DE2619735A1

DE2619735A1 - Control circuit for electronic indicator - with protection against mains supply failure uses battery and switches off display if mains fails

Info

Publication number: DE2619735A1
Application number: DE19762619735
Authority: DE
Inventors: Artur Dr Ing Seibt
Original assignee: Heliowatt Werke Elektrizitaet GmbH
Current assignee: Heliowatt Werke Elektrizitaet GmbH
Priority date: 1976-04-30
Filing date: 1976-04-30
Publication date: 1977-11-17

Abstract

The indicating circuit typically has a LED display and a ring counter for displaying different quantities in succession. The circuit is composed of integrated MOS elements and diode-resistor type logic, and also employes opto-electronic couplers in the input circuits. A battery provides the emergency supply. Failure of mains power is followed by switch off of the LED display and blocking of the photocouplers. The battery maintains the stored information circuits. The battery (T3) is recharged by the mains, but should its potential fall too low during a mains outage all the stored information is cancelled and the indicators locked out. If the battery remains sufficiently charged then on return of mains power the whole circuit picks up again and continues to function normally.

Description

Schaltungsanordnung für ein elektronisches Maximumwerk Circuit arrangement for an electronic maximum work

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für ein elektronisches Maximumwerk, das aus integrierten Metall-Oxid-Halbleiterbausteinen und Logikelementen aus Dioden und Widerständen zusammengesetzt ist und eine Batterie als Sicherungseinrichtung gegen Netzspannungsausfall aufweist.The invention relates to a circuit arrangement for an electronic Maximum work, which consists of integrated metal-oxide-semiconductor components and logic elements is composed of diodes and resistors and a battery as a safety device against mains voltage failure.

Elektronischen Maximumwerken, die vorzugsweise aus integrierten Metall-Oxid-Halbleiterbausteinen (CMOS-Dechnik) zusammengesetzt sind, werden Batterien zur Speisung der Meßeinrichtung bei Netzspannungsausfall zugeordnet. Die Batterien dienen dem Zweck, den bei Netzspannungsausfallbestehenden Zustand des Maximumwerkes zu speichern, wie z. B. die Zahlenwerte der Anzeige, um bei Wiedereinsetzen der Netzspannung einen fehlerfreien Weiterlauf zu gewahrleisten. Für solche Schaltungsanordnungen zur Steuerung eines elektronischen Maximumwerkes ist eine Tiefentladung der Batterie, z. B.Electronic maximum works, which are preferably made of integrated metal-oxide-semiconductor components (CMOS technology), batteries are used to power the measuring device assigned in the event of a power failure. The batteries serve the purpose that exists in the event of a mains voltage failure To save the state of the maximum work, such as B. the numerical values of the display to to ensure error-free operation when the mains voltage is restored. For such circuit arrangements for controlling an electronic maximum work is a deep discharge of the battery, e.g. B.

eines Nickel-Cadmium-Akkumulators, zu verhindern bzw. bei einer Tiefentladung die Batterie von den nachfolgenden Schaltkreisen zu trennen, um deren Zerstörung zu verhindern. Diese Zerstörungsgefahr für die elektronischen Bauelemente besteht in der Selbstumpolung der Batterie bei Tiefentladung. Ferner müssen die einen hohen Strom verbrauchenden Anzeigeeinrichtungen abgeschaltet werden und zur Erhöhung der Lebensdauer der Batterie ist deren Pufferbetrieb zu vermeiden.of a nickel-cadmium accumulator, or in the event of a deep discharge to separate the battery from the following circuits to destroy them to prevent. This risk of destruction for the electronic components exists in the self-reversal of the battery in the event of deep discharge. Furthermore, they must have a high Power consuming display devices are switched off and to increase the For the life of the battery, avoid buffering it.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist, eine Schaltungsanordnung zu schaffen, die die dargelegten Probleme für ein elektronisches Maximumwerk löst.The object on which the invention is based is to provide a circuit arrangement to create that solves the problems outlined for an electronic maximum work.

Diese Aufgabe ist durch die Erfindung, wie sie in den Patentansprüchen dargestellt ist und anhand der Zeichnung nachfolgend erläutert wird, gelöst.This object is achieved by the invention as set out in the claims is shown and is explained below with reference to the drawing, solved.

