DE3322244A1

DE3322244A1 - Eigensichere stromquelle

Info

Publication number: DE3322244A1
Application number: DE19833322244
Authority: DE
Inventors: Georg 1000 Berlin August
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1983-06-21
Filing date: 1983-06-21
Publication date: 1985-01-10
Also published as: DE3322244C2

Description

EK/PLI Scht/Li

13. Juni 1983

ROBERT BOSCH GMBH, 7000 Stuttgart 1 Eigensichere Stromquelle Stand der Technik

Die Erfindung geht von einer eigensicheren Stromquelle nach der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung aus.

Eigensichere Stromquellen, die in explosionsgefährdeter Umgebung eingesetzt werden sollen, zum Beispiel zur Stromversorgung von tragbaren Sprechfunkgeräten, sind derart konzipiert, daß die Belastung der Stromquelle einen vorgegebenen, ungefährlichen Stromwert nicht überschreiten kann. Zu diesem Zweck werden Strombegrenzerschaltungen verwendet. Soll die eigensichere Stromquelle mehrere getrennte Ausgänge zum Anschließen verschiedener Verbraucher, das sind bei einem Sprechfunkgerät zum Beispiel verschiedene elektrische Baustufen, aufweisen, so wird je nach zugelassener Fehlerzahl für jeden Verbraucher eine Reihenschaltung aus zwei oder mehreren Strombegrenzerschaltungen benötigt. Ist die Fehlerzahl beispielsweise gleich eins, dann müssen je Verbraucher zwei Strombegrenzerschaltungen vorhanden sein, damit,, .wenn eine Strombegrenzerschaltung ausfällt, das heißt entweder eine Unterbrechung oder ein Kurzschluß vorliegt, die zulässige Belastung der Stromquelle nicht überschritten wird. Die Ansprechströme der beiden Strombegrenzerschaltungen haben in der Regel gleiche Werte, so daß für den Fall, daß die Strombegrenzerschaltungen zusammen mit der Stromquelle in einem allseitig geschlossenen Gehäuse untergebracht s'ind, eine Prüfung auf Funktionsfähigkeit der einzelnen Strombegrenzerschaltungen nicht ohne weiteres möglich ist.

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Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße eigensichere Stromquelle mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß die Zahl der. für die eigensichere Stromquelle erforderlichen Strombegrenzerschaltungen reduziert werden kann. Als weiterer Vorteil ist anzusehen, daß jederzeit eine Funktionsprüfung der einzelnen Strombegrenzerschaltungen durchführbar ist, ohne daß dazu Eingriffe in das Gehäuse der eigensicheren Stromquelle nötig sind oder zusätzliche Leitungen aus dem Gehäuse herausgeführt werden müssen.

Zeichnung

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen eigensicheren Stromquelle in einer ersten Ausfuhrungsform,

Fig. 2A ein Schaltbild einer ersten Prüfeinrichtung für die Stromquelle nach Fig. 1,

Fig. 2B ein Schaltbild einer zweiten Prüfeinrichtung für eine Stromquelle nach Fig. 1,

Fig. 3 ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen eigensicheren Stromquelle in einer zweiten Ausführungsform und

Fig. 3

A-C je ein Schaltbild einer Prüfeinrichtung für die erfindungsgemäße eigensichere Stromquelle nach Fig. 3.

Eine eigensichere Stromquelle 10 enthält nach Fig. 1 eine Primärstromquelle 11 mit der Spannung ü_ß sowie eine mit dem positiven Pol der Primärstromquelle verbundene erste Strombegrenzerschaltung 12, an deren Ausgang 13 sich die Eingänge von drei Strombegrenzerschaltungen 14, 15 und 16 anschließen. Die Ausgänge der Strorabegrenzerschaltungen 14, 15 und 16 bilden gleichzeitig Ausgänge 17, 18 und 19 der eigensicheren Stromquelle 10. Ein Ausgang 20 der eigensicheren Stromquelle ist mit dem negativen Pol. der; Primärstromquelle 11 verbunden. Die Ausgänge 17, 18 und 19 sind über je einen Verbraucherwiderstand R1, R2, R3 mit dem Ausgang 20 verbunden. Anstelle des Ausgangs 20 können drei parallele Ausgänge 20a, 20b, 20c treten, wenn die Forderung besteht, daß in den Leitungen von den Ausgängen 17, 18, 19 zum Ausgang 20 keine höheren .Ströme als I*?' ¹AS' ¹A₄ fü^eßen dürfen; vgl. Darstellung unterhalb Fig. 1.

