DE3130307C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Überwachungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs.

Bei einer vorbekannten Überwachungseinrichtung dieser Art (DE-AS 21 46 377) wird die zu überwachende Betriebsspannung von einer Schaltvorrichtung überwacht, welche eine Steuereinrichtung zur Vermeidung fehlerhafter Steuervorgänge nur dann an die überwachte Betriebsspannung anschaltet, wenn die Betriebsspannung ausreichend hoch ist. Hierzu weist die Schaltvorrichtung einen Schwellwertschalter auf, der einen nachgeschalteten Impulsschalter mit Kippglied sowie Verstärker über logische Verknüpfungsglieder steuert. Nur bei ausreichender Betriebsspannung schaltet der Verstärker mittelbar oder direkt die dort nicht näher bezeichnete Steuereinrichtung mit ihren Versorgungsanschlüssen an die Betriebsspannungsquelle zeitverzögert an. Bei diesem Schaltungsaufbau muß der Verstärker Schaltelemente aufweisen, die für die Leistungsaufnahme der Steuereinrichtung bemessen sind. Derartige Schaltelemente mit Schalterfunktion erfordern einen besonderen Aufwand. Zum anderen wird dabei nicht berücksichtigt, ob die Steuereinrichtung ordnungsgemäß arbeitet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Überwachungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs zu schaffen, bei welcher die elektronische Steuereinrichtung nach dem Einschalten, bei Unterspannung oder Unterbrechungen der Betriebsspannung, sowie bei Störungen in der elektronischen Steuereinrichtung selbst auf einen definierten Anfangszustand zurückgesetzt wird.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß der Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Patentanspruchs.

