DE3012045C2

DE3012045C2 - Anordnung und Verfahren zum Ein- und Ausschalten einer Vielzahl von an einer Spannungsquelle angeschlossenen Verbrauchern

Info

Publication number: DE3012045C2
Application number: DE19803012045
Authority: DE
Inventors: Arjen J. Dipl.-Ing. 6530 Bingen Mulder
Original assignee: Nsm-Apparatebau & Co Kg 6530 Bingen De GmbH
Current assignee: Nsm-Apparatebau & Co Kg 6530 Bingen De GmbH
Priority date: 1980-03-28
Filing date: 1980-03-28
Publication date: 1985-01-31
Also published as: DE3012045A1

Description

a) zur Kurzschlußerkennung der von den Verbrauchern über die Reihen- und Spaltentransistoren aufgenommene Gesamtstrom derart gemessen wird, daß ein erster Widerstand in der Verbindung der Spannungsquelle mit den Emittern der Reihentransistoren liegt, und daß parallel zum ersten Widerstand die Reihenschaltung der Basis-Emitter-Strecke eines ersten Transistors mit einem zweiten Widerstand geschaltet ist, und daß der Kollektor des ersten Transistors an einen Eingang eines Flip-Flops angeschlossen ist, dessen Ausgänge mit dem Auswahldekoder, mit dem Speicher-Flip-Flop und dem Mikroprozessor verbunden sind, und daß

b) zur Erkennung von Leitungsbrücken in der Verbindung von Spannungsquelle mit den Emittern der Reihentransistoren eine Diode mit anodenseitigem Anschluß an der Spannungsquelle liegt, der ein dritter Widerstand sowie die Reihenschaltung eines vierten Widerstandes mit der Emitter-Basis-Strek-

Ice eines zweiten Transistors parallel geschaltet sind, und daß der Kollektor des zweiten Transistors mit dem Mikroprozessor verbunden ist

Zweckmäßigerweise ist hierbei das Flip-Flop ein D-Flip-Flop, das über einen zweiten Eingang mittels eines vom Mikroprozessor abgegebenen Impulses zurückgestellt wird

Mit der Anordnung nach der Erfindung wird mit geringem Bauelementeaufwand eine einfache und sichere Kurzschlußerkennung sowie die Erkennung einer Leitungsunterbrechung bei zahlreichen von einem Mikroprozessor gesteuerien Verbrauchern ermöglicht Insbesondere können mit dieser Anordnung die Ausgänge des Mikroprozessors völlig kurzschlußfest gemacht werden, ohne daß jedem einzelnen Ausgang eine gesonderte Erfassungs- und Rückmeldeeinrichtung zugeordnet werden muß.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles soll der der Erfindung zugrundeliegende Gedanke näher erläutert werden. Es zeigt

F i g. T ein Prinzipschaltbild der erfindungsgemäßen Anordnung und

Fig.2 ein Flußdiagramm für den Mikroprozessor zum Aufsuchen eines Kurzschlusses innerhalb der Verbraucher-Matrix.

Das in Fig. 1 dargestellte Prinzipschaltbild der erfindungsgemäßen Anordnung enthält eine Vielzahl von in Form einer Matrix angeordneten Verbrauchern 1, die über die Laststrecken von Reihentransistoren 2 und Spaltentransistoren 3 mit einer Spannungsquelle U_B bzw. mit Masse verbunden sind. Die Steueranschlüsse der Reihentransistoren 2 sind über ein erstes Widerstandsglied 13 mit den Ausgängen eines Auswahl-Dekoders 6 verbunden, während die Steueranschlüsse der Spaltentransistoren 3 über ein zweites Widerstandsglied 14 an die Ausgänge eines Speicher-Flip-Flops 8 angeschlossen sind. Die Widerstandsglieder 13 und 14 enthalten eine der Zahl der Leitungen entsprechende Anzahl von Widerständen, die mit dem gemeinsamen Anschluß, d. h. mit der Spannungsquelle Ub bzw. mit Masse verbunden sind. Diese Widerstandsglieder 13 und 14 erfüllen die Funktion, die Reihen- und Spaltentransistoren 2,3 in den abgeschalteten Zustand zu bringen und in diesem Zustand zu halten, wenn kein Basis-Ansteuerstrom vorhanden ist. Der Auswahl-Dekoder 6 ist in diesem Ausführungsbeispiel ein Eins aus Zehn-Dekoder mit offenem Kollektorausgang, z. B. ein Dekoder 74141 der Firma Texas Instruments. Dieser Auswahl-Dekoder schaltet jeweils immer nur einen der Reihentransistoren 2 ein, so daß jeweils nur eine Ebene der Matrix eingeschaltet ist. Da nur drei der vier vorhandenen Eingänge des Auswahl-Dekoders 6 für die acht Reihentransistoren 2 dieses Ausführungsbeispieles benötigt werden, wird der vierte Eingang D als Freigabe-Eingang verwendet. Steht an diesem Eingang D ein Signal an, dann werden alle Ausgänge des Auswahl-Dekoders 6 und damit alle Reihentransistoren abgeschaltet.