Die Wirkungsweise der vorstehend beschriebenen Schaltung ist folgende:

Die Primärstromquelle 11 der eigensicheren Stromquelle 10 soll beispielsweise maximal mit einem Strom von 600 mA belastet werden dürfen. Dieser Strom, der der Summe der Verbraucherströme I₁ = 250 mA, I₂ = 200 mA und I₃ = 150 mA entspricht, ist der Ansprechstrom I .. der Strombegrenzer schaltung 12. Die Stroinbegrenzerschaltungen 14, 15 und 16 sind nun nicht derart bemessen, daß jede Schaltung einen dem zugehörigen Verbraucherstrom entsprechenden Ansprechwert I_A2' ¹AS' ^4 ^aufweist/ sondern diese Ansprechströme erfüllen folgende Bedingungen:

^{(1) 1}A₂ ^{+ 1}A₃ ^{+ 1}A₄ > ¹AI

¹AA < ¹AI

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Beispielsweise haben die Ansprechwerte ^_A2 ^r ¹AS ^und ^4 ^alle denselben Wert, nämlich 300 mA, der unter dem Wert des Ansprechstroms I_.. liegt. Die Summe der Ansprechströme I₂ + I_Ao + I_Ä4 beträgt dagegen 900 mA, das heißt, sie liegt deutlich über dem Wert für den Ansprechstrom I,. von 600 mA. Durch den Schaltungsaufbau nach Fig. 1 und die Art der.Dimensionierung der Strombegrenzerschaltungen wird folgendes erreicht.

Durch die erste Strombegrenzerschaltung 12, die den Gesamtstrom., begrenzt, sind bei drei" Verbraucherwiderständen R1, R2. und R3 insgesamt nur vier Strombegrenzerschaltungen 12, 14, 15 und 16 gegenüber sechs Strombegrenzerschaltungen bei dem bisher üblichen Schaltungsaufbau erforderlich. Dies gilt für die Fehlerzahl eins, bei der im Fehlerfall· nur ein Bauteil· der Bauteile 12, 14, 15, "; 16, R1, R2, R3 kurzgeschlossen oder unterbrochen sein darf.

Nimmt man an, daß beispielsweise die erste Strombegrenzerschaltung 12 derart defekt ist, daß sie einen Kurzschluß bildet, so kann, da die Verbraucherströme I₁, I₂, I₃ durch die Werte der Verbraucherwiderstände vorher festgelegt waren, keine Überlastung der Primärstromquelle 11 auftreten. Bildet eine der Strombegrenzerschaltungen 12, 13, 14 einen Kurzschluß, so kann, da die erste Strombegrenzerschal·tung 12 noch einwandfrei arbeitet, keine überl·astung der Primärstromquelle auftreten. Bildet einer der Verbraucherwiderstände R1, R2, R3, zum Beispiel der Verbraucherwiderstand R1, einen Kurzschiuß, so begrenzt die Strombegrenzerschaltung 14 den Verbraucherstrom I- auf maximal 300 mA, und der Gesamtstrom kann· wegen des Ansprechstroms I₁ von 600 mA nicht über diesen Wert ansteigen.

Eine Funktionsprüfung der Bauteile der eigensicheren Stromquelle gemäß Fig. 1 ist folgendermaßen möglich.