Bei der erfindungsgemäßen elektrischen Überwachungseinrichtung wird eine elektronische Steuereinrichtung mit einem Rücksetzeingang verwendet, die mit ihren Versorgungsanschlüssen unmittelbar an die Betriebsspannung angelegt werden kann. Bei unzureichender Versorgungsspannung wird dann über die Überwachungseinrichtung lediglich ein Rücksetzsignal an den Rücksetzeingang der elektronischen Steuereinrichtung gegeben. Hierfür sind keine besonderen Leistungselemente erforderlich. Zusätzlich wird eine von der elektronischen Steuereinrichtung bei ordnungsgemäßer Funktion abgegebene Impulsfolge zur Steuerung des dem Schwellwertschalter nachgeschalteten Impulsschalters herangezogen, der einen spannungsabhängig gesteuerten Impulsgeber steuert. Bei ausreichender Betriebsspannung wird dabei der als astabiler Multivibrator ausgebildete Impulsgeber durch das vom Schwellwertschalter mit dem nachgeschalteten Impulsschalter erzeugte Signal stillgesetzt und kein Rücksetzsignal an die elektronische Steuereinrichtung gegeben. Ermittelt dagegen der Schwellwertschalter eine zu niedrige Betriebsspannung oder fällt die Impulsfolge der elektronischen Steuereinrichtung aus, dann schwingt der astabile Multivibrator mit seiner Schwingfrequenz, wodurch fortlaufend Rücksetzimpulse an die elektronische Steuereinrichtung geliefert werden. Diese wird daher bei Störungen immer auf einen definierten Anfangszustand zurückgesetzt.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand der Schaltungsskizze eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Eine elektronische Steuereinrichtung 1 ist über eine Lei­ tung 2 an eine Betriebsspannung und andererseits an Masse­ potential angeschlossen. Die elektronische Steuereinrichtung 1 kann da­ bei ein digitales Steuersystem, ein Mikroprozessorsystem oder ein Mikrocomputersystem sein, mit dem beispielsweise eine Spannung zur Steuerung von Wärmespeicheröfen er­ zeugt wird. Die elektronische Steuereinrichtung 1 weist einen Rücksetz­ eingang R auf, über den durch Anlegen eines Rücksetzimpulses das Arbeitsprogramm der elektronischen Steuereinrichtung 1 auf einen definierten Anfangswert zurückgesetzt werden kann. Neben anderen nicht dargestellten Ein- und Ausgangssteuerleitungen weist die elektronische Steuereinrichtung 1 auch einen Impulsausgang I auf, an dem bei ordnungsgemäßem Betrieb die elektronische Steuereinrichtung 1 ein ständig anstehendes Rechteck-Impulsfrequenzsignal (Impulsfolge) 23 abgibt. Zwischen der Betriebsspannung und Masse liegt eine Serienschaltung aus drei Teiler­ widerständen 4, 5, 6, wobei an den Verbindungspunkt zwischen dem mit Masse verbundenen Teiler­ widerstand 6 und dem mittleren Teilerwiderstand 5 der positive Eingang eines ersten Differenzverstärkers 7 und an den Ver­ bindungspunkt des an die Betriebsspannung angeschlossenen Teilerwiderstandes 4 mit dem mittleren Teilerwiderstand 5 der negative Eingang eines zweiten Differenzverstärkers 8 an­ geschlossen ist. Der Ausgang des ersten Differenzverstärkers 7 ist dabei an den Setzeingang S eines RS-Flip-Flop 9 und der Ausgang des zweiten Differenzverstärkers 8 an den Rück­ setzeingang R dieses RS-Flip-Flop 9 angeschaltet. Das am negierenden Ausgang des RS-Flip-Flop 9 anstehende Signal wird über einen Negator 10 dem Rücksetzeingang R der elektronischen Steuereinrichtung 1 zugeführt. Gleichzeitig ist an den negierenden Ausgang des RS-Flip-Flop 9 der Steuer­ eingang eines als Transistor ausgebildeten Schalters 11 angeschlossen, dessen Emitter an Masse und dessen Kollektor mit dem Verbindungspunkt der Serienschaltung aus einem an die Betriebsspannung angeschlossenen Aufladewiderstand 12 und einem Entladewiderstand 13 verbunden ist. Der Entladewider­ stand 13 liegt in Reihe mit einem Ladekondensator 14, dessen zweiter Anschluß an Masse gelegt ist. Parallel zum Entladewiderstand 13 ist ein Gleichrichter 15 ge­ schaltet, der bei nichtleitendem Schalter den Entlade­ widerstand 13 für den über den Aufladewiderstand 12 zum Ladekondensator 14 fließenden Ladestrom überbrückt. An die Verbindungsleitung zwischen dem Entladewiderstand 13 und dem Ladekondensator 14 ist einerseits der negative Eingang des ersten Differenzverstärkers 7 und der positive Ein­ gang des zweiten Differenzverstärkers 8 angeschlossen, wobei diese Verbindungsleitung gleichzeitig an einen Ein­ gang 14 a angeschlossen ist. Der Eingang 14 a bildet den Steuereingang für den durch die Bauteile 4 bis 15 gebildeten Impulsgeber.

An die Betriebsspannung ist ferner der Emitter eines Transistors 16 angeschlossen, dessen Basis über einen Spannungsteilerwiderstand 17 ebenfalls an die Betriebsspannung und über die Serienschaltung aus einem weiteren Spannungsteilerwiderstand 18 und einer Zenerdiode 19 an Masse gelegt ist. Die Zener­ spannung der Zenerdiode 19 ist zusammen mit der über die Emitter-Basisstrecke abfallenden Spannung entsprechend der üblichen Betriebsspannung der elektronischen Steuereinrichtung 1 bemessen. Demzufolge wird die Emitter-Kollektorstrecke des Transistors 16 durchgeschaltet, sobald die vorge­ schriebene Betriebsspannung erreicht ist. In Serie mit dem Kollektor des Transistors liegt der Emitter eines Schalttransistors 20, dessen Basis über einen Widerstand 21 mit seinem Emitteranschluß verbunden ist und gleichzeitig über einen Differenzierkondensator 22 an den Impulsaus­ gang I der elektronischen Steuereinrichtung 1 angeschlossen ist. Der Kollektor des Schalttransistors 20 ist über einen Be­ grenzungswiderstand 24 an den Eingang 14 a und somit an die Verbindungsleitung des Entladewiderstandes 13 mit dem Ladekondensator 14 angeschlossen.

