DE29606029U1

DE29606029U1 - Anpaßschaltung

Info

Publication number: DE29606029U1
Application number: DE29606029U
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1996-04-01
Filing date: 1996-04-01
Publication date: 1997-05-07
Anticipated expiration: 2006-04-02

Description

GR 96 G 4419 DE

Beschreibung

Anpaßschaltung

Digitale Schaltungen arbeiten in der Regel mit niedrigen Spannungen von insbesondere 5 V, so daß zur Verarbeitung von digitalen Eingangssignalen mit hohem Spannungspegel, beispielsweise 120 V oder 230 V, diese in digitale Signale mit niedrigerem Spannungspegel umgesetzt werden müssen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine dazu geeignete Anpaßschaltung anzugeben.

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch eine Anpaßschaltung zur Umsetzung von digitalen Eingangssignalen mit hohem Spannungspegel in digitale Signale mit niedrigerem Spannungspegel mit einem Signaleingang, an dem ein Schwellenwertkomparator liegt, welcher ausgangsseitig ein Schaltsignal in Abhängigkeit davon erzeugt, ob die Spannung an dem Signaleingang einen Schwellenwert über- oder unterschreitet, mit einer Strombegrenzungseinrichtung, die in Reihe mit dem Eingang eines Übertragungsglieds zur Potentialtrennung und einem dazu parallelen Strompfad an dem Signaleingang liegt, mit einer von dem Schaltsignal steuerbaren Schalteinrichtung, die je nach Schaltstellung den durch die Strombegrenzungseinrichtung fließenden Strom entweder in den Eingang des Übertragungsgliedes oder den dazu parallelen Strompfad leitet, und mit einem dem Ausgang des Übertragungsgliedes nachgeschalteten Signalausgang.

Dadurch, daß die steuerbare Schalteinrichtung den durch die Strombegrenzungseinrichtung fließenden Strom je nach Schaltstellung entweder in den Eingang des Übertragungsgliedes oder den dazu parallelen Strompfad leitet, wird immer ein Stromfluß ermöglicht, so daß lediglich in der Strombegrenzungseinrichtung ein einziges für hohe Sperrspannungen ausgelegtes Bauelement erforderlich ist, während die übrigen Bauelemente

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der Strombegrenzungseinrichtung und die zur Realisierung der steuerbaren Schalteinrichtung und des sie steuernden Schwellenwertkomparators erforderlichen Bauelemente für niedrige Spannungen und damit einfacher und kostengünstiger ausgelegt werden können.

Vorzugsweise enthält die Strombegrenzungseinrichtung eine Konstantstromsenke, so daß die Verlustleistung in der Anpaßschaltung nur von dem jeweiligen Spannungspegel der Eingangssignale abhängig ist, aber keine Stromänderung auftritt.

Das Übertragungsglied kann zur Potentialtrennung einen Optokoppler oder einen Transformator aufweisen.

Vorzugsweise ist in Reihe mit dem Eingang des Übertragungsgliedes ein Anzeigeelement, insbesondere eine Leuchtdiode, geschaltet, so daß eine Anzeige des digitalen Zustande des Eingangssignals möglich ist.

Um die Anpaßschaltung auch für Wechselspannungen verwenden zu können, kann dem Signaleingang eine Gleichrichteranordnung vorgeschaltet werden. Transiente Überspannungen lassen sich durch ein dem Signaleingang vorgeschaltetes Tiefpaßglied von der Anpaßschaltung fernhalten.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird im folgenden auf die Figuren der Zeichnung Bezug genommen,- im einzelnen zeigen:

Figur 1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Anpaßschaltung,

Figur 2 ein Beispiel für eine alternative Anordnung der in dem Blockschaltbild nach Figur 1 gezeigten steuerbaren Schalteinrichtung und

Figur 3 ein Schaltbild der erfindungsgemäßen Anpaßschaltung.