Das mit seinen Ausgängen mit dem zweiten Widerstandsglied 14 verbundene Speicher-Flip-Flop 8ist eingangsseitig an den Mikroprozessor MP angeschlossen. Bei diesem Speicher-Flip-Flop 8 handelt es sich beispielsweise um ein 8-Bit-Speicher-Flip-Flop 74 LS 374 der Fa. Texas Instruments. Dieses Speicher-Flip-Flop 8 speichert die Daten der Spaltentransistoren 3 während einer Zykluszeit von beispielsweise 2 msec. Es wird geladen mit dem vom Mikroprozessor MP abgegebenen Impuls T.

In dem Leitungszug 9 der Verbindung der Emitter der Reihentransistoren 2 mit der Spannungsquelle Ub sind zwei Erfassungsglieder 4, 7 angeordnet, die der Kurzschlußerfassung und der Erkennung von Leitungsunterbrechungen dienen. Das erste Erfassungsglied 4 enthält einen im Leitungszug 9 liegenden ersten Widerstand 41, dem die Reihenschaltung der Basis-Emitter-Strecke eines ersten Transistors 42 mit einem zweiten Widerstand 43 parallel geschaltet ist Der Kollektor des ersten Transistors 42 ist über einen nicht näher bezifferten Widerstandsteiler mit dem einen Eingang Seines nachgeschalteten F-FHp-Flops 5 verbunden, dessen anderer Eingang T mit dem vom Mikroprozessor MP abgegebenen Impuls Tbeaufschlagt ist Der D-Eingang des D-FIip-Flops 5 liegt an Masse, während der Ä-Eingang nicht benutzt wird und an der Versorgungsspannung anliegt Der eine Ausgang Q ist über die Leitung 10 mit dem Eingang D des Auswahl-Dekoders 6 und mit dem Kurzschluß-Erkennungs-Eingang des Mikroprozessors MP verbunden. Der negierte Ausgang G des Z?-Flip-Flops 5 ist an das Speicher-Flip-Flop 8 angeschlossen. Bei diesem D-Flip-Flop 5 handelt es sich beispielsweise um einen integrierten Schaltkreis 74 LS 74 der Fa. Texas Instruments. Es erfüllt die Aufgabe, bei einem von dem ersten Erfassungsglied 4 festgestellten Kurzschluß innerhalb der Matrix über die Ausgänge Q und Q, die Ausgänge des Auswahl-Dekoders 6 und des Speicher-Flip-Flops 8 abzuschalten, wodurch die gesamte Matrix stromlos wird. Das D-Flip-FIop 5 wird mit dem vom Mikroprozessor Mabgegebenen Impuls Twieder zurückgesetzt.

Das zweite Erfassungsglied 7 enthält eine im Leitungszug 9 liegende Diode 71, deren Anode mit dem spannungsführenden Pol der Spannungsquelle Ub verbunden ist. Parallel zu dieser Diode 71 sind sowohl ein dritter Widerstand 72 als auch die Reihenschaltung eines vierten Widerstandes 73 mit der Basis-Emitter-Strecke eines zweiten Transistors 74 geschaltet. Der Kollektor dieses zweiten Widerstandes 72 ist über einen ebenfalls nicht näher bezeichneten Widerstand mit dem Anschluß ßdes Mikroprozessors MPfür die Erkennung von Leitungsunterbrechungen verbunden.

Das hier gewählte Ausführungsbeispiel enthält acht Reihentransistoren 2 und acht Spaltentransistoren 3, wodurch sich eine 8 χ 8-Matrix mit insgesamt 64 Ausgabemöglichkeiten, d. h. mit insgesamt 64 Verbraucheranschlüssen ergibt. Von den Reihentransistoren 2 kann jederzeit nur einer und nicht mehr als einer der Transistoren gleichzeitig angesteuert werden, wobei die Reihentransistoren 2 beliebig eingeschaltet oder ausgeschaltet sind. Jeder einzelne der Spaltentransistoren 3 ist über beispielsweise acht Dioden und acht Verbraucher mit den acht Reihentransistoren 2 verbunden.