Die Bauteile 4 bis 15 bilden hier den Impulsgeber, der bei Vernachlässigung der Wirkung des durch die Bauteile 16-19 gebildeten Schwellwertschalters und des durch die Bauteile 20-24 gebildeten Impulsschalters als astabiler Multivibrator arbeitet. Die Wirkungsweise dieses astabilen Multivibrators 4-15 ist so, daß, ausgehend von der Annahme, daß der Ladekondensator 14 unter die am positiven Eingang des ersten Differenzverstärkers 7 anstehende Spannung entladen ist, am Ausgang des ersten Differenz­ verstärkers 7 ein Steuersignal mit hohem Spannungspegel ansteht, während am Ausgang des zweiten Differenzver­ stärkers 8 ein Steuersignal mit niedrigem Steuerpegel vorhanden ist. Am invertierenden Ausgang des RS-Flip- Flop 9 steht daher ein Ausgangssignal mit niedrigem Spannungspegel an, so daß der Schalter 11 nicht leitet. Über den Aufladewiderstand 12 und den Gleichrichter 15 wird somit der Ladekondensator 14 aufgeladen. Hierdurch steigt die Spannung an diesem an und bewirkt bei Überschreiten des am positiven Eingang des ersten Differenzverstärkers 7 anstehenden Spannungswertes, daß das Ausgangssignal des ersten Differenzverstärkers 7 gegen null geht. Hierdurch wird jedoch eine Umschaltung am RS-Flip-Flop 9 nicht bewirkt. Erst wenn die am Ladekonden­ sator 14 anstehende Spannung einen positiveren Wert als die am negativen Eingang des zweiten Differenzverstärkers 8 anstehende Spannung erreicht, erzeugt der zweite Differenz­ verstärker 8 ein Ausgangssignal mit hohem Spannungspegel am Rücksetzeingang R des RS-Flip-Flop 9. Hierdurch steht am invertierenden Ausgang des RS-Flip-Flop 9 ein Aus­ gangssignal an, das den Schalter 11 in den leitenden Zustand umschaltet und damit den Verbindungspunkt der Widerstände 12 und 13 an Masse schaltet. Hierdurch wird der Ladekondensator 14 über den Entladewiderstand 13 und den Schalter 11 entladen, wobei der Gleichrichter 15 in Sperrichtung gepolt ist. Im Verlauf der Entladung schaltet der zweite Differenzverstärker 8 sein Ausgangssignal wieder gegen null, wodurch keine Änderung des Schaltzustandes am invertierenden Ausgang des RS-Flip-Flop 9 erfolgt, während bei einem Unterschreiten der Kondensatorspannung unter den am positiven Eingang des ersten Differenzver­ stärkers 7 anstehenden Referenzwert wieder ein Ausgangs­ signal an den Setzeingang des RS-Flip-Flop 9 gelangt. Hierdurch wird am invertierenden Ausgang des RS-Flip- Flop 9 das Ausgangssignal erneut gegen null geschaltet und damit der Schalter 11 gesperrt. Es beginnt von neuem die Aufladung des Ladekondensators 14. Dieses Spiel wieder­ holt sich anschließend mit der durch die Widerstände 12, 13 und den Ladekondensator 14 bestimmten Zeitkonstante. So­ lange demnach die Spannung am Ladekondensator 14 einen durch die Teilerwiderstände 4, 5, 6 vorgegebenen Spannungswert unterschreitet, also auch beim Einschalten der Betriebs­ spannung, wird über den Negator 10 somit ein Rücksetz­ impuls 3 an den Rücksetzeingang R der elektronischen Steuereinrichtung 1 angelegt. Es wird also im vorbeschriebenen Betriebszu­ stand eine ständig sich wiederholende Rücksetzung der elektronischen Steuereinrichtung 1 durchgeführt.

