DE2264360C3

DE2264360C3 - Failsafe output amplifier

Info

Publication number: DE2264360C3
Application number: DE19722264360
Authority: DE
Inventors: Alfred Ing.(Grad.) 1000 Berlin Lotz
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1972-12-30
Filing date: 1972-12-30
Publication date: 1984-09-20
Also published as: DE2264360B2; DE2264360A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen fchlersicheren Ausgabeverstärker.The invention relates to a pedestrian safe output amplifier.

An die Fehlersicherheit von Schaltungen und elektronischen Bausteinen werden durch den Einsatz in Produktionstechnik, Kernenergietechnik, Energieverteilung und Verkehrswesen immer höhere Anforderungen gestellt. In bekannter Weise werden aus Sicherheitsgründen Wechselstromsignale Gleichslromsignalen vorgezogen. Hierbei stellt sich die Aufgabe, die Wechselstromsignale in leistungsstarke Gleichstromsignale umzuwandeln, um z. B. Stellglieder anzusteuern.The fail-safety of circuits and electronic components is ensured through use in production technology, Nuclear energy technology, energy distribution and transportation are becoming increasingly demanding posed. In a known manner, alternating current signals become direct current signals for safety reasons preferred. Here the task arises, the alternating current signals to convert them into powerful DC signals to e.g. B. to control actuators.

Es sind eine Reihe von Schaltanordnungen bekannt, die eine gegebene Wechselspannung gleichrichten und verstärken. Der Nachteil dieser Schallanordnungen liegt darin, daß durch eine fehlerhafte Gleichspannung am Eingang oder durch den Ausfall eines der Bauelemente ein unzulässiges Gleichstromsignal am Ausgang erzeugt wird. Jeder Fehler in einer Schaltanordnung muß aber z. B. gemäß der aus Sicherheitsgründen häufig verwendeten »fail-safe-approach«-Technik (Abschaltsicherung) zum Abschalten der Ausgangsglcichspannung führen. Durch die DE-AS 15 66 782, Fig. 4, ist eine Anordnung zur Anzeige von fehlenden Impulsen in einer Impulsreihe bekannt, bei der die Impulse einer bistabilen Schaltung zugeführt werden, die über einen Eingangsübertrager eine Leistungsverstärkerstufe mit Ausgangstransformator ansteuert, wobei beim Ausbleiben eines oder mehrerer Impulse einer Impulsreihe durch Sättigung des Eingangsübertragers eine Störungsmeldung am Ausgang ausgelöst wird.A number of switching arrangements are known which rectify a given AC voltage and strengthen. The disadvantage of these sound arrangements is that a faulty DC voltage at the input or due to the failure of one of the components an impermissible direct current signal at the output is produced. Any fault in a circuit arrangement must, for. B. according to for security reasons often »fail-safe-approach« technology (switch-off protection) used to switch off the DC output voltage to lead. DE-AS 15 66 782, Fig. 4, an arrangement for displaying missing pulses in a Pulse series known in which the pulses are fed to a bistable circuit that is fed via an input transformer controls a power amplifier stage with an output transformer, with failure to do so one or more impulses of a series of impulses due to saturation of the input transformer a malfunction message is triggered at the output.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der angeführten Nachteile einen fchlersicheren Ausgabeverstärker zu schaffen, der ein gegebenes Wechselspannungscingangssignul verstärkt und gleichrichtet, wobei beim Auftreten eines fehlerhaften Glcichstromeingangssignals. eines Hauelementefchlers oder eines Ausfalls der Betriebsspannung das Verstärkerausgangssignal mit großer Sicherheit genau wie beim Ausbleiben des Wechselspannungseingangssignals auf 0 Volt zurückgehtThe invention is therefore based on the object while avoiding the disadvantages mentioned, to create an output amplifier that is safe for people to use and that has a given AC voltage input signal amplified and rectified, with the occurrence of a faulty one DC input signal. of a house element researcher or a failure of the operating voltage the amplifier output signal with great certainty exactly like goes back to 0 volts in the absence of the AC voltage input signal

Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe besteht darin, daß ein Wechselspannungscingangssignal über einen Eingangsübertrager und eine an sich bekannte Gleichrichterschallung gleichgerichtet und geglättet als Versorgungsspannung der Kollektor-Vorstufe des Gegentaktzerhackers zugeführt wird, dergestalt, daß der Gegentaktzerhacker aus Kollektorvorstufe, Treiberstufe. Zwischenübertrager, Leistungsverstärkerstufe und Ausgangs- und Gegentaktübertrager eine Wechselspannung erzeugt, die von einer an sich bekannten Ausgangsgleichrichterschaltung gleichgerichtet und geglättet wird und daß bei unzulässigem Stromanstieg infolge eines Ausfalls einer der Transistoren in Kollektor-Vorstufe und Treiberstufe der Zwischenübertrager und in der Leistungsverstärkerstufe der Ausgangs- und Gegentaktübcrtrager in die Sättigung gerät und damit keine Spannung mehr induzierbar ist.The inventive solution to the problem is that an AC voltage input signal via a Input transformer and a known rectifier sound are rectified and smoothed as Supply voltage of the collector pre-stage of the push-pull chopper is fed in such a way that the push-pull chopper consists of a collector pre-stage, driver stage. Intermediate transformer, power amplifier stage and output and push-pull transformer an alternating voltage generated, which is rectified and smoothed by an output rectifier circuit known per se and that in the event of an impermissible increase in current as a result of a failure of one of the transistors in the collector pre-stage and driver stage of the intermediate transformer and in the power amplifier stage of the output and push-pull transformer goes into saturation and thus voltage can no longer be induced.

Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß durch die Übertrager grundsätzlich keine Gleichspannung auf den Ausgang des Verstärkers übertragen werden kann und daß beim Ausfall eines der Transistoren infolge Durchlegicrcns der dadurch häufig entstehende gefährlich hohe Strom die Übertrager in die Sättigung steuert. Damit wird die Induktion von Spannungen an den Übertragern verhindert, so daß auch jede Schwingung unterbrochen wird. Der Ausgang des Verstärkers geht also mit Sicherheit nach 0 V, sobald eine Gleichspannung am Eingang oder ein Bautcilefchler vorliegt.The advantages of the invention are that there is basically no DC voltage due to the transformer the output of the amplifier can be transmitted and that in the event of failure of one of the transistors as a result Failure of the dangerous high current that often arises as a result controls the transformer into saturation. This prevents the induction of voltages on the transformers, so that any oscillation is interrupted. The output of the amplifier therefore definitely goes to 0 V as soon as a direct voltage is applied at the entrance or a building component.

Nachfolgend wird die Erfindung an Hand der Zeichnung erläutert.The invention is described below with reference to the drawing explained.

Die Schallung nach Fig. I zeigl den Ausgabeverstärker mit Eingangsübertrager !,Gleichrichterschaltung2, 3,4,5, Gegentaktzerhacker 7, 8, 9, 10,11 und den Ausgangsgleichrichter 12.The circuit according to Fig. I shows the output amplifier with input transformer!, rectifier circuit2, 3,4,5, push-pull chopper 7, 8, 9, 10,11 and the output rectifier 12th

Wird am Eingang des Eingangsübertragers 1 eine Wechselspannung angelegt und durch die Gleichrichter 2,3 gleichgerichtet und über die Zenerdiode 4 und den Kondensator 5 geglättet, ist damit die Versorgungsspannung für die Kollektor-Vorstufe 7 gegeben. Die Widerstände 13 und 14 dienen der Einstellung des richtigen Arbeitspunktes an der Kollektor-Vorstufe 7 des Gegentaktzerhackers 6. Die Kapazität 15 ist nur als Anschwinghilfe vorgesehen.If an AC voltage is applied to the input of the input transformer 1 and through the rectifier 2.3 rectified and via the Zener diode 4 and the The capacitor 5 is smoothed, so that the supply voltage for the collector pre-stage 7 is given. The resistances 13 and 14 are used to set the correct operating point at the collector pre-stage 7 of the push-pull chopper 6. The capacity 15 is only intended as an oscillation aid.