Die Zeichnung besteht aus zwei Figuren, deren erste den Batterie steuerkreis und deren zweite den Auszug aus der Schaltungsanordnung zur Steuerung der Leuchtziffernanzeige des elektronischen Maximumwerkes darstellen.The drawing consists of two figures, the first of which is the battery control circuit and the second is the extract from the circuit arrangement for controlling the luminous numeric display of the electronic maximum work.

Die nicht gepufferte Batterie B wird nach einem Absinken ihrer Spannung durch Selbstentladung automatisch auf den ursprünglichen Ladezustand, z. B. 4,4 Volt, gebracht. Dies wird mit Hilfe eines die Batterieladung steuernden Spannungskomparators Kl erreicht.The non-buffered battery B is after a drop in its voltage automatically to the original state of charge through self-discharge, e.g. B. 4.4 Volt, brought. This is done with the help of a voltage comparator that controls the battery charge Kl reached.

Der Spannungskomparator Kl verfügt über einen Hysteresebereich, dessen oberer Ladespannungswert mit dem der Volladung der Batterie, z. B. 4,4 Volt, identisch ist und dessen unterer Ladespannungswert einem definierten Ladungsverlustwert, z. B. 3,8 Volt, entspricht.The voltage comparator Kl has a hysteresis range, its upper charge voltage value with that of the full charge of the battery, e.g. B. 4.4 volts, identical and whose lower charge voltage value corresponds to a defined charge loss value, e.g. B. 3.8 volts.

Bei Unterschreiten dieses unteren Wertes der Batteriespannung setzt die Ladung über die Widerstände Rl, R2 ein und sie wird bei Überschreiten des oberen Spannungswertes (4,4 Volt) abgeschaltet.If the battery voltage falls below this lower value, it sets the charge through the resistors Rl, R2 and it is exceeded when the upper Voltage value (4.4 volts) is switched off.

Ein zweiter Komparator K2 weist eine Schaltschwelle auf, die der minimal erlaubten Spannung, z. B. 3 Volt, zur Versorgung der elektronischen Bauelemente des Maximumwerkes entspricht. Dadurch ist die Anzeige einer defekten oder entladenen Batterie B gewährleistet. Bei Unterschreiten dieses geringsten Wertes wird ein hoher Ladestrom über den Widerstand R2 eingeschaltet und ein Signal zum Naximumwerk gegeben, das die Zwangslöschung, d. h. Nullsetzung sämtlicher Speicher, veranlaßt, wenn bei Wiederkehr der Betriebsspannung die Batteriespannung unter der Schaltschwelle des zweiten Komparators K2 liegt.A second comparator K2 has a switching threshold which is the minimum allowed voltage, e.g. B. 3 volts, to supply the electronic components corresponds to the maximum work. This causes the display to be defective or discharged Battery B guaranteed. If the value falls below this lowest value, it becomes a high one The charging current is switched on via the resistor R2 and a signal is sent to the maximum system, that the forced deletion, d. H. All memories are reset, caused when at When the operating voltage returns, the battery voltage falls below the switching threshold of the second comparator K2 is.

Ein dritter Komparator K3 mit einer Vergleichsspannungsschwelle, z. B. 5 Volt, die oberhalb des höchsten Spannungswertes liegt, den eine vollgeladene Batterie B aufweisen darf, dient der optischen Störungsanzeige bei fehlender oder defekter Batterie durch eine Kontrollampe L. Diese Kontrollampe L wird über eine ODER-Verknüpfung durch den zweiten E2 oder dritten Komparator K3 gesteuert.A third comparator K3 with a comparison voltage threshold, e.g. B. 5 volts, which is above the highest voltage value that a fully charged Battery B may have, is used optical fault indicator at missing or defective battery by a control lamp L. This control lamp L is via an OR link by the second E2 or third comparator K3 controlled.

Eine Transistor-Basisstufe T mit einer zwischen Emitter und Kollektor geschalteten Germaniumdiode G schaltet über den Punkt 1 den Batteriekreis an das Maximumwerk und verhindert das Zerstören von elektronischen Bauelementen bei Umpolung der Batterie B zum Beispiel durch Tief entladung.A transistor base stage T with one between the emitter and collector switched germanium diode G switches the battery circuit to the via point 1 Maximum work and prevents the destruction of electronic components in the event of polarity reversal of battery B, for example, by deep discharge.