Unter Berücksichtigung der Funktion des Schwellwertschal­ ters 16-19 und des Impulsschalters 20-24 wird das vorbeschriebene freie Schwingungsverhalten des als astabiler Multivibrator zu betrachtenden Impulsgebers 4-15 dann verhindert, wenn die Betriebsspannung einen für die ordnungsgemäße Funktion der elektronischen Steuerein­ richtung 1 ausreichenden Wert aufweist. Es wird dann, wie nachfolgend beschrieben, über den Schwellwert­ schalter 16-19 und den Impulsschalter 20-24 der Ladekondensator 14 auf einem Wert gehalten, der das Um­ schalten des astabilen Multivibrators 4-15 unterbindet, so daß kein Rücksetzsignal an den Rücksetzeingang R der elektronischen Steuereinrichtung 1 abgegeben wird. Bei ausreichender Betriebs­ spannung schaltet nämlich der auf die Betriebsspannung abgestimmte Schwellwertschalter 16-19 den Transistor 16 in den leitenden Zustand. Da bei ausreichender Be­ triebsspannung und im störungsfreien Betrieb auch der Impulsausgang I der elektronischen Steuereinrichtung 1 eine Impulsfolge 23 abgibt, die über den Differenzierkondensator 22 dem Schalttransistor 20 des Impulsschalters 20-22 zugeführt wird, kann somit der vorerwähnte zusätzliche Ladestrom zum Ladekondensator 14 fließen. Die Höhe des Lade­ stromes kann dabei durch einen in die Verbindungsleitung vom Kollektor des Schalttransistors 20 zum Ladekondensator 14 eingeschalteten Begrenzungswiderstand 24 eingestellt werden. Die galvanische Trennung der Impulsfolge 23 von der Basis der Schalttransistors 20 verhindert, daß im Störungsfall, bei Ausfall der Impulsfolge 23 auch im Falle des Beharrens auf niedrigem Potential der Schalttransistor 20 in den sperrenden Zustand schaltet und ein funktions­ gerechtes Anschwingen des Impulsgebers 4-15 erfolgen kann.

Bei niedrigen Betriebsspannungswerten, die eine ordnungs­ gemäße Funktion der elektronischen Steuereinrichtung 1 nicht mit Sicher­ heit erwarten lassen, wird somit über den Schwellwert­ schalter 16-19 eine zusätzliche Aufladung des Ladekonden­ sators 14 unterbunden, so daß der Impulsgeber 4-15 frei schwingen kann und über das Ausgangssignal die elektronische Steuer­ einrichtung 1 ständig in einen definierten Ausgangszu­ stand zurücksetzt. Bei ausreichender Betriebsspannung jedoch fehlerhafter Funktion der elektronischen Steuereinrichtung 1 und damit ausbleibender Impulsfolge 23 wird die zusätzliche Ladung des Ladekondensators 14 über den Impulsschalter 20-24 unterbunden. Durch die UND-Verknüpfung des Schwellwertschalters 16- 19 mit dem Impulsschalter 20-24 werden somit sowohl Störungen der Betriebsspannung als auch der elektronischen Steuereinrichtung 1 erfaßt und führen zur Vermeidung von fehlerhaften Steuerungsvorgängen zum Rücksetzen der elektronischen Steuereinrichtung 1.