Um festzustellen, ob die Strombegrenzerschaltung 14 in Ordnung ist, werden die Ausgänge 17 und 20 durch eine Prüfeinrichtung

-Τ-

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gemäß Fig. 2A überbrückt, die eine Reihenschaltung aus einem Einstellwiderstand 30 und einem Strommesser 31 enthält. Der Widerstandswert des Einstellwiderstandes 30 wird solange vermindert, bis beim Erreichen des Ansprechstromes I_A2 von 300 mA eine Begrenzung einsetzt.

Dies beweist, daß die Strombegrenzerschaltung 14 in Ordnung ist. Bildet sie jedoch infolge eines Defekts einen Kurzschluß, wie durch eine gestrichelt eingezeichnete Brücke 32 in Fig. 1 angedeutet, so setzt die Strombegrenzung bei einem Wert von 600 mA ein, der dem Ansprechstrom I₁ der ersten Strombegrenzerschaltung 12 entspricht. Die anderen Strombegrenzerschaltungen : 15, 16 können auf das Vorliegen eines Kurzschlusses in analoger Weise geprüft werden. Zwecks Prüfung der ersten Strombegrenzerschaltung 12 auf einen Kurzschluß werden die Ausgänge 17, 18, durch einen Kurzschlußbügel 33 einer Prüfeinrichtung gemäß Fig. 2B überbrückt, der über einen Einstellwiderstand 34 und einen Strommesser 35 mit dem Ausgang 20 verbunden wird. Ist die erste Strombegrenzerschaltung 12 in Ordnung, dann würde bei einem Vermindern des Widerstandswertes des Einstellwiderstandes 34 maximal ein Strom von 600 mA (= I -) fließen können. Wäre die erste Strombegrenzerschaltung 12 dagegen derart beschädigt, daß sie einen Kurzschluß bildet, dann könnte der mit der Prüfeinrichtung gemessene Strom auf den Wert I₂ + I _ + ι . = 900 mA ansteigen.

Eine Unterbrechung der Strombegrenzerschaltung 12 zeigt sich dadurch an, daß bei an den Ausgängen 17, 20 liegender Prüfeinrichtung nach Fig. 2A kein Strom über den Einstellwiderstand und den Strommesser 31 fließt und daß eine Vergleichsmessung mit der Prüfeinrichtung nach Fig. 2B, die die Ausgänge 17 bis 19 kurz schließt, ebenfalls keinen Stromfluß erkennen läßt.

Die vorstehend beschriebenen Meßmethoden lassen sich sinngemäß auch auf eine Schaltung anwenden, die zwei oder mehr als drei Verbraucherwiderstände bzw. drei oder mehr als vier Strombegrenzerschaltungen aufweist.

Eine eigensichere Stromquelle 50 mit der Fehlerzahl 2 enthält nach Fig. 3 eine Primärstromquelle 51, deren positiver Pol mit einer ersten Strombegrenzerschaltung 52 verbunden istT~Am Ausgang dieser Strombegrenzerschaltung gabelt sich die Schaltung in zwei Stromwege 53, 54 mit einer dritten bzw. vierten Strombegrenzerschaltung 55, 56. An den Ausgängen der dritten und vierten Strombegrenzerschaltung findet ebenfalls eine Aufspaltung in je zwei Stromwege 57, 58; 59, 60 statt. Jeder Stromweg enthält eine Strombegrenzerschaltung 61 ... 64.

