben und erläutert.

   Den EingängenEl, E2 und E3 kann je ein Steuersignal, das im Ausführungsbeispiel hohes Potential hat und »1«-Signal sei, zugeführt werden. Das dem Eingang E 1 zugeführte Steuersignal gelangt auf den einen Eingang einer Koinzidenzstufe K 1, die aus einem UND-Gatter besteht. Der Ausgang der Koinzidenzschaltung K 1 ist über einen Widerstand R 1 auf den zweiten Eingang rückgeführt. Ferner liegt am Ausgang eine Last RL 1, die z. B. eine Glühlampe ist. Dem zweiten Eingang der Koinzidenzscbaltung K 1 werden über eine Entkopplungsdiode D 1 die Ausgangsimpulse eines Taktgenerators TG zugeführt.

   Tritt am Eingang E 1 ein Steuersignal auf, so ist mit dem nächsten Impuls des Taktgenerators TG die UND-Bedingung erfüllt, am Ausgang des UND-Gatters erscheint »1«-Signal, das über den Widerstand R 1 auf den zweiten Eingang gelangt und so die UND-Bedingung aufrecht erhält. Die Impulse des Taktgenerators TG müssen also mindestens so lange andauern, wie die Schaltzeit des UND-Gatters ist.

   Tritt im- Ausgangskreis der- Koinzidenzsehaltung K 1 ein Kurzschluß auf, so bricht die Ausgangsspannung zusammen, die UND-Bedingung ist nicht mehr erfüllt und der Ausgang des UND-Gaiters ist nicht belastet.

   Mit dem nächsten Impuls des Taktgenerators TG wird das UND-Gatter kurz durchgeschaltet. Besteht noch der Kurzschluß, so wird dadurch die Ausgangsspannung praktisch nicht erhöht, so daß nach dem Verschwinden des Impulses das UND-Gatter wieder abgeschaltet ist. Ist der Kurzschluß aber beseitigt, so gibt das UND-Gatter »1«-Signal ab, so daß die UND-Bedingung wieder erfüllt ist.