DE2230343C3 - Flamitienüberwachungsschaltung - Google Patents

Description

Flammenüberwachungsschaltungen sind erforderlich, um bei einem Ausfall der Brennerflamme die Brennstoffzufuhr zu unterbrechen, damit sich keine gefährli- über dem Kondensator 36 die Versorgungsspannung chen Brennstoffmengen ansammeln können. Derartige 65 für eine der Verstärkerstufen der Flammenfühlerschal-Überwachungsschaltungen arbeiten häufig mit einem tung. Ein Ausfall dieser Versorgungsspannung, die dem Photowiderstand, der aus einer stabilisierten Gleich- Kollektor eines Transistors 54 über einen Widerstand Spannungsquelle gespeist wird. Wird der Photowider- 56 zugeführt wird, bewirkt, daß der Transistor 54 nicht

mehr als Verstärker arbeitet, so daß außer dem vernachlässigbar kleinen, direkt an den Kollektor angekoppelten Signal kein Signal mehr durchgelassen wird, pie Versorgungsspannung für die Überwachungsschaltung wird von einer zweiten Ober ekven Vorwiderstand 59 gespeisten Zenerdiode 58 abgeleitet In diesem Falle zeigt die Überwachungsschaltung auch die ordnungsgemäße Funktion der Zenerdiode 58 an. Wenn bei der Zenerdiode 58 eine Unterbrechung auftritt, steigt die Versorgungiapannung und damit auch die Spannung an der Basis des Transistors 16, die von dieser Versorgungsspannung über die Widerstände 18 und 20 gespeist wird. Der Transistor 16 wird gesättigt, wodurch die Wechselspannungskomponente und damit auch die Spannung über dem Kondensator 36 verschwindet Bei diesem Ausführungsbeispiel wird das Wechselspanmcigssignal von der Netzspannung über einen Transformator 61 und einen Vorschaltwiderstai.d 62 erzeugt Obwohl dieser Widerstand einen Nebenschluß zum Widerstand 18 darstellt, ist der Wert des Widerstands 62 zu groO, um den Gleichstromarbeitspunkt zu verschieben. Außerdem kann bei der Wahl der Widerstände 18 und 20 der Nebenschluß berücksichtigt werden.

Die in F i g. 1 gezeigte Schaltung arbeitet folgendermaßen: Die gleichgerichtete Versorgungsspannung wird über einen Widerstand 59 und eine Zenerdiode 58 auf eine erste, tiefere Spannung und dann über den Widerstand 12 und die Zenerdiode 10 auf eine zweite, noch tiefere Spannung abgesenkt so daß die Widerstände 63 und 64 mit einer zweifach stabilisierten Span- nung versorgt werden. Der beispielsweise aus Bleisulfid bestehende Photowiderstand 65 hat einen bestimmten Dunkelwiderstand, der bei Bestrahlung mit infrarotlicht reduziert wird. Die Infrarotstrahlung einer Flamme weist Schwankungen mit einer Hauptfrequenz in der Gegend von 10 Hz auf. Der Transistor 66 wirkt als Verstärkerstufe, deren Gleichstromarbeitspunkt von seinem Kollektor stabilisiert wird. Das Wechselspannungssignal wird über einen Kondensator 67 angekoppelt welcher in bezug auf die übrigen Bauelemente so gewählt ist daß Frequenzen, die bedeutend unterhalb 10 Hz liegen, nicht durchgelassen werden. Die Kondensatoren 68 und 69 sind so gewählt daß Frequenzen, die bedeutend oberhalb 10 Hz liegen, im abv hwachenden Sinn auf die Basis zurückgekoppelt werden. Der Transistor 66 und die zugehörigen passiven Bauteile bilden demnach eine Bandpaß-Verstärkerstufe.

Der Transistor 54 ist ein pnp-Transistor und erhält eine negative Betriebsspannung. Er arbeitet auf ähnliche Weise, wird aber durch die in »Darlington-Schali- tung« angeordneten Transistoren 75 und 76 angesteuert Die Basis des ersten Darlington-Transistors 75 wird durch die einen Spannungsteiler bildenden Wider stände 79 und 80 auf die halbe Betriebsspannung vorgespannt. Der Transistor 82 ist ein sogenannter »Bool- SS strap-Emitterfolger«, der als Last für den Transistor 74 geschaltet ist Wenn der Transistor 74 leitet ist Transistor 82 gesperrt und der Entladestrom für den Kondensator 84 kommt aus dem Transistor 74. Wenn der Transistor 74 sperrt, wird Transistor 82 über den Widerstand 86 im leitenden Zustand gehalten, so daß er einen Ladestrom für den Kondensator 84 liefert. Damit wird erreicht daß der Transistor 74 als Wechselstrom-Treiberstufe arbeitet, welche einen die Dioden 89 und 90 enthaltenden Gleichrichter über eine Induktivität 91 und einen Kondensator 84 speist Die Induktivität 91 ist derart gewählt daß Frequenzen, welche bedeutend höher sind als 10 Hz, abgeblockt werden. Die Kombina tion der Induktivität 91, der Kondensatoren 84 und 92 und der Dioden 89 und 90 wirkt als eine Ausfallsicherungsschaltung. Die 10-Hz-Komponente des aus der Flamme abgeleiteten Signals, wird demnach in der Schaltung nach F i g. 1 auf einen genügend hohen Leistungspegel verstärkt und gleichgerichtet um ein Relais 94 anzusteuern.

Außer praktisch nicht vorkommenden Kurzschlüssen in den Widerständen und in der Induktivität bewirken Ausfälle von Bauteilen ein Ausschalten des Relais 94 sogar dann, wenn die Netzspannung mit einer Frequenz von 10 Hz schwanken und dadurch die Gleichspannungsversorgung mit dieser Frequenz modulieren sollte.

Eine abgewandelte Teilschaltung der Überwachungsschaltung veranschaulicht F i g. 2. Hier ist eine Zenerdiode 10 und ein Vorschaltwiderstand 12 mit dem Emitter 14 eines npn-Transistors 16 verbunden. Widerstände 18 und 20 sind so gewählt daß die Gleichspannungskomponente der Spannung an der Basis des Transistors 16 ungefähr gleich groß ist wie der Spannungsabfall über der Zenerdiode 10. Ein Widerstand 22, der am Kollektor des Transistors 16 angeschlossen ist leitet einen Strom zwischen diesem und dem positiven Betriebsspannungsanschluß 24.

Am unteren Ende und in Serie zum Widerstand 20 wird über die Sekundärwicklung eines Transformators 26 eine Wechselspannung zugeführt Diese Wechselspannung ist gerade genügend groß, um die Spannung an der Basis des Transistors 16 so weit über oder unter den Gleichstromarbeitspunkt zu verschieben, daß der Transistor bei positiver Verschiebung gesättigt bei negativer Verschiebung gesperrt wird Am Kollektor des Transistors 16 entsteht dadurch ein Signal mit einer Wechselstromkomponente, welches bei gesättigtem Transistor ungefähr der Spannung über der Zenerdiode entspricht Eine Gleichrichterschaltung 28 wandelt das Signal in eine negative Ausgangsspannung E um. Die Wechselspannungskomponente der Kollektorspannung wird über einen Kondensator 30 einer aus zwei Dioden 32, 34 und einem Filterkondensator 36 bestehenden Gleichrichter- und Füterschaltung zugeführt Die Dioden 32 und 34 sind so geschaltet, daß über dem Kondensator 36 eine in bezug auf den geerdeten Betriebsspannungsanschluß 38 negative Spannung entsteht Bei dieser Anordnung verursacht ein Ausfall irgendeines nichtohmschen Bauteils einen Ausfall der Spannung über dem Filterkondensator 36 auf Null.

Wenn die Zenerdiode derart ausfällt, daß eine Unterbrechung entsteht dann wird der Transistor 16 gesperrt da die Emitterspannung größer ist als die Spannung an der Basis. Die Kollektorspannung bleibt dadurch konstant Der Kopplungskondensator 30 blockt die Gleichspannungskomponente ab, so daß die Spannung über dem Filterkondensator infolge Entladung Über den Widerstand 40 auf Null abfällt Wenn bei beschädigter Zenerdiode ein Kurzschluß entsteht wird der Transistor 16 gesättigt so daß auch in diesem Fall dl- Ausgangsspannung auf Null abfällt.

Ein Ausfall der Widerstände 12, 18, 20 und 22, bei dem ein Kurzschluß über dem Bauelement entsteht, ist unwahrscheinlich, da diese Widerstände nicht mit mehr als 30% ihrer Nennleistung belastet werden. Eine Unterbrechung im Widerstand 20 verhindert, daß der Transistor ausgesteuert wird, so daß die Ausgangsspannung auf Null abfällt. Eine Unterbrechung im Widerstand 18 bewirkt daß der Transistor gesperrt wird, so daß ein Einfluß der Wechselspannung unterbunden

wird und das Ausgangssignal verschwindet. Durch eine Unterbrechung im Widerstand 22 wird der Kollektorstrom unterbrochen, so daß am Kollektor kein Wechselstromsignal entstehen kann. Der Widerstand 22 wird viel größer (z. B. fünfzigmal größer) als der Widerstand 12 gewählt. Eine Unterbrechung im Widersland 12 bewirkt daher, daß der Emitterstrom durch die Last 17 zu klein ist, um die Emitterspannung auf einen Betrag zu bringen, bei welchem der Transistor gesperrt wird. Der Transistor ist daher gesättigt und das Wechselspannungssignal unwirksam.

Jede Unterbrechung in einem Zweig der Schaltung bewirkt, daß das Wechselspannungssignal unwirksam wird oder daß der für die Einstellung des Arbeitspunkts notwendige Strom unterbrochen wird. Wenn zwischen dem Kollektor und dem Emitter ein Kurzschluß auf tritt, bestimmt die Zenerdiode die Spannung am Kollektor. Da die Zenerdiode die Kollektorspannung auf einem konstanten Wert hält, verschwindet die Ausgangsspannung £ Auch bei einem Kurzschluß zwischen der Basis und dem Emitter verschwindet die Ausgangsspannung, da der Transistor 16 gesperrt ist und die Kollektorspannung konstant bleibt. Unter gewissen Umständen könnte ein Kurzschluß zwischen der Basis und dem Kollektor das Entstehen einer Wechselstromkomponente am Kollektor und das Weiterbestehen einer Ausgangsspannung E erlauben. Wenn jedoch die Widerstände 18 und 20 bedeutend größer als der Widerstand 22 sind, tendiert ein Kurzschluß zwischen Kollektor und Basis zu einer Erhöhung der Spannung an der Basis des Transistors 16, die jedoch durch die Zenerdiode 10 über die Basis-Emitter-Diode annähernd konstant gehalten wird. Obwohl die Spannung am unteren Ende des Widerstands 20 variiert, wird die Spannung an der Basis und daher auch am Kollektor konstant gehalten. Der Kondensator 36 entlädt sich über den Lastwiderstand 40, und die Ausgangsspannung E verschwindet

Infolge der Bedingung, daß der Widerstand 22 im Verhältnis zum Widerstand 12 groß sein soll, kann kein nennenswerter Strom aus dem Kondensator 36 entnommen werdea da der durch den Widerstand 22 bestimmte Ladestrom klein ist Der Lastwiderstand muß hier größer als beispielsweise 100 kOhm sein.

F i g. 3 zeigt das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung, wie es ähnlich auch in F i g. 1 verwendet ist und in dem die Schaltung nach F i g. 2 derart ergänzt ist daß der Widerstand 22 weggelassen und statt dessen ein pnp-Transistor 50 vorgesehen ist welcher den Ausgangsstrom für die Gleichrichterschaltung 28 liefert Der Kollektorstrom des Transistors 16 fließt über die Basis-Emitter-Diode des Transistors 50 und durch den Widerstand 51. Der Transistor 50 ist daher völlig leitend, wenn durch den Transistor 16 ein Strom fließt und gesperrt wenn im Transistor 16 kein Strom fließt

Die dem Gleichrichter zugeführte Wechselspannung wird bei dieser Ausführung am Kollektorwiderstand 52 abgenommen. Die über dem Widerstand 52 auftretende Spannungsamplitude entspricht der Betriebsspannung. Der Transistor 50 hat eine genügende Stromverstärkung, so daß aus der Gleichrichterschaltung 28 Leistung bezogen werden kann. Infolge dieser Stromverstärkung können auch die Werte der Widerstände 18 und 20 reduziert werden.

Bei einer Unterbrechung oder einem Kurzschluß der Basis-Emitter-Diode des Transistors 50 tritt am Widerstand 52 kein Signal auf. Ein Kurzschluß zwischen Kollektor und Basis oder zwischen Kollektor und Emitter bewirkt, daß die Betriebsspannung ständig am Widerstand 52 liegt In beiden Fällen verschwindet die Wechselspannungskomponente in dem der Gleichrichterschaltung 28 zugeführten Signal.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigi F i g. 4. Hierbei ist ein weiterer Transistor zum Trennen der Steuerspannungsquelle von der Vergleichsschaltung verwendet, und es werden zwei Spannungen E\ und Ei verglichen und eine Ausgangsspannung E er-

to zeugt Die Ausgangsspannung ist negativ, wenn die Spannungen in Bezug aufeinander in einem bestimmter Bereich liegen. Wenn die Spannungen außerhalb dieses Bereichs liegen oder wenn ein Bauteil ausfällt, verschwindet die Ausgangsspannung. Die Spannungsquel-

ij len dürfen hier auf Strombelastung empfindlich sein, da sie je durch einen entsprechenden Transistor 100, 102 isoliert sind. Die npn-Transistoren 100 und 102 sind in einer Vergleichsschaltung mit einem gemeinsamer Emitterlastwiderstand 104 geschaltet Zwei Spannungs teiler, bestehend aus den Widerständen 106, 108, IK und 112, sind so ausgelegt, daß an der Basis jedes der beiden Transistoren 100 und 102 im wesentlichen die gleiche Ruhespannung auftritt In eine der beiden Basiszuleitungen wird eine kleine Wechselspannung ein gekoppelt und zwar durch den Transformator 114, des sen Primärwicklung an der Wechselstrom-Netzspan nung liegt Diese eingekoppelte Netzspannung ist gera de genügend groß, daß die Basisspannung des Transi store 102 abwechselnd oberhalb und unterhalb der Ba sisspannung des Transistors 100 ist Wenn sie oberhalt ist wird der Strom im Widerstand 104 hauptsächlich durch den Transistor 102 geliefert Dadurch wird dei Transistor 100 gesperrt, so daß über dem Kollektor widerstand 115 kein Spannungsabfall auftritt Wenn die Spannung an der Basis des Transistors 102 unterhalt der Spannung an der Basis des Transistors 100 ist leite! im wesentlichen nur der Transistor 100, so daß übei seinem Kollektorwiderstand 115 ein Spannungsabfal auftritt Die Spannung am Kollektor 116 ändert dem nach im Takt der Wechselspannung. Die Wechselspan nungskomponente dieser Kollektorspannung wire durch den Kondensator 30 auf den Gleichrichter, beste hend aus den Dioden 32 und 34 und einem Filterkon densator 36, übertragen. Im Gleichrichter entsteht eine negative Ausgangsspannung £

Auch bei der Schaltung nach F i g. 4 bewirkt der Aus fall eines einzelnen Bauteils das Verschwinden der Aus gangsspannung £ Die Funktionsweise der Gleich richterschaltung, bestehend aus den Kondensatoren 3( und 36 und den Dioden 32 und 34, ist bereits im Zusam menhang mit F i g. 2 beschrieben worden.

Eine Unterbrechung im Widerstand 104 oder 106 be wirkt daß der Transistor 100 dauernd gesperrt ist wäh rend eine Unterbrechung im Widerstand 108 ein« dauernde Sättigung des Transistors 100 zur Folge hat Bei beiden Ausfallmöglichkeiten entsteht am Kollektoi 116 eine konstante Spannung, wodurch die gleichge richtete Ausgangsspannung £ verschwindet Eine Un terbrechung im Widerstand 110 bewirkt ein Sperrei des Transistors 102. Die über den Transformator 11< eingekoppelte Wechselspannung ist nicht genügenc groß, um den Transistor zum Leiten zu bringen. Ein« Unterbrechung im Widerstand 112 bewirkt ein Sättiger des Transistors 102. Bei jedem dieser möglichen Bau elementdefekte wird die eingekoppelte Wechselspan nung unwirksam, so daß die Ausgangsspannung £aucl in diesem Falle verschwindet. Eine Unterbrechung in Widerstand 104 oder 115 verhindert die Weiterleitunj

des Wechselspannungssignals, da der Strom durch den Transistor 100 unterbrochen wird. Eine Unterbrechung in einem der beiden Transistoren unterbricht entweder das Wechselspannungssignal direkt oder den für die Übertragung des Signals notwendigen Basisstrom für den Arbeitspunkt.

Ein Kurzschluß zwischen Kollektor und Basis im Transistor 100 bewirkt eine Zunahme der Basisspannungen und der Emitterspannung des Transistors 100, wodurch der Transistor 102 gesperrt wird und somit kein Wechselspannungssignal über den Widerstand 115 erscheint. Ein Kurzschluß zwischen Kollektor und Emitter bewirkt, daß soviel Strom durch den Widerstand 104 fließt, daß der Emitter des Transistors 102 auf einer positiveren Spannung als die Basis liegt, so daß

der Transistor gesperrt ist. Damit dies gewährleiste wird, muß der Widerstand 115 einen genügend kleiner Wert aufweisen. Ein Kurzschluß zwischen Basis unc Emitter im Transistor 100 sperrt diesen, so daß keir Strom durch den Widerstand 115 fließt. Der Transistoi 102 wird durch einen Kurzschluß zwischen Basis unc Emitter gesperrt, wodurch am Widerstand 115 keir Wechselspannungssignal mehr entsteht. Durch einer Kurzschluß zwischen Kollektor und Emitter oder KoI lektor und Basis des Transistors 102 wird die Spannung über dem Widerstand 104 erhöht, wodurch der Transi stör 100 gesperrt wird. Jegliche Art von Defekt in der Transistoren 100 oder 102 bewirkt demnach ein Ver schwinden der Ausgangsspannung E

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Flammenüberwachungsschaltung für eine Brennersteueranlage mit einem aus einer stabilisierten Gleichspannungsquelle gespeisten Photowiderstand zur Erzeugung von Flammensignalen, die ober einen Verstärker einem Flammenrelais zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet,

stand bei Vorhandensein einer Flamme beleuchtet, so hat er einen von seinem Dunkelwiderstand abweichenden Widerstandswert, und infolge der schwankenden Helligkeit der Brennerflamme schwankt dieser Widerstandswert und damit der den Photowiderstand durch fließende Strom. Die Stromschwankungen liegen etwa bei 10 Hz und lassen sich mit den Flackereffekt ausnutzenden Schaltungen als Flammensignal auswerten. Derartige Schaltungen sich aus der DT-OS 1 401 1%,

daß zur Überwachung der stabilisierten Gleichspan- ίο der DT-AS 1092594 und der britischen Patentschrift nung eine Überwachungsschaltung vorgesehen ist, 976 621 bekannt

die einen Transistor (16) aufweist, dessen einer, die Da ein Photowiderstand, auch wenn er nicht beleuch-

Basis-Emitter-Strecke begrenzenden Elektrode tet wird, noch einen gewissen Widerstand, nämlich den (Emitter 14) die stabilisierte Gleichspannung (von sogenannten Dunkelwiderstand, aufweist, muß die ihn 10) und dessen anderer, die Basis-Emitter-Strecke 15 speisende Spannungsquelle eine konstante Spannung begrenzenden Elektrode (Basis) eine Bezugsspan- Ijefern, damit nicht im unbeleuchteten Zustand -TtOm-■ung (aus 58 und 59) sowie eine die Bezugsspan- licherweise das Vorhandensein einer Flamme vortäunung Oberlagernde Wechselspannung (aus 61) züge- sehende Signale auftreten können. Die Verwendung führt wird und von dessen Kollektor die verstärkte einer stabilisierten Gleichspannung zur Speisung eines Wechselspannung abgenommen und einer Gleich- 20 Photowiderstandes einer Brenneranlage ist beispielsrichterschaltung (28) zugeführt wird, deren Aus- weise aus der Schweizer Patentschrift 484 400 bekannt gangsgleichspannung als Schaltspannung zum Frei- Stabilisierte Gleichspannungsquellen für Brennersteueranlagen sind ferner in den USA.-Patentschriften 3 286 246,3 514 240 und der DT-OS 1 S02 540 beschrie-25 ben.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer Überwachungsschaltung für die Überwachung der dem von der Flamme beleuchteten lichtempfindlichen Element, wie beispielsweise einem Photowiderstand oder einem ähnlichen Element zugeführten stabi lisierten Speisegleichspannung, wobei diese Überwachungsschaltung gleichzeitig zur Feststellung irgendwelcher Ausfälle bestimmter Bauelemente herangezogen werden soll und dementsprechend ausgebildet ist

gebendes Verstärkers (66, 54, 75, 76, 74) benutzt wird.

2. Flammenüberwachungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die stabilisierte Gleichspannungsquelle eine parallel zum Photowiderstand (65) angeordnete Zenerdiode (10) und in Serie dazu einen Vorschaltwiderstand (12) enthält

3. Flammenüberwachungsschaltung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kollektorleitung des Transistors (16) ein Kollektorwiderstand (51) liegt, der hochohmiger als der Vor

schaltwiderstand (12) ist, und daß die Bezugsspan- 35 Insbesondere soll bei einem Ausfall von Bauelementen, nung (aus 58,59) der Basis des Transistors (16) über der fälschliche Informationen über die Flamme zur FoI-Widerstandsspannungsteiler (W, 20) zuge-

einen

führt wird, der hochohmiger als der Kollektorwiderstand (51) ist

4. Flammenüberwachungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Transistor (16) und die Gleichrichterschaltung (28) ein Verstärkertransistor (50) eingeschaltet ist

5. Flammenüberwachungsschaltung nach An-

ge hat oder gefährliche Betriebszustände nach sich ziehen kann, die Flammenüberwachungsschaltung ein Signal liefern, welches einer nicht vorhandenen Flamme entspricht, so daß die Brennstoffzufuhr abgeschaltet wird. Bei einem Bauelementeausfall soll also die Anlage in einen sicheren Zustand gebracht werden. Gleichzeitig soll die erfindungsgemäße Überwachungsschaltung als billige und betriebssichere Spannungsvergleichs

spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die stabili- 45 schaltung arbeiten, welche zwei in der Schaltung aufsierte Gleichspannung (Et) der Basis des Transistors (100) zugeführt wird, daß die Bezugsspannung (ß) und die Wechselspannung (aus 114) der Basis eines weiteren Transistors (102) zugeführt wird und daß

tretende Spannungen vergleicht die in einem bestimmten Verhältnis zueinander stehen sollen. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 ange-

gebenen Mittel gelöst Weiterbildungen der Erfindung

die Emitter der beiden Transistoren (100, 102) mit- 50 sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet

einander verbunden sind (F i g. 4).

Die Erfindung ist im folgenden an Hand der Darstellungen einiger Ausführungsbeispiele näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 das Gesamtschaltbild einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltung,

F i g. 2 ein Teilschaltbild einer alternativen Ausführungsform,

F i g. 3 ein Teilschaltbild einer weiteren abgewandelten Ausführungsform und

F i g. 4 ein Teilschaltbild einer noch anderen Ausführungsform der Erfindung.

F i g. 1 zeigt eine vollständige ausfallsichere Flammenüberwachungsschaltung. Hierbei ist die Spannung

Die Erfindung betrifft eine Flammenüberwachungsschaltung für eine Brennersteueranlage mit einem aus einer stabilisierten Gleichspannungsquelle gespeisten Photowiderstand zur Erzeugung von Flammensignalen, die über einen Verstärker einem Flammenrelais zügeführt werden.