Die Ausgänge der zuletzt genannten Strombegrenzerschaltungen bilden Ausgänge 65 ... 68, und der negative Pol der Primärstromquelle 51 bildet einen Ausgang 69 der eigensicheren Stromquelle 50. Zwischen je einem der Ausgänge 65 ... 68 und dem Ausgang 69 liegt je ein Verbraucherwiderstand R1 ... R4. Die. Ansprechströme I_ftl ... I₇ der Strombegrenzerschaltungen 52, 55, 56, 61 ... 64 sind so gewählt, daß erstens der Ansprechstrom I₁ der ersten Strombegrenzerschaltung 52 gleich der Summe aller Verbraucherströme I. ... I₄ ist, daß zweitens die Summe der Ansprechströme I₂ + I- größer als der Ansprechstrom I₁ ist, daß drittens die Summe der Ansprechströme Γ-, .... Ij. _ der Strombegrenzerschalfeungen 61 ... 64 größer ist als die Summe der Ansprechströme I₂ und I_A3 und daß viertens jeder Ansprechstrom I. o, I, -, kleiner ist als der Ansprechstrom I_a1 und jeder der Ansprechströme I₄ I_A? kleiner ist als die Ansprechströme

^XA2 ^{Und 1}AS* ·

In einem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel einer eigensicheren Stromquelle 50 betragen: I_Al = 1 A, I_A3 = 0,6 A, ¹A₄ = ¹AS ^{= 1}A₆ = ¹A₇ = °'^{4 A Und 1}I = H = ^τ3 = *4 = ²⁵°

Die Prüfung der Strombegrenzerschaltungen einer eigensicheren Stromquelle 50 gemäß Fig. 3. geht folgendermaßen vor sich.

Wird anstelle der Widerstände R1 ... R4 eine Prüfeinrichtung gemäß Fig. 3A an die Ausgänge 65 und 69 der eigensicheren Stromquelle gelegt, so fließt über einen Einstellwiderstand 71 und einen Strommesser 72 ein maximaler Strom von 0,4 A entsprechend der bei dem Ansprechstrom Γ-₄ einsetzenden Strombegrenzung. Aufgrund dieser Prüfung wird festgestellt, daß die Strombegrenzerschaltung 61 in Ordnung ist. Ist diese Schaltung dagegen in der Weise defekt, daß sie einen Kurzschluß bildet, so setzt die Begrenzung erst bei 0,6 A (= I*?) ein. Ist nur die Strombegrenzerschaltung 55 derart defekt, daß sie einen Kurzschluß bildet, dann setzt die Strombegrenzung schon bei 0,4 A (= I,₄) ein. Ein Kurzschluß der Strombegrenzerschaltung kann daher erst festgestellt werden, wenn eine Prüfschaltung gemäß Fig. 3B mit einer Kurschlußbrücke 73 die Ausgänge 65 und überbrückt. Dann fließt nämlich über den Einstellwiderstand und den Strommesser 75 ein Strom, der der Summe der Ansprechströme I_A4 + I_A5 = 0,8 A entspricht, während bei intakter Strombegrenzerschaltung 55 nur ein Strom 1,- = 0,6 A fließen kann.

Ist die Strombegrenzerschaltung 52 durch einen Defekt kurzgeschlossen, dann kann dieser Fehler dadurch festgestellt werden, daß man mit einer Prüfeinrichtung gemäß Fig. 3C alle Ausgänge 65 ... 68 mittels einer Brücke 76 kurzschließt. Der über einen Einstellwiderstand 77 und einen damit in Reihe liegenden Strommesser 78 fließende Strom wird dann auf die Summe der Ansprechströme I_A2 + I₃ = 1,2 A begrenzt.

In ähnlicher Weise können nach Abtrennen der Verbraucherwiderstände R1 ... auch Defekte in Form von Unterbrechungen der Strombegrenzerschaltungen festgestellt werden. Fließt beim Anschließen einer Prüfeinrichtung gemäß Fig. 3C über den Einstellwiderstand 77 und den Strommesser 78 überhaupt kein Strom, so

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muß die Strombegrenzerschaltung 52 unterbrochen sein. Wird bei der Prüfung gemäß Fig. 3C ein Strom von 1 A erreicht und fließt beim Anschluß der Prüfeinrichtung nach Fig. 3A an die Ausgänge 65 und 69 kein Strom über einen Einstellwiderstand 71 und einen damit in Reihe liegenden Strommesser 72, so ist die Strombegrenzerschaltung 61 unterbrochen, weil, wenn die Strombegrenzerschaltungen 55 oder 56 unterbrochen wären, der gemessene Strom von 1 A nicht hätte erreicht werden können.