Wird bei dieser Anordnung beispielsweise ein Reihentransistor 2 durchgeschaltet, so können durch wahlweises Ansteuern der Spaltentransistoren 3 acht Verbraucher eingeschaltet werden. Schaltet man somit nacheinander die Spaltentransistoren 3 ein und zu jedem der Spaltentransistoren 3 den entsprechenden Reihentransistor, so können 8x8 = 64 Verbraucher impulsweise angesteuert werden. Eine solche Impulsansteuerung ist für eine Vielzahl von Verbrauchern unproblematisch, wenn die Impulsfolge schnell genug ist, d. h. im Bereich von Millisekunden liegt. So werden impulsföimig angesteuerte Lampen wegen der Trägheit der b5 Augen als kontinuierlich leuchtend angesehen, wenn die Impulse schnell genug folgen. Verbraucher wie Relais oder Gleichstrommotoren, die auf die Impulspausen reagieren könnten, werden mit einem Kondensator

überbrückt, der in den Impulspausen die erforderliche Energie liefert.

Zur Kurzschlußerkennung ist in den Leitungszug 9, der die Verbrauchermatrix 1 an die Spannungsquelle Ub legt, ein zum ersten Erfassungsglied 4 gehörender erster Widerstand 41 eingefügt. An diesem ersten Widerstand 41 tritt je nach der Größe des von der Verbrauchermatrix 1 aufgenommenen Strom ein Spannungsabfall auf, der an die Reihenschaltung der Emitter-Basis-Strecke eines ersten Transistors 42 und eines zweiten Basisschutz-Widerstandes 43 gelegt wird. Der Widerstand 41 wird nun so dimensioniert, daß nur im Kurzschlußfall der an ihm auftretende Spannungsabfall ausreicht, den ersten Transistor 42 durchzuschalten, wodurch über den Kollektor des ersten Transistors 42 und einen Widerstandsteiler das D-Flip-Flop 5 gesetzt wird. Die an den Ausgängen Q und Q des D-Flip-Flops 5 auftretenden Signale schalten über die Leitungen 10 und 11 die Verbrauchermatrix 1 sofort ab und über die Leitung 10 wird dem Mikroprozessor MP eine Kurzschlußmeldung zugeführt. Da jederzeit nur einer und nicht mehr als ein Reihentransistor eingeschaltet sein kann, funktioniert die erfindungsgemäße Kurzschlußerkennung für acht Verbraucheranschlüsse gleichzeitig. Wenn also auf einem der acht Verbraucheranschlüsse, dem ein Reihentransistor zugeordnet ist, ein Kurzschluß festgestellt wird, werden diese acht Verbraucheranschlüsse abgeschaltet, und dies ausschließlich für die Zeit, in der der Reihentransistor eigentlich eingeschaltet sein sollte. Da der Mikroprozessor die Kurzschlußerkennung sofort zugeführt erhält, kann er über das ihm eingegebene Pro- a₂ gramm herausfinden, welcher von diesen acht Verbraucheranschlüssen den Kurzschluß aufweist. Da der Rechner vor Auftritt des Kurzschlusses gerade einen Reihentransistor eingeschaltet hat und danach der Kurzschluß festgestellt wurde, muß er jetzt suchen, welcher der acht Verbraucheranschlüsse den Kurzschluß aufweist. Er kann dies in der Weise veranlassen, daß er immer wieder versucht, den gleichen Reihentransistor einzuschalten, aber immer nur mit einem Spaltentransistor, solange bis er einen nach dem anderen durchgeprüft hat Sobald der entsprechende Spaltentransistor gefunden ist, der dem mit Kurzschluß behafteten Ausgang zugeordnet ist, tritt die Kurzschlußerkennung wiederum in Wirkung und dem Mikroprozessor wird die Information 45 a%: zugeführt, welcher der Verbraucheranschlüsse defekt ist. Diese Information wird an eine Anzeigeeinheit wei- ag:

