DE3324591C2

DE3324591C2 - Spannungsdetektorschaltung

Info

Publication number: DE3324591C2
Application number: DE3324591A
Authority: DE
Inventors: Masayuki Minamitake; Junji Takada; Satoshi Yokohama Tamegai
Original assignee: Toshiba Components Co Ltd; Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1982-07-07
Filing date: 1983-07-07
Publication date: 1986-07-03
Also published as: JPS599566A; DE3324591A1; US4558226A

Abstract

Eine Spannungsdetektorschaltung umfaßt einen Eingangsschaltungsabschnitt (10) aus einer Leuchtdiode (D3) und einer Stromversorgungsschaltung (6, 8, D2, R4, R5) zum Einspeisen eines Stromes in diese Leuchtdiode (D3), abhängig von einer Eingangsspannung, und einen Ausgangsschaltungsabschnitt (4) zum Erzeugen einer Ausgangsspannung, abhängig von dem von der Leuchtdiode (D3) ausgesandten Licht. Der Ausgangsschaltungsabschnitt (4) hat einen Phototransistor (TR2), der zusammen mit der Leuchtdiode (D3) einen Optokoppler bildet. Die Kennlinie zwischen der Eingangsspannung und dem Ausgangsstrom der Stromversorgungsschaltung (6, 8, D2, R4, R5) weist eine Hystereseeigenschaft auf.

Description

Die Erfindung betrifft eine Spannungsdetektorschaltung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1; eine solche Spannungsdetektorschaltung dient insbesondere zum Erzeugen einer Ausgangsspannung, die von einer Eingangsspannung abhängig ist

Gewöhnlich wird industriellen Anlagen, die Mikrocomputer, beispielsweise numerische Stellglieder oder Regler, Industrieroboter und dgl. verwenden, eine Spannungsdetektorschaltung benutzt, die einen Eingangsschaltungsabschnitt zur Erfassung einer an einer vorbestimmten Last liegenden Spannung und einen Ausgangsschaltungsabschnitt hat, der mit diesem Eingangsschaltungsabschnitt mittels Optokopplung gekoppelt ist, um entsprechend dem Ergebnis einer Spannungserfassung dieses Eingangsschaltungsabschnittes ein Steuersignal zu erzeugen. F i g. 1 zeigt ein Beispiel einer derartigen herkömmlichen Spannungsdetektorschaltung. Diese Spannungsdetektorschaltung umfaßt einen Eingangsschaltungsabschnitt 2, an dem eine zu erfassende Spannung anlegbar ist, und einen Ausgangsschaltungsabschnitt 4, der mit diesem Eingangsschaltungsabschnitt 2 durch Optokopplung gekoppelt ist. Der Eingangsschaltungsabschnitt 2 hat eine Vollweggleichrichterschaltung 6 zum Gleichrichten einer an den Eingangsanschlüssen liegenden Eingangswechselspannung, einen ohmschen Spannungsteiler 8, um die Ausgangsspannung dieser Vollweggleichrichteri'haltung 6 zu teilen, und eine Reihenschaltung einer Zenerdiode ZD und einer Leuchtdiode D1, die zwischen den Ausgangsanschlüssen dieses Spannungsteilers 8 liegt.

Der Ausgangsschaltungsabschnitt 4 umfaßt einen pnp-Transistor TR 1 mit einem an einen Stromquellenanschluß VC angeschlossenen Emitter und mit einem Kollektor, der geerdet ist oder an einen Stromquellenanschluß VS über einen Widerstand R 1 angeschlossen ist, und einen npn-Phototransistor, lichtempfangende Einrichtung TR 2, mit einem Kollektor, der an den Stromquellenanschluß VC über einen Widerstand R 2 angeschlossen und mit der Basis des Trasnsitors 77? 1 über einen Widerstand R 3 verbunden ist, und mit einem Emitter, der an den Stromquellenanschluß VS angeschlossen ist. Dieser Phototransistor, lichtempfangende Einrichtung TR 2, bildet zusammen mit der Leuchtdiode D 1 einen Optokoppler.