Der Netz stromversorgung ist eine in der Zeichnung nicht dargestellte Signaleinrichtung zugeordnet. Diese Einrichtung erzeugt ein Schaltsignal vor dem Ausfall der Netzspannung und/oder bei einem unzulässig tiefen Absinken der Netzspannung, z. B. unterhalb der für die sichere Funktion der elektronischen Bauelemente notwendigen Speisespannung von 3 Volt. Dieses Schaltsignal wird beispielsweise von einem Schmitt-Trigger mit einstellbaren Schwellenwerten erzeugt. Dabei werden vorteilhafterweise ein pnp-Bipolar-und ein n-Kanal-Feldeffekttransistor derart zusammengeschaltet, daß der Emitter des Bipolartransistors mit dem positiven und der Quell- (Source-) Anschluß des Feldeffekttransistors mit dem negativen Pol der Versorgungsspannung des bei Netzspannungsausfall batteriegespeisten Schaltungsteils des Maximumwerkes verbunden ist.The mains power supply is not shown in the drawing Signaling device assigned. This device generates a switching signal before the Failure of the mains voltage and / or in the event of an impermissibly low drop in the mains voltage, z. B. below the necessary for the safe function of the electronic components Supply voltage of 3 volts. This switching signal is generated, for example, by a Schmitt trigger generated with adjustable threshold values. A pnp bipolar and an n-channel field effect transistor interconnected in such a way that the emitter of the Bipolar transistor with the positive and the source (source) connection of the field effect transistor with the negative pole of the supply voltage of the battery-powered in the event of a mains voltage failure Circuit part of the maximum work is connected.

Bei einem Schaltsignalwechsel von logisch "1" auf logisch "O" wird der bei einem Netzspannungsausfall von der Batterie gespeiste Teil des Maximumwerkes auf den Zustand des minimalen Stromverbrauches geschaltet. Dabei werden die lichtemittierende Diodenanzeige LED abgeschaltet und sämtliche Befehlseingänge des Maximumwerkes blockiert, so daß dieses statisch in dem Zustand vor dem Schaltsignalwechsel verharrt.When the switching signal changes from logic "1" to logic "O" the part of the maximum work that is fed by the battery in the event of a mains voltage failure switched to the state of minimum power consumption. Thereby the light emitting Diode display LED switched off and all command inputs of the maximum work blocked, so that it remains statically in the state before the switching signal change.

Für das Maximumwerk (Fig. 2) sind synchron laufende Vierdekadenzähler mit Speichern und Multiplexausgängen vorgesehen. Sie werden von einem astabilen Multiplexgenerator M mit beispielsweise einer Frequenz von 25 kHz angesteuert und über Torschaltungen synchronisiert. Ein vierpoliger Umschalter U schaltet das Augenblicksmaximum oder die von einem der Monatsspeicher (z. B. V2) kommende binärkodierte Multiplexinformation zu einem Siebensegment-Dekoder-Speicher-Ureiber-Schaltkreis K durch. Die Ziffern der z. B. vierstelligen lichtemittierenden Diodenanzeige LED werden über die entsprechenden Digittreiberausgänge des Vierdekadenzählers V1 des Augenblicksmaximums angesteuert. Als Vierdekadenzähler V1 mit zugeordnetem Dekoder K werden vorzugsweise Schaltkreise verwendet, die zwischen der Ansteuerung zweier Ziffern der Anzeige eine Unterbrechnung von mindestens einem, z. B. vier Multiplextakten gewährleisten, während der keine der einzelnen Ziffern eingeschaltet ist. Bei Netzspannungsausfall und damit einsetzendem Batteriebetrieb des Maximumwerkes wird während einer solchen Anzeigepause der Multiplexgenerator M stillgesetzt und dadurch die stromintensive Anzeige gelöscht.For the maximum work (Fig. 2) are synchronously running four-decade counters provided with memories and multiplex outputs. You are going from an astable Multiplex generator M with, for example, one Frequency of 25 kHz controlled and synchronized via gates. A four-pole changeover switch U switches the instantaneous maximum or that of one of the monthly memories (e.g. V2) incoming binary-coded multiplex information to a seven-segment decoder-memory-driver circuit K through. The digits of the z. B. four-digit light emitting diode display LED are sent via the corresponding digital driver outputs of the four-decade counter V1 des Momentary maximum controlled. As a four-decade counter V1 with an assigned decoder K circuits are preferably used between the control of two Digits of the display an interruption of at least one, z. B. four multiplex clocks ensure that none of the individual digits is switched on. In the event of a power failure and thus the onset of battery operation of the Maximumwerk is during such a Display pause the multiplex generator M shut down and thereby the power-intensive Ad deleted.

Zum Stillsetzen des Multiplexgenerators M ist diesem ein Gatter vorgeordnet, das die Signale, bestehend aus dem bei Netzbetrieb vorhandenen Signal NS, dem bei den angegebenen Pausen zwischen zwei Anzeigen entfallenden Digitsignal D und dem bei der uebernahme eines Speicherinhaltes erzeugten Signal Q zu einer ODER-Verknüpfung am Eingang des Multiplexgenerators M zusammenfaßt. Fällt die Netzspannung aus, entfällt das Signal NS. Der Multiplexgenerator M läuft nun solange weiter, bis eine der Pausenzeiten zwischen zwei Anzeigen einsetzt und das entsprechende Digitsignal D entfällt.To stop the multiplex generator M, a gate is arranged in front of it, that the signals, consisting of the signal NS present during network operation, the at the specified pauses between two displays and the digital signal D and the when a memory content is taken over, the signal Q generated to an OR operation at the input of the multiplex generator M summarizes. If the mains voltage fails, it does not apply the signal NS. The multiplex generator M now continues to run until one of the pause times occurs between two displays and the corresponding digital signal D is omitted.

Sollte gerade die Speicherübernahme eingeschaltet sein, so wird erst nach einem weiteren Halbtakt der Multiplexgenerator M durch Abschalten des Signals Q stillgesetzt.If the memory transfer is currently switched on, first after a further half cycle the multiplex generator M by switching off the signal Q shut down.

Bei Wiederkehr der Netzspannung müssen sämtliche Speisespannungen des elektronischen Maximumwerkes ihre Sollwerte erreicht haben, bevor ein Schaltsignalwechsel der Netzstromversorgung von logisch 11011 auf logisch "1" eintritt und das Maximuswerk vom festgehaltenen Zustand an weiterläuft.When the mains voltage returns, all supply voltages must of the electronic maximum work have reached their setpoints before a switching signal change the mains power supply from logic 11011 to logic "1" occurs and the Maximuswerk continues to run from the detained state.

Parallel zur Uberwachung des Erreichens der Sollwerte der Speisespannung wird die Batteriespannung abgefragt. Ist deren Spannung während des Netzspannungsausfalls unterhalb des minimal zulässigen Wertes, im Beispiel 3,0 Volt, gesunken, so werden sämtliche Speicher des Maximumwerkes gelöscht und somit zur Vermeidung falscher Ergebnisse das Maximumwerk in den Ausgangszustand gesteuert.Parallel to the monitoring of the achievement of the target values of the supply voltage the battery voltage is queried. Is their voltage during the power failure has fallen below the minimum permissible value, in the example 3.0 volts all memories of the maximum work are deleted and thus to avoid incorrect Results controlled the maximum work in the initial state.

Da bei elektronischen Geräten eine Netzspannung von 220 Volt für einen Steuereingang bezüglich gegebenenfalls auftretenden über spannungen ungünstig ist, sind sämtliche Befehlseingänge zum Maximumwerk mittels opto-elektronischer Koppler an die jeweiligen Eingangsspannungen angepaßt. Lichtemittierende Diodenkoppler benötigen einen relativ hohen Strom (z. B. 20 mA) und dürfen nicht unterhalb eines bestimmten Mindeststromes (z. B. 7 mA) betrieben werden. Sie eignen sich somit als Opto-Koppler nicht. Hinzu kommt eine relativ hohe Verlustleistung (z. B. bei sechs Steuereingängen 6 x 7 mA x 220 V gleich 9 Watt).Since with electronic devices a mains voltage of 220 volts for a Control input is unfavorable with regard to any over voltages that may occur, are all command inputs to the maximum work by means of opto-electronic couplers adapted to the respective input voltages. Need light emitting diode couplers a relatively high current (e.g. 20 mA) and must not be below a certain value Minimum current (e.g. 7 mA). They are therefore suitable as opto-couplers not. In addition, there is a relatively high power loss (e.g. with six control inputs 6 x 7 mA x 220 V equals 9 watts).

Dagegen sind Opto-Koppler aus Glimmlampen und Fotowiderständen mit einem geringen Betriebsstrom wirtschaftlich. Sie benötigen nur einen geringen Brennstrom (z. B. 0,4 mA) und die Verlustleistung äe Steuereingang ist ebenfalls minimal (0,1 W). Ferner sind die Glimmlampen und Fotowiderstände ungepolt. Die Glimmlampen zünden erst oberhalb einer bestimmten Spannung, so daß sie störungssicher sind. Die Fotowiderstände sind träge, sprechen also auf kurze Blitze nicht an. Dadurch sind zusätzliche Entstörungsmittel entbehrlich. Der Fotowiderstand eines Opto-Kopplers und ein weiterer Widerstand bilden einen Spannungsteiler, der von dem Signal NS gespeist wird. Fällt das Signal NS aus, so ist damit jeder Eingang automatisch abgeschaltet.In contrast, there are opto-couplers made of glow lamps and photoresistors a low operating current economically. You only need a low burning current (e.g. 0.4 mA) and the power loss at the control input is also minimal (0.1 W). Furthermore, the glow lamps and photoresistors are not polarized. Ignite the glow lamps only above a certain voltage, so that they are fail-safe. The photoresistors are sluggish, so do not respond to short flashes of lightning. This provides additional interference suppression means dispensable. The photo resistor of an opto-coupler and another resistor form a voltage divider that is fed by the signal NS. The signal falls NS off, each input is automatically switched off.

Claims

Claims: 1) control arrangement for an electronic maximum work, the one made of integrated metal-oxide-semiconductor components and logic elements made of diodes and resistors is composed and a battery as a safety device against mains voltage failure, characterized in that in one of the mains power supply assigned signal device a switching signal is generated, which in the event of a power failure or an impermissibly low drop in the mains voltage before the supply voltage fails for the electronic components the maximum work in a state of minimal power consumption controls in which the light emitting diode display (LED) is switched off and all Command inputs that are connected to the input voltage of the Are adjusted to the maximum works, so that a switching signal change on return is blocked the mains voltage only starts when all supply voltages have reached their setpoints have reached, according to which the maximum work continues from the state that was before universal of the switching signal existed, provided that the Voltage of the battery (B) higher than the minimum, to power the electronic Components required value is that when falling below the minimum battery voltage all storage units during a power failure after the mains voltage has been restored of the maximum work that the charge of the battery (B) via comparators (K1, K2), one of which (Kl) uses a certain I-Usteresbereich to limit a has upper and a lower charge voltage value, is controlled that the second Comparator (K2) has a switching threshold that corresponds to the minimum required battery voltage corresponds to and that a third comparator (K3) with a comparison voltage threshold, which is higher than the maximum battery voltage value, to indicate a defective or missing battery (B).

2) Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the electronic maximum work has a light emitting diode display (LED), which is controlled by a multiplex generator (M) in such a way that it sends its digital drive signals Via driver transistors (2g) from a four-decade counter (V1) and their segment driver signals from a seven segment decoder memory driver circuit (K).

3) Circuit arrangement according to claim 2, characterized in that as a four-decade counter (V1) with an assigned seven-segment decoder memory driver (K) Circuits are used which are between å two controls of the light emitting diode display (LED) switching interruptions of several, at least ensure a multiplex clock.

4) Circuit arrangement according to claims 2 and 3, characterized in that that the seven-segment decoder memory Ureiber circuit (K) has an input to Has zero suppression, which is blocked when the maximum plant is operated on batteries all segment driver outputs permitted.

5) Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that to indicate a missing or defective battery (B) the second (K2) and the third Control a control lamp (L) via an OR link between the comparator (K3).

6) Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the battery (B) has a transistor base stage (T) with a germanium diode (G) is bridged, connected to the supply line (point 1) of the maximum works is.

7) Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that as opto-electronic coupler for the command inputs, preferably glimin lamps used in conjunction with photoresistors.