10

15

20

25 angeschlossen ist, so daß ein wenn auch geringer Strom über die Diode 71 fließt, oder ob eine Leitungsunterbrechung oder ein Defekt des Verbrauchers selbst aufgetreten ist, so daß bei Einschalten dieses Verbrauchers kein Strom über die Diode 71 fließt. In diesem Falle schaltet der zweite Transistor 74 nicht durch und gibt über seinen mit dem Mikroprozessor MP verbundenen Kollektor kein Bestätigungssignal ab. Da nur einer der in diesem Ausführungsbeispiel 64 Verbraucher über die Mikroprozessor-Steuerung angesteuert wurde, ist die Information, welcher der Matrix-Ausgänge keinen Strom zieht im gleichen Augenblick im Mikroprozessor MP vorhanden und kann entsprechend angezeigt werden. Neben der Anzeige der Leitungsunterbrechung und des Kurzschlusses kann der Mikroprozessor MP durch ein entsprechendes Programm im Kurzschlußfall dafür sorgen, daß der defekte Matrix-Ausgang durch Nicht-Ansteuern des betreffenden Reihen- oder Spaltentransistors nicht weiter bis zur Kurzschlußbehebung angesteuert wird. Damit kann die restliche Gesamtanlage ungestört weiterbetrieben werden.

Ein in F i g. 2 dargestelltes Flußdiagramm soll beispielhaft erläutern, in welcher Weise die Programmierung des Mikroprozessors für eine Kurzschlußsuche erfolgen kann.

Nach dem Programm-Start folgen nacheinander folgende Schritte:

40

at:

ay.

a₄:

as:

a₆:

a₇: Einschalten eines der Reihentransistoren 2 vorbereiten (Ebene Mausgeben),
Einschalten des ersten Spaltentransistors 3 vorbereiten,

den ersten Transistor der M-Ebene einschalten,
den ersten Transistor der N-Spalte einschalten.
Wird ein Kurzschluß festgestellt, d. h. wird vom ersten Erfassungsglied ein entsprechendes Signal abgegeben.

Im Kurzschlußfall Meldung für den Mikroprozessor aufbereiten, damit abgelesen werden kann, an welcher Stelle in der Matrix der Kurzschluß auftrat und die Stelle abgespeichert werden kann.
Einschalten des nächsten Transistors der Spaltentransistoren 3 vorbereiten.

Sind alle Spaltentransistoren angesteuert worden? Vorbereiten der nächsten Ebene (Reihentransistor) für den Kurzschlußtest.

Sind alle Ebenen (Reihentransistoren) abgefragt worden?

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

tergegeben, damit eine schnelle Reparatur dieses Anschlusses bzw. des Verbrauchers möglich ist 3κ>: Auswerten der Kurzschlußmeldungen.

Analog zur Kurzschlußerkennung und -meldung ist in 50

den Leitungszug 9 von der Spannungsquelle Un zur Verbrauchermatrix 1 eine zum zweiten Erfassungsglied 7 gehörende Diode 71 angeordnet Beim Einschalten eines Verbrauchers fließt über diese Diode 7i ein Strom und der Durchlaß-Spannungsabfall an dieser Diode 71 wird an den Basis-Emitter-Obergang eines zweiten Transistors 72 gelegt Der der Diode 71 parallel geschaltete dritte Widerstand 72 weist einen so großen Widerstandswert auf, daß auch bei geringer Stromaufnahme eines Verbrauchers der Matrix 1 der zweite Transistor infolge der an ihm liegenden Spannung bereits durchsteuert

Da das Mikroprozessor—Programm so ausgebildet ist, daß jeweils nur einer der 64 Verbraucher durch entsprechende Ansteuerung der Reihen- und Spaltentransistoren 2 und 3 — wie oben beschrieben — eingeschaltet ist, kann mittels des zweiten Erfassungsgliedes 7 überDrüft werden, ob dieser betreffende Verbraucher

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zum Ein- und Ausschalten einer Vielzahl von an einer Spannungsquelle angeschlossenen Verbrauchern, die über Reihen- und Spaltentransistoren in einer Matrix angeordnet sind, wobei die Emitter der Reihentransistoren mit der Spannungsquelle, die Kollektoren mit den Verbrauchern und die Basen über einen Auswahl-Dekoder mit einem Mikroprozessor verbunden sind und wobei die Emitter der Spaltentransistoren mit Masse, die Kollektoren mit den Verbrauchern und die Basen über ein Speicher-Flip-Flop mit dem Mikroprozessor verbunden sind,

a) zur Kurzschlußerkeonung der von den Verbrauchern (1) über die Reihen- und Spaltentransistoren (2, 3) aufgenommene Gesamtstrom derart gemessen wird, daß ein erster Widerstand (41) in der Verbindung der Spannungsquelle (Ub) mit den Emittern der Reihentransistoren (2) liegt, und daß parallel zum ersten Widerstand (41) die Reihenschaltung der Basis-Emitter-Strecke eines ersten Transistors (42) mit einem zweiten Widerstand (43) geschaltet ist, und daß der Kollektor des ersten Transistors (42) an einen Eingang (S) eines Flip-Flops (5) angeschlossen ist, dessen Ausgänge mit dem Auswahl-Dekoder (6), mit dem Speicher-Flip-Flop (8) und dem Mikroprozessor verbunden sind, und daß