Wenn eine Wechselspannung mit kleinerer Amplitude als ein vorbestimmter Wert an der Gleichrichterschaltung 6 liegt, die eine Vollweggleichrichterschaltung ist, dann wird die Zenerdiode ZD ausgeschaltet, und es fließt kein Strom durch die Leuchtdiode D 1, so daß die Leuchtdiode D 1 nicht aufleuchtet. Somit bleiben die Transistoren TR 1 und 77? 2 nichtleitend, und die Ausgangsspannung zwischen einem Ausgangsanschluß VO und dem Stromqucllenanschluß VS wird auf einem nie-

b5 deren Pegel gehalten. Wenn eine Wechselspannung mit einer größeren Amplitude als der vorbestimmte Wert an der Glciehrichtcrschaltung 6 liegt, wird die Zenerdiode ZD eingeschaltet, so daß ein für eine erfolgreiche

Lichtemission ausreichend großer Strom durch die Leuchtdiode D 1 fließt Somit wird der Phototransistor, lichtempfangende Einrichtung 77? 2, abhängig von dem von dieser Leuchtdiode D1 ausgesandten Licht leitend, und der Transistor 77? 1 wird ebenfalls leitend. Daher ist die Ausgangsspannung zwischen dem Ausgangsanschluß VO und dem Stromquellenanschluß VS auf einem hohen Pegel.

Da jedoch die Zenerspannung der Zenerdiode ZD konstant ist, verursacht eine Schwankung der Ausgangsspannung des Spannungsteilers 8 aufgrund eines Rauschens oder einer ähnlichen Störung von außen eine Fehlfunktion der Zenerdiode ZD. Wenn beispielsweise bei niedriger Ausgangsspannung des Spannungsteilers 8 als ein vorbestimmter Pegel und ausgeschalteter Zenerdiode ZD eine Rauschspannung zur Ausgangsspannung dieses Spannungsteilers 8 addiert wird, dann wird die Zenerdiode ZD eingeschaltet, was zu einer Lichtemission der Leuchtdiode D1 führt

Aus der DE-AS 21 42 711 ist eine Signalprüfschaltung für Signale bekannt, für welche bestimmte Toleranzbereiche vorgegeben sind. Um eine eindeutige Signalauswertung zu ermöglichen, wenn dem zu messenden Signal Störsignale überlagert sind, wird bei dieser bekannten Signalprüfschaltung als Kriterium für die Einhaltung oder Nichteinhaltung der Toleranzbereiche in einem vorgegebenen Meßzeitraum das Verhältnis der Zeit, in der Signal außerhalb des Toleranzbereiches liegt, zu dem Meßzeitraum oder zu der Zeit, in der das Signal innerhalb des Toleranzbereiches liegt, gebildet.

Weiterhin beschreibt die US-PS 38 54 089 eine Niederspannungs-Überwachungsschaltung, die auch bei Ausfall einer von mehreren Stromquellen einen ausreichenden Strom abzugeben vermag, indem mittels Optokopplung und einer Transistorstufe eine unabhängige, weitere Stromquelle geschähet werden kann.

Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, eine einfach aufgebaute Spannungsdetektorschaltung zu schaffen, die praktisch nicht durch Rauschen beeinflußbar ist, um so einen stabilen Betrieb zu erzielen.

Diese Aufgabe wird bei einer Spannungsdetektorschaltung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 erfindungsgemäß durch die in dessen kennzeichnenden Teil enthaltenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen 2 bis 4.

Bei der Erfindung werden also in vorteilhafter Weise die Hystereseeigenschaften zwischen Eingangsspannung und Ausgangsstrom ausgenutzt, und es wird auf einfache Weise bei geringem Schaltungsaufwand der Einfluß von Rauschsignalen auf den Ausgangsstrom ausgeschaltet.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Schaltbild einer herkömmlichen Spannungsdetektorschaltung,

F i g. 2 ein Schaltbild einer Spannungsdetektorschaltung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig.3A bis 3E Signale zur Erläuterung des Betriebs der in Fig.2 dargestellten Spannungsdetektorschal· tung,

Fig. 4 eine Eingangs/Ausgangsspannungskennlinie der in Fig. 2 dargestellten Spannungsdetektorschaltung.

Fig. 5 eine Spannungs/Stromkennlinie einer Diode, um zu erläutern, wie eine Finschaltstromänderung eines in der in F i g. 2 dargestellten Spannungsdetektorschaltung zu verwendenden Thyristors den Betrieb dieser Spannungsdetektorschaltung beeinflußt, und

F i g. 6 eine Abwandlung der in F i g. 2 dargestellten Spannungsdetektorschaltung.

F i g. 2 zeigt ein Schaltbild einer Spannungsdetektorschaltung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Diese Spannungsdetektorschaltung hat einen Eingangsschaltungsabschnitt 10, an den eine zu erfassende Spannung anlegbar ist. und einen Ausgangsschaltungsabschnitt 4, der durch Optokopplung mit diesem Eingangsschaltungsabschnitt 10 gekoppelt ist Der Eingangsschakungsabschnitt 10 umfaßt eine an einer (nicht gezeigten) Last liegende Gleichrichterschaltung 6 zum Gleichrichten einer über diese Last angelegten Wechselspannung, einen ohmsche Spannungsteiler 8 zum Teilen der Ausgangsspannung dieser Gleichrichterschaltung 6, eine Diode D 2 sowie einen Widerstand R 4, die beide in Reihe zwischen den Ausgangsanschlüssen des Spannungsteilers 8 liegen, und einen Thyristor SCR sowie eine Leuchtdiode, lichtemittierende Einrichtung D 3. die in Reihe zwischen den Auj&angsanschlüssen des Spannungsteilers 8 vorgesehen sind. Der Steueranschluß des Thyristors SCR ist über einen Widerstand R 5 mit dem Verbindungspunkt zwischen der Diode D 2 und dem Widerstand R 4 verbunden. Die Diode D 2 und der Wide .-stand R 4 bilden insbesondere eine Ansteuerschahung zum Ansteuern des Steueranschlusses des Thyristors SCR.

Der Ausgangsschaltungsabschnitt 4 besteht aus Transistoren TR 1 und TR 2 sowie aus Widerständen R 1 bis R 3 in ähnlicher Weise wie die in F i g. 1 dargestellte Schaltung. Der Transistor TR 2 ist ein Phototransistor, der zusammen mit der Leuchtdiode, lichtemittierende Einrichtung D 3, einen Optokoppler bildet

Der Betrieb der in F i g. 2 gezeigten Spannungsdetektorschaltung wird im folgenden anhand der F i g. 3A bis 3E näher erläutert

Wenn eine in F i g. 3A gezeigte Wechselspannung an der Gleichrichterschaltung 6 liegt, wird eine in Fig.3B gezeigte gleichgerichtete Spannung von dieser Gleichrichterschaltung 6 erhalten. Die Ausgangsspannung von dieser Gleichrichterschaltung 6 wird durch den Spannungsteiler 8 geteilt und dann an die Serienschaltung aus der Diode D 2 und dem Widerstand R 4 gelegt. Somit wird ein in F i g. 3C gezeigter Ansteue^strom IG von der Ansteuerschaltung aus der Diode D 2 und dem Widerstand R 4 in den Steueranschluß des Thyristors SQ? gespeist. Wenn die Ausgangsspannung des Spannungsteilers 8 ausreichend hoch ist und der Ansteuerstrom IG größer als ein Einschaltstrom IGT wird, dann wird der Thyristor SCR eingesthaltet, und ein in F i g. 3D gezeigter Strom fließt durch den Thyristor SCR. Somit leuchtet die Leuchtdiode, lichtemittierende Einrichtung D 3, au: und bewirkt, daß der Phototransistor, lichtempfangende Einrichtung 77? 2, leitend wird. Folglich fließt tin Strom durch den Transistor TR 1 und den Widerstand R 1, und eine Ausgangsspannung auf einem hohen Pegel, wie dies in F i g. 3 E gezeigt ist, wird vom Ausgangsschaltungsabschnm 4 erhalten.
Wenn danach die Ausgangsspannung des Spannungsteilers 8 verringert und der durch den Thyristor SCR fließende Strom kleiner als ein Haitestrom wird, dann wird der Thyristor SCR ausgeschaltet. Folglich unterbricht die Leuchtdiode DZ die Lichtemission und bewirkt, daß der Phototransistor, lichtempfangende Einrichtung 77? 2, nicht leitend wird. Daher wird die Ausgangsspannung des Ausgangsschaltungsabschnittes 4 auf einen niedrigeren Pegel eingestellt, wie dies in Fig. 3E gezeigt ist. Wenn, wie oben erläutert wurde.

eine Wechselspannung mit einer höheren Amplitude als ein vorbestimmter Wert in die Gleichrichterschaltung 6 gespeist wird, dann wird ein Impulssignal mit einer Impulsbreite und einer Folgefrequenz entsprechend der Amplitude und der Frequenz der Eingangswechselspannung vom Ausgangsschaltungsabschniit 4 erhalten.

Wenn in der in F i g. 2 gezeigten Spannungsdetektorschaltung die Amplitude der Eingangswechselsp;innung den ersten vorbestimmten Wert erreicht und der An- id Steuerstrom /C größer als der Einschaltstrom /CTwird und wenn weiterhin ein Strom, der größer als ein .Sperrstrom ist, durch den Thyristor SCR fließt, dann wird dieser Thyristor SCR eingeschaltet gehalten. Das heißt, nachdem eine Eingangswechselspannung größer als die erste vorbestimmte Spannung wurde, wird eine Ausgangsspannung mit einem hohen Pegel vom AusgangsschaUungsabschni'.'. 4 gewonnen, wie dies in F i g. 4 gezeigt ist. Der Thyristor SCR bleibt eingeschaltet, bis die Amplitude der Eingangswechselspannung niedriger als die zweite vorbestimmte Spannung wird, die kleiner als die erste vorbestimmte Spannung ist, und bis der durch den Thyristor SCR fließende Strom kleiner als der Haltestrom wird. Das heißt, die Beziehung zwischen der Eingangswechselspannung und der Ausgangsspannung hat die in Fig.4 gezeigte Hysteresekennlinie. Als Ergebnis besteht eine nur geringe Möglichkeit, daß bei ein- oder ausgeschaltetem Thyristor SCR die Ausgangsspannung des Spannungsteilers 8 aufgrund eines Rauschens schwankt und dadurch ein Ein- oder Ausschalten jo des Thyristors SCR hervorgerufen wird.

Wenn, wie in F i g. 5 gezeigt ist. die Amplitude der Eingangswechselspannung größer als ein vorbestimmter Wert ist und eine Vorwärts- oder Durchlaßspannung, die höher als das Kontaktpotential ist. an der Diode Dl liegt, dann fließt ein Durchlaßstrom. Wenn dieser Durchlaßstrom größer als der Einschaltstrom IGT ist. wird der Thyristor SCR eingeschaltet. Der Einschaltstrom IGT dieses Thyristors SCR hängt von den jeweiligen Thyristoren ab: beispielsweise zeigt er einen Wert innerhalb eines Bereiches von /GTI und IGT2. Selbst wenn jedoch in der in F i g. 2 dargestellten Spannungsdetektorschaltung ein Thyristor SCR mit einem unterschiedlichen Einschaltstrom benutzt wird, beträgt die Schwankungsbreite der Amplitude der zum Einschalten dieses Thyristors SCR notwendigen Eingangswechselspannung AV. Das heißt, selbst wenn in der in F i g. 2 gezeigten Spannungsdetektorschaltung ein Thyristor mit einem unterschiedlichen Einschaltstiom benutzt wird, schwankt die Amplitude der Eingangswechselspannung zum Einschalten dieses Thyristors lediglich innerhalb eines Bereiches von AV, wodurch in der Praxis der Betrieb der Spannungsdetektorschaltung nicht beeinträchtigt wird.

Ein Widerstand RS kann anstelle der Diode D 2 benutzt werden (vgl. F i g. 6). Die in F i g. 6 gezeigte Spannungsdetektorschaltung wird einfach aufgrund einer Änderung des Einschaltstromes IGT des Thyristors SCR im Vergleich mit der in F i g. 2 gezeigten Schaltung beeinflußt. Jedoch wird ein ähnlicher Effekt wie in der in F i g. 2 dargestellten Schaltung erhalten, da eine Hysteresekennlinie zwischen der Eingangsspannung und der Ausgangsspannung abgeleitet wird, wie diese in F i g. 4 gezeigt ist.

Es kann möglich sein, anstelle der Diode DI ein ein- b5 seitig gerichtetes Bauelement zu verwenden, wie beispielsweise mehrere in Reihe geschaltete Dioden, eine odermehrereinReihegeschalteteZenerdiodenoderdgl.

Weiterhin kann eine Eingangsgleichspannung an den Eingangsschaltungsabschnitt 10 gelegt werden, indem die Gleichrichterschaltung 6 weggelassen wird. Bei Bedarf kann auch der Spannungsteiler 8 weggelassen werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Spannungsdetektorschaltung mit

— einem Eingangsschaltungsabschnitt (10) mit einer lichtemittierenden Einrichtung (D 3) und einer Stromversorgungseinrichtung zum Einspeisen eines Stromes in die lichtemittierende Einrichtung (D 3) abhängig von einer Eingangsspannung, und

— einem Ausgangsschaltungsabschnitt (4) mit einer lichtempfangenden Einrichtung (TR 2), die zusammen mit der lichtemittierenden Einrichtung (D 3) einen Optokoppler bildet, und mit einer Signalgeneratoreinrichtung, die mit der lichtempfangenden Einrichtung (TR2) gekoppelt ist, um ein Ausgangssignal abhängig- von dem von der lichtemittierenden Einrichtung (D 3) ausgesandten Licht zu erzeugen,

dadurch gekennzeichnet,

— daß die Stromversorgungseinrichtung (6,8, D 2, SCR, R 4, R 5; 6, 8, SCR, R 4 bis R 6) zwischen ihrer Eingangsspannung und ihrem Ausgangsstrom eine Hystereseeigenschaft aufweist und einen ersten Strom, der ausreichend groß ist, um die lichtemittierende Einrichtung (D 3) zu erregen, wenn die Eingangsspannung höher als eine ei-tt, voreingestellte Spannung ist, sowie einen zweiten Strom, der kleiner als der erste Strom ist, wenn die Eingangsspannung niedriger als eine zweite voveingestellte Spannung ist, die kleiner ist als die erste voreingestellte Spannung, abgibt, und

— daß die Stromversorgungseinrichtung einen Thyristor (SCR) mit einer Steuerelektrode und einer Anoden-Kathoden-Strecke, die in Reihe zur lichtemittierenden Einrichtung (D 3) liegt, und eine Ansteuerschaltung (D 2, R 4, R 5; R 4 bis /?6) zum Ansteuern des Steueranschlusses des Thyristors (SRC) aufweist.

2. Spannungsdetektorschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerschaltung aufweist:

— eine Reihenschaltung einer Diode (D 2) und eines ersten Widerstands (R 4) und

— einen zweiten Widerstand (RS). der zwischen dem Steueranschluß des Thyristors (SCR) und einem Verbindungspunkt zwischen der Diode (D 2) und dem ersten Widerstand (R 4) liegt.

3. Spannungsdetektorschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerschaltung aufweist:

— eine Reihenschaltung eines ersten und eines zweiten Widerstands (R 6. R 4) und

— einen dritten Widerstand (R 5), der zwischen dem Steueranschluß des Thyristors (SCR) und einem Verbindungspunkt zwischen dem ersten und dem zweiten Widerstand (R 6. R 4) liegt.

4. Spannungsdetektorschaltiing nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromversorgungseinrichtung aufweist:

eine Gleichrichterschaltung (6) zum Gleichrichten einer Eingangsspannung und
einen Spannungsteiler (8) zum Teilen der Ausgangsspannung der Gleichrichterschaltung (6), um eine geteilte Ausgangsspannung an die Ansteuerschaltung (D2, A4, R5; RA bis /?6) zu legen.