Claims (4)

1. Elektrische Überwachungseinrichtung für eine elektronische, von einer Betriebsspannung gespei­ ste Steuereinrichtung mit einer auf unzureichende Betriebsspannung ansprechenden Schaltvorrichtung, welche einen die Betriebsspannung erfassenden, auf einen unteren Betriebsspannungswert eingestellten Schwellwertschalter und einen nachgeschalteten Impulsschalter aufweist sowie auf die elektronische Steuereinrichtung zur Vermeidung fehlerhafter Steuer­ vorgänge einwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß an einen Rücksetzeingang (R) der elektronischen Steuereinrichtung (1) das Ausgangssignal eines Impuls­ gebers (4-15) geschaltet ist, an dessen Eingang (14 a) der Ausgang des Impulsschalters (20-24) angeschlos­ sen ist, daß der Impulsschalter (20-24) von einer von der elektronischen Steuereinrichtung (1) abge­ gebenen Impulsfolge (23) gesteuert ist und daß der Impuls­ geber (4-15) unterhalb einer vorgebbaren, an seinem Eingang (14 a) anliegenden Grenzspannung frei schwingt.

2. Elektrische Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgeber (4-15) ein astabiler Multivibrator ist.

3. Elektrische Überwachungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der astabile Multi­ vibrator (4-15) einen ersten Differenzverstärker (7) und einen zweiten Differenzverstärker (8) aufweist, daß drei in Serie geschaltete Teilerwiderstände (4, 5, 6) zwischen Betriebsspannung und Masse geschaltet sind, daß der positive Eingang des ersten Dif­ ferenzverstärkers (7) an den Verbindungspunkt des an Masse angeschalteten Teilerwiderstands (6) mit dem mittleren Teilerwiderstand (5) und daß der nega­ tive Eingang des zweiten Differenzverstärkers (8) an den zweiten Anschluß des mittleren Teilerwiderstands (5) angeschlossen ist, daß der Ausgang des ersten Dif­ ferenzverstärkers (7) an den Setzeingang (5) und der Ausgang des zweiten Differenzverstärkers (8) an den Rücksetzeingang (R) eines RS-Flip-Flop (9) geschaltet sind, dessen negierender Ausgang einerseits über einen Negator (10) an den Rücksetzeingang (R) der elektronischen Steuereinrichtung (1) und anderer­ seits an einen Steuereingang eines Schalters (11) angeschlossen ist, daß die Serienschaltung aus einem Aufladewiderstand (12) und einem Entladewiderstand (13) in Reihe mit einem Ladekondensator (14) zwischen Betriebs­ spannung und Masse geschaltet ist, daß der Verbin­ dungspunkt des Ladekondensators (14) mit dem Entladewider­ stand (13) sowohl an den negativen Eingang des ersten Differenzverstärkers ( 7) und an den positiven Eingang des zweiten Differenzverstärkers (8) als auch an den Aus­ gang des Impulsschalters (20-24) angeschlossen ist, daß ein in Strömungsrichtung eines Ladestromes ge­ polter Gleichrichter (15) parallel zum Entladewider­ stand (13) geschaltet ist und daß der Schalter (11) einerseits an den Verbindungspunkt zwischen dem Auf­ ladewiderstand (12) und dem Entladewiderstand (13) so­ wie andererseits an Masse angeschlossen ist.

4. Elektrische Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwertschalter (16-19) einen Transistor (16) aufweist, dessen Basis an den Verbindungspunkt der Serienschaltung zweier Spannungsteilerwider­ stände (17, 18) angeschlossen ist, welche an die Betriebsspannung und über eine den unteren Betriebs­ spannungswert vorgebende Zenerdiode (19) an Masse angeschaltet sind, daß der Emitter des Transistors (16) an die Betriebsspannung und der Kollektor an den Emit­ ter eines Schalttransistors (20) des Impulsschal­ ters (20-24) angeschlossen ist, daß die Basis des Schalttransistors (20) über einen Widerstand (21) an seinen Emitter und andererseits über einen Differenzier­ kondensator (22) an den Impulsausgang (I) der elektro­ nischen Steuereinrichtung (1) angeschlossen ist und daß der Kollektor des Schalttransistors (20) über einen Begrenzungswiderstand (24) an den Eingang (14 a) des Impulsgebers (4-15) angeschlossen ist.