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Die in Figur l gezeigte Anpaßschaltung weist einen Signaleingang 1 für digitale Eingangssignale mit hohem Spannungspegel auf, die in digitale Signale mit niedrigerem Spannungspegel umgesetzt und an einem Signalausgang 2 bereitgestellt werden. Um die Anpaßschaltung auch für Wechselspannungen verwenden zu können und außerdem transiente Überspannungen von ihr fernzuhalten, sind dem Signaleingang 1 eine Gleichrichteranordnung 3 sowie ein Tiefpaßglied 4 vorgeordnet. An dem Signaleingang 1 liegt ein Schwellenwertkomparator 5, weleher an seinem Ausgang 6 ein Schaltsignal in Abhängigkeit davon erzeugt, ob die Spannung an dem Signaleingang 1 einen Schwellenwert über- oder unterschreitet. Eine Strombegrenzungseinrichtung 7 liegt in Reihe mit dem Eingang eines Übertragungsglieds 8 und einem dazu parallelen Strompfad 9 ebenfalls an dem Signaleingang 1, wobei eine von dem Ausgangssignal des Schwellenwertkomparators 5 steuerbare Schalteinrichtung 10, die als Umschalter ausgebildet ist, entweder den Eingang des Übertragungsglieds 8 oder den dazu parallelen Strompfad 9 in den von dem Signaleingang 1 und der Strombegrenzungseinrichtung 7 gebildeten Stromkreis schaltet. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel besteht die Strombegrenzungseinrichtung 7 aus einer Konstantstromsenke, die je nach Schaltstellung der steuerbaren Schalteinrichtung 10 einen konstanten Stromfluß durch den Eingang des Übertragungsgliedes 8 oder den dazu parallelen Strompfad 9 bewirkt, so daß die Leistungsverluste der Anpaßschaltung nur von der jeweiligen Höhe des Spannungspegels der Eingangssignale an dem Signaleingang 1 abhängig sind. In Reihe mit dem Eingang des Übertragungsgliedes 8 ist ein Anzeigeelement 11, hier 0 eine Leuchtdiode, zur Statusanzeige des digitalen Eingangssignals geschaltet. Das Übertragungsglied 8 besteht aus einem Optokoppler, dessen ausgangsseitiger Transistor in Kollektorschaltung an eine Stromversorgung von 5 V geschaltet ist. Zwischen dem Ausgang der Kollektorschaltung und dem Signalausgang 2 der Anpaßschaltung liegt ein Tiefpaßglied 12, das eine Entstörung und Glättung des digitalen Signals am Signal-

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ausgang 2 bewirkt. Anstelle eines Optokopplers kann auch ein Transformator als Übertragungsglied vorgesehen werden.

Bei der in Figur 2 gezeigten SchaltungsVariante ist die steuerbare Schalteinrichtung in Form eines einfachen steuerbaren Schalters 13 ausgebildet, der in dem Strompfad 9 angeordnet ist und im geschlossenen Zustand den Eingang des Übertragungsgliedes 8 kurzschließt. Auch hier fließt der von der Strombegrenzungseinrichtung 7 begrenzte Strom je nach Schaltstellung der steuerbaren Schalteinrichtung 13 entweder durch den Strompfad 9 oder den Eingang des Übertragungsgliedes 8.

Das Schaltbild nach Figur 3 zeigt das Tiefpaßglied 4 mit der nachgeschalteten Gleichrichteranordnung 3, die dem Signaleingang 1 der Anpaßschaltung vorgeordnet ist. Das Tiefpaßglied 4 besteht aus einem Widerstand Rl und einem Kondensator Cl; die Gleichrichteranordnung 3 besteht aus vier Dioden Dl ... D4, die in einer Brückenschaltung angeordnet sind. Der an dem Signaleingang 1 liegende Schwellenwertkomparator 5 weist einen aus zwei Widerständen R3 und R4 bestehenden Spannungsteiler sowie einen Transistor T4 auf, der mit seiner Basis-Emitter-Strecke parallel zu dem Widerstand R4 liegt. An dem Signaleingang 1 liegt eine Reihenschaltung aus der Strombegrenzungseinrichtung (Konstantstromsenke) 7, dem Anzeigeelement (Leuchtdiode) 11, dem Eingang des Übertragungsglieds (Optokopplers) 8 und der Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors T4, welcher neben der Komparatorfunktion auch einen Teil der steuerbaren Schalteinrichtung 10 bildet. Der andere Teil der steuerbaren Schalteinrichtung 10 wird von einem Transistor T3 gebildet, dessen Basis mit dem Kollektor des Transistors T4 verbunden ist und der mit seiner Kollektor-Emitter- Strecke und einem Emitter-Widerstand R7 unter Bildung des Strompfades 9 parallel zu der Reihenschaltung aus dem Anzeigeelement 11, dem Eingang des Übertragungsgliedes 8 und der Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors T4 liegt. Zwi-

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sehen dem Kollektor und der Basis des Transistors T3 liegt außerdem ein Widerstand R6.

Die Konstantstromsenke 7 ist als Zweipol ausgebildet, zwisehen dessen beiden Polen ein Feldeffekt-Transistor Tl mit seiner Drain-Source-Strecke und einem Source-Widerstand R5 liegt. Ein Transistor T2 liegt mit seiner Basis-Emitter-Strecke parallel zu dem Source-Widerstand R5, wobei der Kollektor mit dem Gate des Feldeffekt-Transistors Tl verbunden ist; parallel zu der Gate-Drain-Strecke des Feldeffekt-Transistors Tl liegt ein Widerstand R2.

Der Ausgangstransistor des Übertragungsgiiedes (Optokopplers) 8 liegt in Reihe mit einem Emitter-Widerstand R9 an einer Stromversorgung von 5 V. Zwischen den beiden Anschlüssen des Emitter-Widerstandes R9 und dem Signalausgang 2 liegt das Tiefpaßglied 12, bestehend aus dem Widerstand R8 und dem Kondensator C2.

Wenn die Spannung an dem Signaleingang 1 einen durch den Spannungsteiler R3, R4 und die Durchlaßspannung der Basis-Emitter-Strecke des Transistors T4 vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, wird die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors T4 leitend, so daß der von der Konstantstromsenke 7 begrenzte Strom über den Eingang des Übertragungsgliedes 8 fließt. Der Ausgangstransistor des Übertragungsgliedes 8 wird somit leitend, so daß an dem Signalausgang 2 ein Spannungspegel von 5 V anliegt. Solange der Transistor T4 leitend ist, wird dadurch der Transistor T3 gesperrt.

Wenn die Spannung an dem Signaleingang 1 den vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet, geht der Transistor T4 in einen sperrenden Zustand über. Dadurch erhöht sich die Spannung an seiner Kollektor-Emitter-Strecke, so daß der Transistor T3 in einen leitenden Zustand gesteuert wird und der von der Konstantstromsenke 7 begrenzte Strom über den Strompfad 9 fließt. Wegen der fehlenden Ansteuerung geht der Ausgangs-

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transistor des Übertragungsgliedes 8 in einen sperrenden Zustand über, so daß an dem Signalausgang 2 ein Spannungspegel von 0 V anliegt.

Der Wert des von der Konstantstromsenke 7 begrenzten Stromes wird im wesentlichen durch das Verhältnis zwischen der konstanten Durchlaßspannung der Basis-Emitter-Strecke des Transistors T2 und dem Wert des Source-Widerstandes R5 bestimmt. Von allen gezeigten Halbleiterbauelementen braucht lediglich der Feldeffekt-Transistor Tl hochspannungsfest ausgelegt werden, während alle übrigen Transistoren für niedrige Spannungen ausgelegt werden können.

Claims

GR 96 G 4419 DE 7 Schutzansprüche

1. Anpaßschaltung zur Umsetzung von digitalen Eingangssignalen mit hohem Spannungspegel in digitale Signale mit niedrigerem Spannungspegel

- mit einem Signaleingang (1) , an dem ein Schwellenwertkomparator (5) liegt, welcher ausgangsseitig ein Schaltsignal in Abhängigkeit davon erzeugt, ob die Spannung an dem Signaleingang (1) einen Schwellenwert über- oder unterschreitet, - mit einer Strombegrenzungseinrichtung (7), die in Reihe mit dem Eingang eines Übertragungsgliedes (8) zur Potentialtrennung und einem dazu parallelen Strompfad (9) an dem Signaleingang (1) liegt,

- mit einer von dem Schaltsignal steuerbaren Schalteinrichtung (10, 13), die je nach Schaltstellung den durch die Strombegrenzungseinrichtung (7) fließenden Strom entweder in den Eingang des Übertragungsgliedes (8) oder den dazu parallelen Strompfad (9) leitet, und

- mit einem dem Ausgang des Übertragungsgliedes (8) nachgeschalteten Signalausgang (2).

2. Anpaßschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strombegrenzungseinrichtung (7) aus einer Konstantstromsenke besteht.

3. Anpaßschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungsglied (8) einen Optokoppler aufweist.

4. Anpaßschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungsglied einen Transformator aufweist.

5. Anpaßschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit dem Eingang des Übertragungsgliedes (8) ein Anzeigeelement (11) geschaltet ist.

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6. Anpaßschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Anzeigeelement (11) eine Leuchtdiode ist.

7. Anpaßschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß dem Signaleingang (1) eine Gleichrichteranordnung (3) vorgeschaltet ist.

8. Anpaßschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Signaleingang (1) ein Tiefpaßglied (4) vorgeschaltet ist.