Die Schwingstufc des Gegentaktzerhackers ist wesentlich durch die Kollektor-Vorstufe 7 gegeben, während die Treiberstufc 8 und die Leistungsverstärkerstufe 10 zur Verstärkung der an den Transistoren der Kollektor-Vorstufe entstandenen Gegentaktspannungsimpulsc verwendet werden.The Schwingstufc of the push-pull chopper is essentially given by the collector pre-stage 7, while the driver stage 8 and the power amplifier stage 10 to amplify the transistors of the collector pre-stage resulting push-pull voltage pulse can be used.

Bei anliegender Betriebsspannung Un an den Verstärkerstufcn und einer Versorgungsspannung an der Kollektor-Vorstufe 7 infolge einer Wechselstromeingangsspannung am Eingangsübertrager 1 schaltet einer der beiden Transistoren 16 oder 17 zuerst durch.
Zur Erläuterung nehmen wir an, daß der Transistor 16When the operating voltage Un is applied to the amplifier stages and a supply voltage to the collector pre-stage 7 as a result of an alternating current input voltage to the input transformer 1, one of the two transistors 16 or 17 switches through first.
For explanation, let us assume that transistor 16

bo zuerst durchgcschaltct habe. Durch den Stromanstieg steigt die Spannung am Emiltcrwidcrstand, derzufolge der Transistor 18 der Trcibcrslufc 8 ebenfalls durchgesteuert wird. Es erfolgt ein Stromanstieg am Zwischcnübcrtniger und ein dadurch induzierter Spannungsim-bo went through first. Due to the increase in electricity the voltage at the emitter resistor increases, as a result of which the transistor 18 of the Trcibcrslufc 8 is also turned on will. There is an increase in current at the intermediate connector and a voltage im-

M puls an der Uasis des Transistors 20 in der Leistungsverstärkcrsiiife 10. Dieser Spannungsimpuls gelangt durch den Transistor 20 kräftig verstärkt über den Ausgangsübertrager ti auf die Gleichrichlcrschaluing 12. AnderM puls at the base of transistor 20 in the power amplifier circuit 10. This voltage pulse passes through the transistor 20, strongly amplified, via the output transformer ti on the rectifier circuit 12. Other

negativen Flanke des Spannungsimpulses wird in den Wicklungen 22 und 23 des Ausgangs- und Gegcnkopplungsübertragers 11 je ein Spannungsimpuls induziert, die den Transistor 16 (den jeweils leitenden Transistor) sperren und jeden Transistor 17 (den jeweils vorher gesperrten Transistor) durchschalten. Der beschriebene Vorgang wiederholt sich von Transistor 17 der Kollektor-Vorstufe 7 ausgehend.negative edge of the voltage pulse is in the windings 22 and 23 of the output and negative feedback transformer 11 each induces a voltage pulse, which the transistor 16 (the respective conductive transistor) block and each transistor 17 (the respectively before blocked transistor). The process described is repeated for transistor 17 of the collector pre-stage 7 starting.

Kollektor-Vorstufe 7, Trcibcrslufe 8 und Leistungsverstärker 10 erzeugen im Gegentakt so lange eine rechteckige und symmetrische Wechselspannung am Ausgangsgleichrichter 12, bisCollector pre-stage 7, Trcibcrslufe 8 and power amplifier 10 generate a square and symmetrical alternating voltage on the push-pull Output rectifier 12 to

a) die Eingangswechselspannung abgeschaltet wird,a) the AC input voltage is switched off,

b) die Eingangswechselspannung durch eine Gleichspannung ersetzt wird,b) the AC input voltage is replaced by a DC voltage,

c) die Betriebsspannung L^ der Verstärkerstufen ausfällt, c) the operating voltage L ^ of the amplifier stages fails,

d) ein Bauelement, z. B. ein Transistor, ausfällt.d) a component, e.g. B. a transistor fails.

Ein Abschalten der Eingangswcchselspannurtg oder eine Eingangsgleichspannung unterbricht in jedem Fall die Versorgungsspannung der Kollektor-Vorstufe 7 des Gegentaktzerhackers 6.Switching off the input alternating tension belt or a DC input voltage interrupts the supply voltage of the collector pre-stage 7 of the in any case Push-pull chopper 6.

Ein Aussetzen der Betriebsspannung Un an den Verstärkerstufen verhindert die Weitergabe der Spannungsimpulse über die Übertrager 9 und 11. Der Zwischenübertrager 9 hat zusätzlich noch die Aufgabe der galvanischen Trennung zwischen Treiberstufe 8 und Leistungsverstärkerstufe 9. Hierdurch wird bei Dcfck- jo ten an den Transistoren 18 und 19, z. B. bei Kurzschluß zwischen Basis und Kollektor bei gleichzeitiger Unter brechung der Emitterslrecke, verhindert, daß die Spannungsimpulse der Kollektor-Vorstufe 7 an die Basis der Transistoren 20 und 21 gelangen können. Damil wird die η Schwingung bei Ausfall von Transistoren der Treiberstufe 8 und beim Abschalten der Eingangswechsclspannung mit Sicherheit beendet. Bei Defekten an den Leistungstransistoren wird im ungünstigsten l-'all tier Ausgangs- und Gegcntaktübertrager Il in die Sätligung gesteuert (wie eventuell auch der Zwisehenübertrager 9). Damit wird eine Gegenkopplung und eine Übertragung auf den Ausgang unmöglich.An interruption of the operating voltage Un at the amplifier stages prevents the voltage pulses from being passed on via the transformers 9 and 11. The intermediate transformer 9 also has the task of galvanic isolation between driver stage 8 and power amplifier stage 9. As a result, when Dcfck- jo th on transistors 18 and 19, e.g. B. in the event of a short circuit between the base and collector with simultaneous interruption of the emitter gap, prevents the voltage pulses of the collector pre-stage 7 from reaching the base of the transistors 20 and 21. Damil the η oscillation is terminated with certainty when the transistors of the driver stage 8 fail and when the AC input voltage is switched off. In the case of defects in the power transistors, in the worst case scenario, the output and push-pull transformer II is controlled into saturation (as may also the intermediate transformer 9). This makes negative feedback and transmission to the output impossible.

Der Ausgangsgleichrichier findet somit in ilen beschriebenen Fällen keine Wechselspannung mehr, da v, die Schwingung des Gegeniakt/crhackers unierbrochcn wurde.The output rectifier thus no longer finds any alternating voltage in all of the cases described, since v, the oscillation of the counteracting / chopper has become unbroken.

Im Betriebszustand bei anliegender lüngiingswechselspannung wird dagegen die rechtcckförniige und symmetrische Wechselspannung zu einer leismngsstai- w ken Gleichspannung durch die Glcichriehlcrschaltung 12 gleichgerichtet und gcglüliet. Die Kapazität 24 schließt dabei mögliche, die Leishingsslufc gefährdende Spannungsspitzen kurz.In the operating state with applied starting alternating voltage on the other hand, the rectangular and symmetrical alternating voltage becomes a steady-state voltage There is no direct voltage through the gating circuit 12 rectified and smoothed. The capacity 24 thereby closes possible, the leishing sludge endangering Short voltage peaks.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Claim:

Fail-safe output amplifier, its output signal in the event of errors on or in the amplifier, it will almost certainly be in the logic 0 state, characterized in that an AC voltage input signal is via an input transformer (1) and a known rectifier circuit (2,3,4,5) rectified and smoothed is supplied as supply voltage to the collector pre-stage (7) of the push-pull chopper (6) in such a way that that the push-pull chopper from collector pre-stage (7), driver stage (8), and a known per se Arrangement of intermediate transformer (9) with power amplifier stage (10) and output transformer (11) an alternating voltage generated by a.; R output rectifier circuit (12) known per se is rectified and smoothed, wherein the output transformer (11) at the same time push-pull transformer of the push-pull chopper (6), and that in the event of an impermissible increase in current as a result of a Failure of one of the transistors in the collector pre-stage (7) and driver stage (8) of the intermediate transformer (9) and in the power amplifier stage (10) the output and push-pull transformer (II) into saturation device and thus voltage can no longer be induced.