In analoger Weise können alle Strombegrenzerschaltungen auf ihre Funktionsfähigkeit hin geprüft werden.

Die Prüfeinrichtungen gemäß den Fig. 2A, 2B_# 3A, 3B, 3C können durch eine einzige Prüfeinrichtung entsprechend dem Schaltbild nach Fig. 3C realisiert werden, wobei sich an das dem Strommesser 78 abgewandte Ende des Einstellwiderstandes 77 so viele Leitungen wie Verbraucher anschließen, deren freie Enden mit den Ausgängen für die Verbraucher verbunden werden können.

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Claims

EK/PLI Scht/Li

13. Juni 1983

ROBERT BOSCH GMBH, 7000 Stuttgart 1 Ansprüche

/Ί J Eigensichere Stromquelle für η Verbraucher, deren Ströme durch in Reihe geschaltete Strombegrenzerschaltungen begrenzt werden wobei die Zahl der Strombegrenzerschaltungen von der zugelassenen Fehlerzahl abhängt, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Fehlerzahl 1 eine erste Strombegrenzerschaltung (12) einen Ansprechstrom (I₂..,) in Höhe der Summe der vorgegebenen Verbraucherströme (I₁, I₂, I₃) aufweist, daß sich an die erste Strombegrenzerschaltung je Verbraucher (R1, R2, R3) eine weitere Strombegrenzerschaltung (14, 15, 16) anschließt, daß die Summe der Ansprechströme (I_Ao' ^Ia3^{/ 1}A^ ^^{er we;}*-^teren Strombegrenzerschaltungen größer, der Ansprechstrom jeder weiteren Strombegrenzerschaltung jedoch kleiner ist als der Ansprechstrom der ersten Strombegrenzerschaltung-
2. Eigensichere Stromquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Fehlerzahl 2 oder darüber und einer geraden Zahl von Verbrauchern (R1, R2, R3, R4) auf die erste Strombegrenzerschaltung (52) eine erste Verzweigung mit zwei eingangsseitig mit der Strombegrenzerschaltung verbundenen weiteren Strombegrenzerschaltungen (55, 56) folgt, daß die Ausgänge der beiden weiteren Strombegrenzerschaltungen in eine dritte und eine vierte Verzweigung mit je zwei weiteren Strombegrenzerschaltungen (61, 62; 63, 64) münden usw. und daß der Ansprechstrom der ersten Strombegrenzerschaltung (52) gleich der Summe der vorgegebenen Verbraucherströme (I₁, I₉, I₃, I₄) ist, daß die Summe der Ansprechströme (I_A2' I_A3) der Strombegrenzerschaltungen (55, 56) in der ersten Verzweigung (53, 54) größer, die einzelnen Ansprechströme jedoch kleiner

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als der Ansprechstrom der ersten Strombegrenzerschaltung (52) ist, daß die Summe der Ansprechströme (I . I _) der Strombegrenzerschaltungen (61 ... 64) in den zweiten Verzweigungen (57 ... 60) größer, die einzelnen Ansprechströme jedoch kleiner als die Summe der Ansprechströme der Strombegrenzerschaltungen (55/ 56) in der ersten Verzweigung sind usw.
3. Eigensichere Stromquelle nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Prüfeinrichtung (Fig. 2B), die eine Reihenschaltung aus einem Einstellwiderstand (34) und einem Strommesser (35) enthält/ daß der freie Anschluß des Strommessers mit einer ersten Leitung und der freie Anschluß des Einzelwiderstandes mit einer der maximalen Zahl von Verbrauchern (RI ...) entsprechenden Zahl von Leitungen verbunden ist und daß di'e Enden der Leitungen mit zwei oder mehreren Ausgängen (17 ... 20) der eigensicheren Stromquelle (10) verbindbar sind.