DE2459155C3

DE2459155C3 - Schaltung zur Feststellung von Überströmen

Info

Publication number: DE2459155C3
Application number: DE2459155A
Authority: DE
Inventors: Carroll Dean Rose Creek Minn. Goodew; Byron Herbert Byron Minn. Price
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1974-04-08
Filing date: 1974-12-14
Publication date: 1983-12-01
Also published as: US3919565A; IT1031600B; CA1007706A; FR2266965B1; JPS50137578A; FR2266965A1; GB1478688A; DE2459155A1; JPS5911871B2; DE2459155B2; IN139735B

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Feststellung von Überströmen in einem Verbraucher, bei der in Serie zum Verbraucher ein Meßwiderstand vorgesehen ist, dessen verbraucherseitiger Anschluß mit dem ersten Eingang eines Vergleichen und dessen anderer Anschluß über einen Vorwiderstand mit dem zweiten Eingang des Vergleichers verbunden ist.

Eine solche Schaltung zur Feststellung von Überströmen wird hauptsächlich in Stromversorgungsgeräten für Computer benötigt. Für Computer ist diese Schaltung deshalb besonders geeignet, weil sie bereits kleine Überströme feststellt und gegen Spannungsschwankungen unempfindlich ist. Diese Schaltung erlaubt es z. B„ in einem Computer nach einem Fehler eine Operation zu wiederholen, während der Computer beim Durchbrennen einer Sicherung einige Zeit außer Betrieb ist und erst durch das Wartungspersonal wieder in Gang gesetzt werden kann.

Die US-PS 37 68 012 betrifft einen Überstromdetektor für eine Gleichstrom-Stromversorgung, die im Grunde nichts anderes ist, als eine Wheatstonesche Brücke, in deren Nullzweig ein Differenzvertärker liegt. Die vor dem Nullzweig liegenden Zweige werden durch Spulen A/, und N₂ und die hinter dem Nullzweig liegenden Zweige durch ohmsche Widerstände, von denen einer der Verbraucherwiderstand ist, gebildet. Eine Stromerhöhung in dem Verbraucherwiderstand bewirkt ein Ungleichgewicht der Brücke und damit ein Ausgangssignal am Ausgang des Differenzverstärkers. Gemäß dem Vorschlag der US-PS 37 68 012 soll die Drosselspule M zur Glättung der Ausgangsspannung der Stromversorgung, genauer deren ohmscher Widerstand, für die Messung des Überstromes benutzt werden, indem diese direkt einen Zweig der Wheatstoneschen Brücke bildet Dadurch ist aber eine zweite Kompensationsinduktivität N₂ notwendig, die die gleiehe Zahl von Wicklungen haben muß wie /V₁, damit der gemessene Strom nicht durch die Restwechselspannung verfälscht wird. Außerdem müssen die Wicklungen aus einem solchem Material bestehen, daß sich die Temperatureinflüsse in N₁ und N₂ kompensieren.

!0 Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltung zum Feststellen von Überströmen zu schaffen, die nicht nur für Gleich- sondern auch für Wechselströme geeignet ist und die eine beim Stand der Technik notwendige Kompensationsinduktivität, die wegen zweier zu kompensierender Parameter (Induktivität und Temperaturverlauf des ohmschen Widerstandes) schwer einzustellen ist, vermeidet Die erfindungsgemäße Schaltung soll bereits auf kleinste Überströme ansprechen und unempfindlich gegen Schwankungen der Versorgungsspannung und gegen hochfrequentes Rauschen sein. Der Überstrom, bei dem die Schaltung anspricht, soll sehr leicht einstellbar sein.

Die Lösung der gestellten Aufgabe ist im Patentanspruch 1 gekennzeichnet *"

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Mit der erfindungsgemäßen Schaltung werden Überströme festgestellt, wenn der Spannungsabfall an einem Meßwiderstand in der Stromversorgungsleitung größer ist als eine vorbestimmte Vergleichsspannung,

die in einer Stromquelle erzeugt wird. Durch Änderung des Stromes von der Stromquelle kann der zulässige

Überstrom eingestellt werden. Nachstehend soll die Erfindung anhand der Figuren

näher erläutert werden.

F i g. 1 zeigt das Schaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Fig.? zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltung, die zur Unterdrückung hochfrequenten Rauschens entstört ist

Die in F i g. 1 dargestellte Schaltung zur Feststellung von Überströmen wird für ein Stromversorgungsgerät verwendet. Die Stromversorgung 10 liefert Energie an einen Verbraucher Ro Ein Meßwiderstand Req ist entweder eine Impedanz, die Teil der Stromversorgung 10 ist oder ein Widerstand in Serie mit der Ausgangsleitung der Stromversorgung 10. An ihm fällt eine Spannung ab, die dem Verbraucherstrom proportional ist. In einem Ausführungsbeispiel wurde als Meßwiderstand Req eine Induktionsspule in der Stromversorgung 10 verwendet In einem anderen Fall wurde ein Stück Widerstandsdraht in Serie zu der Ausgangsleitung der Stromversorgung 10 eingeschaltet. In diesem AuSiFührungsbeispiel betrug der Widerstand des Meß-Widerstandes Req 0,012 Ω und die Stromversorgung 10 lieferte eine Ausgangsspannung von 12 V.

Durch einen Stromgenerator 15 und einen Vorwiderstand Ro wird eine Vergleichsspannung erzeugt die den im Normalfall am Meßwiderstand Req abfallenden Spannungsabfall definiert. Die Vergleichsspannung bewirkt, daß der Anschluß des Meßwiderstandes Req mit der höheren Spannung an einem Vergleicher 20 als die niedrigere der beiden zugeführten Spannungen erscheint. Wenn ein Überstrom auftritt, bleibt der obere Eingang des Vergleichers 20 mit der höheren Spannung auf dem gleichen Spannungspegel wie er durch die Stromquelle eingestellt wird. Die Spannung an dem Anschluß des Meßwiderstandes Req mit der niedrigeren

Spannung sinkt jedoch infolge des größeren Spannungsabfalles an Req ab und das Ausgangssignal des Vergleichers 20 zeigt Oberstrom an. Wenn keine echte Oberstrombedingung auftritt, z. B. wenn die Stromversorgungsspaniiung ansteigt, zeigt der Vergleicher 20 keinen Überstrom an. Das hängt damit zusammen, daß beim Anstieg der Stromversorgungsspannung der Verbraucherstrom sich nicht ändert und der Spannungsabfall am Meßwiderstand Req der gleiche bleibt und durch den Vergleicher 20 keine geänderte Spannungsdifferenz angezeigt wird. Dies ist von Vorteil bei der Fehlerdiagnose, weil so festgestellt werden kann, daß der Oberstrom durch den Verbraucher selbst aber nicht durch eine Änderung der Versorgungsspannung verursacht wurde.

In der Schaltung gemäß F i g. 2 bilden der Transistor Ti und der Widerstand A₂ den Stromgenerator 15 und die Vergleichäispannung wird an einem Widerstand R\ erzeugt Widerstände A₃ und Rt und ein Kondensator Q unterdrücken hochfrequentes Rauschen. Die Unterdrückung hochfrequenten Rauschens empfiehlt sich insbesondere, wenn die Stromversorgung 10 Hochfrequenz abgibt: und verhindert werden muß, daß hochfrequentes Rauschen den Vergleicher 20 umschaltet und damit fälschlicherweise Überstrom angezeigt wird. Das Siebglied aus den Widerständen A₃, Ra und dem Kondensator Q bewirkt, daß Signale oberhalb 1 kHz vor dem Vergleicher 20 kurzgeschaltet werden. Für Frequenzen oberhalb 1 kHz bildet der Kondensator Ci einen Kurzschluß und für niedrigere Frequenzen stellt er einen sehr hohen Widerstand dar.

Was die Anzeige eines Überstromes anbetrifft, arbeitet die Schaltung der Fig.2 im wesentlichen genauso wie die Schaltung der Fig. 1. Die Basis des Transistors ΤΊ ist mit Masse und sein Emitter über einen Widerstand Zf₂ mit einer Stromquelle von — 5 V verbunden, so daß der Transistor Tj normalerweise leitend ist und einen Strom durch den Widerstand Ri erzeugt, der an diesem die Vergleichsspannung hervorruft Diese Vergleichsspannung drückt die Spannung am Anschluß des Meßwiderstandes Req, der normalerweise die höhere Spannung aufweist, am Eingang des Vergleichers i!0 auf einen niedrigeren Wert als die Spannung am Anschluß des Meßwiderstandes Req mit der normalerweise niedrigeren Spannung. Wenn jedoch der Verbraucher Rl Überstrom zieht bleibt die Spannung an dem der Stromversorgung 10 zugewandten Anschluß die gleiche, aber der dem Verbraucher zugewandte Anschluß nimmt eine niedrigere Spannung an. Diese Spannungsänderung wird durch den Vergleicher 20 erkannt und sein Ausgangssignal zeigt Überstrom an.

Der Vergleicher 20 ist ein üblicher Differentialverstärker, der ein Ausgangssignal einer bestimmten Spannung abgibt, wenn die ersteEingangsspannüng größer ist als die zweite. Das Ausgangssignal des Differentialverstärkers nimmt eine andere Spannung an, wenn die zweite Eingangsspannung größer ist als die erste Eingangsspannung. Diese Änderung in der Ausgangsspannung zeigt Überstrom an. Der Strom im Transistor 7Ί und damit der zulässige Überstrom kann leicht verändert werden. Dies kann durch Änderung des Wertes des Widerstandes R₂ und damit durch Änderung des durch den Transistor 7Ί fließenden Stromes oder durch Änderung des Wertes des Widerstandes Ri, wodurch die Vergleichsspannung geändert wird, eingestellt werden.

Aus der obigen Beschreibung ergibt sich, daß die erfindungsgemäße Schaltung auf extrem kleine Überströme anspiechen kann. Man erreicht das, indem man den Meßwiderstand Req sehr klein macht, so daß an ihm einige Millivolt abfallen und gleichzeitig die Vergleichsspannung, die durch die Stromquelle 15 und den Widerstand Ri erzeugt wird, ebenfalls in die Größenordnung von einigen Millivolt legt Der maximal zulässige Überstrom kann durch einfache Änderung des Stromes der Stromquelle 15 verändert werden. Die obige Beschreibung hat ferner gezeigt daß die erfindungsgemäße Schaltung unempfindlich ist gegen Schwankungen der Stromversorgungsspannung, weil der Spannungsabfall am Meßwiderstand Req bei einem gegebenen Strom der gleiche bleibt auch wenn sich die Versorgungsspannung ändern sollte. Mit der Schaltung gemäß der Erfindung kann dem Überstrom gegengesteuert werden, ohne daß eine Unterbrechung der Stromversorgung wie bei einer durchgebrannten Sicherung auftritt

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltung zur Feststellung von Überströmen in einem Verbraucher, bei der in Serie zum Verbraucher ein Meßwiderstand vorgesehen ist, dessen verbraucherseitiger Anschluß mit dem ersten Eingang eines Vergleichers und dessen anderer Anschluß über einen Vorwiderstand mit dem zweiten Eingang des Vergleichers verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den zweiten Eingang des Vergleichers (20) und einem festen Potential eine Stromquelle (15) eingeschaltet ist, deren Strom die Spannung, die an dem Meßwiderstand (Req) abfällt, bei Normalstrom überkompensiert und bei Überstrom nicht mehr kompensiert

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwiderstand (Req), der Vorwiderstand /Korund der Stromgenerator (15) so bemessen sind, daß am Meß- und Vorwiderstand

- (Req, Ro) Spannungen von einigen Millivolt abfallen.

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß vor die Eingänge des Vergleichers (20) ein Siebglied (%, G, A4) zur Unterdrückung hochfrequenter Rauschsignale eingeschaltet ist

4. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleicher (20) ein Differenzverstärker ist.

5. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromgenerator (15) ein ständig leitender Transistor (T₁) ist