b) zur Erkennung von Leitungsbrücken in der Verbindung von Spannungsquelle (U_B) mit den Emittern der Reihentransistoren (2) eine Diode (71) mit anodenseJtigem Anschluß an der Spannungsquelle (Ub) liegt, der ein dritter Widerstand (72) sowie die Reihenschaltung eines vierten Widerstandes (73) mit der Emitter-Basis-Strecke eines zweiten Transistors (74) parallel geschaltet sind, und daß der Kollektor des zweiten Transistors (74) mit dem Mikroprozessor verbunden ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Flip-Flop (5) ein D-Flip-Flop ist, das über einen zweiten Eingang (T) mittels eines vom Mikroprozessor abgegebenen Impulses (T) zurückgestellt wird.

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Ein- und Ausschalten einer Vielzahl von an einer Spannungsquelle angeschlossenen Verbrauchern, die über Reihen- und Spaltentransistoren in einer Matrix angeordnet sind, wobei die Emitter der Reihentransistoren mit der Spannungsquelle, die Kollektoren mit den Verbrauchern und die Basen über einen Auswahl-Dekoder mit einem Mikroprozessor verbunden sind und wobei die Emitter der Spaltentransistoren mit Masse, die Kollektoren mit den Verbrauchern und die Basen über ein Speicher-Flip-Flop mit dem Mikroprozessor verbunden sind(DE-OS26 30 618).

Es ist bekannt, mit einem Mikroprozessor eine Vielzahl von Verbrauchern nach einem vorgegebenen Programm, beispielsweise zyklisch, anzusteuern. Ein solcher Mikroprozessor weist mehrere, den Verbrauchern zugeordnete Ausgänge auf, die so dimensioniert sind, daß über eventuell erforderliche Zwischenglieder, beispielsweise Verstärker, Verbraueher, Lampen, Relais, Motoren oder dergleichen, angesteuert werden können. Eine wesentliche Forderung bei derartigen Anordnungen besteht darin, daß sämtliche Ausgänge des Mikroprozessors völlig kurzschlußfest sind und bei Auftreten eines Kurzschlusses im Lastkreis sofort eine entsprechende Rückmeldung an den Mikroprozessor erfolgen muß. Zusätzlich wird gefordert, daß auch bei einer möglichen Leitungsunterbrechung eine entsprechende Rückmeldung an den Mikroprozessor erfolgt.

Aus der DE-OS 26 30 618 ist eine Anordnung der eingangs genannten Art in Form einer Steuerschaltung für eine Gasentladungs-Anzeigetafel bekannt Weiterhin offenbart die DE-PS 11 59 089 eine eigensichere Temperaturüberwachungseinrichtung für elektrische Verbraucher, die sowohl bei kurzgeschlossenen Leitungen zu dem Temperaturüberwachungselement als auch bei Unterbrechungen in den Leitungen zwischen dem Temperaturüberwachungselement und der Steuereinrichtung anspricht Ferner zeigt die DE-AS 15 13 057 eine Schaltungsanordnung zum selbsttätigen Abschalten der Betriebsspannung ohne Potentialtrennung bei Auftreten von Überströmen bei elektrischen Geräten. Schließlich ist in des DE-OS 25 38 453 eine Überstromschutzschaltung für mindestens eine von mehreren Treiberschaltungen, deren Ausgänge mit einer Sammelleitung verbunden sind, beschrieben.

Bei den bekannten Schaltungsanordnungen wird jeder einzelne Mikroprozessorausgang kurzschlußfest gemacht, und Kurzschlüsse oder Leitungsunterbrechungen werden durch jeden der Ausgänge zugeordneten Einrichtungen an den Mikroprozessor zu Einleitung von Gegenmaßnahmen und/oder zur Anzeige zurückgemeldet. Bei der erheblichen Vielzahl von Verbrauchern, die an einen Mikroprozessor angeschlossen werden können, ist damit ein erheblicher Aufwand verbunden, abgesehen davon, daß mit der Vielzahl von Überwachungseinrichtungen zusätzliche Fehlermöglichkeiten vorhanden sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Anordnung der eingangs genannten Art Mittel zur Kurzschluß- oder Leitungsunterbrechungserkennung anzugeben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß