DE2511651C3

DE2511651C3 - Sicherheitsschaltung mit einem Schwellenkreis

Info

Publication number: DE2511651C3
Application number: DE2511651A
Authority: DE
Inventors: Ernest James Ivybridge Dvonshire Moorey (Grossbritannien)
Original assignee: ML Engineering Plymouth Ltd
Current assignee: ML Engineering Plymouth Ltd
Priority date: 1974-03-19
Filing date: 1975-03-18
Publication date: 1978-10-26
Also published as: DE2511651B2; US4012645A; AU7908875A; ZA751508B; DE2511651A1; AU501259B2; GB1499102A

Description

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsschaltung mit einem Schwellenkreis, der in einem ersten Zustand an ein Speisenetz angeschlossen ist, und dessen Eingang mit einem einen Widerstand und einen Kondensator enthaltenden, an eine Stromquelle angeschlossenen Steuerkreis verbunden ist.

Bei bekannten elektronischen Schaltungen mit einem Widerstands- und Kapazitätskreis bewirkt ein von der Ladung des Kondensators über den Widerstandskreis abgeleitetes Potential das Ansprechen eines Schwellenkreises oder einer Schalteinrichtung, wenn dieses Potential einen vorbestimmten Schwellenwert erreicht.

Für eine in dieser Weise ausgebildete Sicherheitsschaltung ist es für ein fehlerfreies Arbeiten erforderlich, daß beim Auftreten eines durch einen Kurzschluß oder eine Stromkreisunterbrechung verursachten Fehlers in dem Kondensator das Schwellenpotential der Schaltung nicht überschritten wird. Die allgemein bekannte Ausbildung von kapazitiven Sicherheitsschaltungen erfüllt diese Forderung nicht, es kann daher ein Fehler im Kondensator ein Intervall ergeben, daß, obwohl kürzer als das vorbestimmte Intervall, im Zusammenhang mit einem Signalsystem möglicherweise einen Gefahrzustand hervorrufen könnte.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sicherheitsschaltung der eingangs erwähnten Art so auszubilden, daß beim Auftreten eines Fehlers in dem Kondensator oder einer anderen Komponente der Schaltung kein Ausgangssignal entstehen kann, Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß entgegengesetzte Seiten des im Steuerkreis liegenden Kondensators an ein Bezugspotential über zwei abwechselnd betätigte Schalteinrichtungen anschließbar sind, wodurch der Kondensator allmählich in den aufeinanderfolgenden Schaltzyklcn der beiden- Schalteinrichtungen aufgeladen wird und das am Eingang des Schwellenkreises vorhandene Potential sich progressiv ändert, das einen Schwellenwert des Schwellenkreises nur nach einer Anzahl abwechselnder Schaltungen der beiden Schalteinrichtungen kreuzt und den Obergang des Schwellenkreises von dem ersten zu einem zweiten Zustand bewirkt, derart, daß beim Auftreten eines Fehlers in dem Steuerkreis das Eingangspotential den Schwellenwert nicht kreuzt und der Schwellenkreis in seinem ersten Zustand verbleibt.

Da das Vorspannungspotential des Schwellenkreises durch den Kondensator erzeugt wird, führt ein in diesem auftretender Fehler entweder dazu, daß das Vorspannungspotential seinen normalen, durch den Vorspannungskreis bestimmten Wert behält, wobei der Schwellenkreis sich in seinem ersten Zustand befindet, oder daß das Vorspannungspotential aus diesem Betriebsbereich gelangt und der Schwellenkreis wieder seinen ersten Zustand annimmt. Unur keinen Umständen kann der Schwellenkreis beim Auftreten eines Fehlers im

JO Kondensator in den zweiten Zustand gelangen, so daß die Schaltung in dieser Hinsicht vollständig sicher vor Fehlern ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bestehen die beiden Schalteinrichtungen aus Festkör-

J5 per-Schaltelementen, die durch gegenphasige Rechteckwellen-Schaltsignale eines Multivibrators oder Rechteckwellengenerators gesteuert werden. Der Multivibrator oder Rechteckwellengenerator kann von einem Gleichstromspeisekreis betrieben werden, der

•fo von dem den Vorspannungskreis speisenden Stromkreis unabhängig ist.

Der Schwellenkreis enthält vorzugsweise zwei Transistoren, die parallel zu Speiseleitungen des Steuerkreises miteinander verbunden sind und eine gemeinsame Emitterverbindung zu einem Vorspannungskreis haben. Wenn das zugeführte Vorspannungspotential in dem Betriebsbereich fehlt, schalten die Transistoren von dem ersten in den zweiten Zustand. Normalerweise ist der Schaltkreis ausgeschaltet und wird eingeschaltet, wenn das Vorspannungspotential in diesem Betriebsbereich fehlt, wodurch ein zugehöriger Stromkreis, z. B. ein Verstärker eingeschaltet wird.

Die Erfindung soll anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. I ein Schaltbild einer Sicherheitsschaltung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 Spannungswellenformen beim Betrieb der Schaltung gemäß F i g. 1 und

F i g. 3 ein typisches Schaltbild einer Sichcrheitsschaltung in einer praktischen Ausführungsform der Erfindung.

Wie aus F i g. 1 ersichtlich, enthält die Schaltung einen Verstärker A, der in solcher Weise mit einem nicht

hi gezeichneten Schwellenkreis verbunden ist, daß er nur dann eine Ausgangsleistung hat, wenn das Potential am Eingang des Verstärkers innerhalb eines vorbestimmten Betriebsbereichs liegt. Die Funktion des Verstärkers A

ist daher von dem Potential abhängig, das dem Eingang des Verstärkers im Verhältnis zu seinem Betriebsbereich zugeführt wird. Dieses Potential wird von der erfindungsgemäßen Sicherheitsschaltung abgeleitet, wie im folgenden beschrieben wird.

Der Eingang des Verstärkers wird bei einem Punkt C zwischen zwei ohmschen Widerständen R\, R₂ abgeleitet, die in Reihe mit einem Feslkörper-Schaltelement S₂ an einen Gleichstromspeisekreis angeschlossen sind. Die Widerstände Ri, R2 bilden einen Vorspannungskreis, so daß bei geschlossenem Schalter S₂ das Potential am Punkt Caußerhalb des Betriebsbereichs des Verstärkers A liegt und dieser normaler weise ausgeschaltet ist.

Mit dem Vorspannungskreis des Verstärkers A ist ein Kondensator C₁ verbunden, dessen eine Seite über einen Widerstand R, an den positiven Pol des Speisestromkreises und dessen andere Seite an den gleichen positiven Pol über die in Reihe geschalteten Widerstände R\, /?2 angeschlossen ist. Die mit dem Widerstand R, verbundene Seite des Kondensators C₁ ist über ein Festkörper-Schaltelement St an ein Bezugspotential, im ungemeinen Erde und die andere Seite des Kondensators Ci über das Festkörper-Schaltelement 52 »in das gleiche Bezugspotential anschließbar.

Die beiden Festkörper-Schaltelemente Si, S₂ werden >■; abwechselnd in regelmäßigen Intervallen geschlossen und geöffnet, und zwar vorzugsweise mittels gegenphasiger Rechteckwellen-Steuersignale, die von einem geeigneten Rechteckwellengenerator erzeugt werden, wie dies schematisch in F i g. 1 angedeutet ist. Das so abwechselnde Schließen der Schalter Sx, S2 bewirkt, daß das Potential an den entgegengesetzten Seiten des Kondensators C, abwechselnd an Erde gelegt wird, während das Potential der anderen Seile des Kondensators C, durch dessen Ladestrom über den Widerstand R, y, bestimmt wird.

Der Betrieb der Schaltung soll nun anhand der F i g. 2 erläutert werden, die schematisch die Spannungswellenformen an den angegebenen Punkten A, B und C der F i g. 1 zeigt. Wenn die Schaltung zuerst an das Potential des Punktes C gelegt wird, so befindet sich dieses außerhalb des Betriebsbereichs des Verstärkers A, wie in Fi g. 2 angedeutet ist. Die den Schaltelementen Si, S₂ zugeführten gegenphasigen Schaltwellenformcn bewirken, daß der Kondensator C₁ zunächst über den Widerstand R aufgeladen wird, wenn der Schalter S2 geschlossen wird. In der nächsten Halbperiode, bei dem der Schalter S2 offen und der Schalter Si geschlossen ist, wird das Potential am Punkt B negativ gegenüber Erde und beginnt langsam anzusteigen, und zwar mit einer on Zeitkonstanten, die durch R₁ und /?2 bestimmt wird. Der Widerstand der Reihenschaltung R₁, R₂ ist größer als der Widerstand R₁, so daß dei Kondensator C, während der Zeit, in welcher der Schalter S\ geschlossen ist, nicht vollständig entladen wird. Infolgedessen wird in der y, nächsten Halbperiode, wenn der Schalter .Si wieder geschlossen wird, der Kondensator Cdurch ein weiteres Inkrement über den Widerstand R, geladen, und der Prozeß wiederholt sich von selbst mit dem Potential am Punkt 0.

Jedesmal wenn der Schalter S₂ nach einem vorbestimmten Intervall geöffnet wird, gelangt das Potential im Punkt C in progressiven Schritten in den Betriebsbereich des Verstärkers A, wodurch dieser eingeschaltet wird. Das Intervall zwischen dem ersten Einschalten der Zeitschaltung und dem Einschalten des Verstärkers A wird durch die Größe des Widerstandes /?,unddes Kondensators C, bestimmt.

Wenn in dem Kondensator C, ein Fehler auftritt, durch den der Vorspannungs-Widerstandskreis R\, R₂ unterbrochen wird, gelangt das Vorspannungspotential am Eingang C des Verstärkers A aus dessen Betriebsbereich, während der Kondensator C, bei Kurzschluß in der oben beschriebenen Weise nicht allmählich aufgeladen werden kann und das Potential arn Punkt Cwieder außerhalb des Betr ijsbereichs des Verstärkers A bleibt.

In der Praxis braucht der Punkt B, d. h. die mit dem Schalter S₂ verbundene Seite des Kondensators C, nicht unbedingt über die Widerstände Ru R₂ mit der Speiseleitung verbunden zu sein, wie dies dargestellt ist, vorausgesetzt, daß die vom Verstärker A entfernte Seite A des Kondensators C, über den Widerstand /?,· an die Speiseleitung angeschlossen ist.

F i g. 3 zeigt eine praktische Ausführungsform der Erfindung, wobei die beiden Schaltelemente Si und S? aus entsprechenden Transistoren gebildet sind, deren Schaltpotentiale aus Rechteckspannungswellen bestehen, die von einem die Transistoren Ti und T₂ enthaltenden Multivibratoroszillator abgeleitet werden.

Der Verstärker A besteht in diesem Beispiel aus Transistoren Tj, T₄, T₅ und T₆, die die positiv und negativ gerichteten Teile des Rechleckwellensignals verstärken. Dieses wird an den Eingangspunkt C üb«;r einen Schwellenkreis geführt, der ein Paar PNP und NPN Transistoren T), T₄ enthält, die mit einer üblichen Emittfrrverbindung an den Verspannungskreis R₁, R₂ angeschlossen sind. Die Mitte des Betriebsbereichs des Verstärkers wird durch eine Bezugsspannung bestimmt, die von Zenerdioden ZDi und ZD₂ abgeleitet wird. Bei normalen Verhältnissen, bei denen das Transistoren-Schaltelcment S₂ geschlossen ist, befindet sich das Vorspannungspotential bei Caußerhalb des Betriebsbereichs des Verstärkers, und der Transistor Tt ist ausgeschaltet.

Wenn die Speisespannung abgeschaltet wird, werden die die beiden Schaltelemente S\ und S₂ bildenden Transistoren leitend, wobei sie den Kondensator C, kurzschließen, der dadurch schnell entladen wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche: 25 Π 651

1. Sicherheitsschaltung mit einem Schwellenkreis, der in einem ersten Zustand an ein Speisenetz angeschlossen ist, und dessen Eingang mit einem einen Widerstand und einen Kondensator enthaltenden, an eine Stromquelle angeschlossenen Steuerkreis verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß entgegengesetzte Seiten des im Steuerkreis (R₁, C₁) liegenden Kondensators (C₁) an ein Bezugspotential über zwei abwechselnd betätigte Schalteinrichtungen (Si, S₂) anschließbar sind, wodurch der Kondensator allmählich in den aufeinanderfolgenden Schaltzyklen der beiden Schalteinrichtungen aufgeladen wird und das am Eingang des Schwellenkreises (A) vorhandene Potential sich progressiv ändert, das einen Schwellenwert des Schwellenkreises nur nach einer Anzahl abwechselnder Schaltungen der beiden Schalteinrichtungen kreuzt und den Obergang des Schwellenkreises von dem ersten zu einem zweiten Zustand bewirkt, derart, daß beim Auftreten eines Fehlers in dem Steuerkreis das Eingangspotential den Schwellenwert nicht kreuzt und der Schwellenkreis (A) in seinem ersten Zustand verbleibt

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schalteinrichtungen aus Festkörper-Schaltelementen (Si, Sz) bestehen, die durch gegenphasige Rechteckwellenschaltsignale eines Multivibrators oder Rechteckwellengenerators (Tu 7}) gesteuert werden (Fig. 3).

3. Schaltung pach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellenkreis (A) zwei Transistoren [Tj, Tt) enthält, die parallel zu Speiseleitungen des Steuerkre.ises miteinander verbunden sind und eine gemeinsame Emitterverbindung zu einem Vorspannungskreis (Rt, R2) haben (F ig. 3).