DE3408167C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Über­ wachen wenigstens einer elektrischen Spannungsquelle, die innerhalb vorgeb­ barer Grenzen von ihrem Sollwert abweichen. Eine derar­ tige Schaltungsanordnung soll ein Alarmsiginal abgeben, wenn eine oder mehrere zu überwachende Versorgungsspannungen über die vorgegebenen Toleranzgrenzen hinaus von ihrem Soll­ wert abweichen.

Für die Überwachung einer einzigen Versorgungsspannung eignet sich ein sogenannter Fensterkomparator (vergleiche z. B. Funkschau 3/1984, Seite 53, Bild 18), der ein Signal abgibt, wenn seine Eingangsspannung in einen Spannungsbe­ reich (Fenster) fällt, dessen obere und untere Grenze einstellbar ist.

In der deutschen Auslegeschrift DE-AS 25 25 171 ist eine Schaltungsanordnung zur Auswertung des Störungsmeldesi­ gnals einer gleichstromüberwachten Notruflinie beschrie­ ben. Die Schaltungsanordnung enthält einen Operationsver­ stärker, dessen Eingänge über die Serienschaltung zweier gleichsinnig gepolter Dioden verbunden sind. Der Verbin­ dungspunkt der Dioden ist mit einem Meßpunkt verbunden, dessen Potential vom Widerstand der zu überwachenden Not­ ruflinie abhängt. Soll statt des Widerstandes der Notruf­ linie eine Versorgungsspannung überwacht werden, so läßt sich die bekannte Anordnung - einige Abänderungen voraus­ gesetzt - auch für diesen Zweck einsetzen.

Sind jedoch n - n ist eine natürliche Zahl größer 1 - Versorgungsspannungen zu überwachen, so ist es nahelie­ gend, für jede zu überwachende Versorgungsspannung die eine oder die andere der oben angedeuteten Schaltungsan­ ordnungen zu verwenden und ihre Ausgänge durch ein Gatter zu verknüpfen, um eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art zu erhalten.

Allerdings wäre bei einer solchen Anordnung der Bauteileaufwand erheblich. Daher liegt der Erfin­ dung die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanord­ nung der eingangs genannten Art anzugeben, die sich besonders für größere n durch einen geringen Bauteileaufwand auszeichnet.

Diese Aufgabe wird durch die Maßnahmen gelöst, die dem Kennzeichen des Anspruchs 1 zu entnehmen sind.

Vorteilhafte Ausgestaltungen enthalten die Unter­ ansprüche.

Anhand der Figur soll die Erfindung näher erläu­ tert werden.

Die Figur zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung.

Überwacht werden n Versorgungsspannungen U 1 bis Un, die an n Klemmen anliegen. Für die Überwachung sind erfindungsgemäß zwei praktisch identische Gleichspannungsteiler T 1 und T 2 mit jeweils n Ab­ griffen A 1 bis An und B 1 bis Bn vorgesehen; die Gleichspannungsteiler T 1 und T 2 liegen als Paral­ lelschaltung zwischen den Polen einer Spannungs­ quelle. Da auf die Widerstände der Spannungsteiler nicht weiter eingegangen wird, sind sie nicht mit Bezugszeichen versehen.

Die Formulierung "praktisch identisch" bedeutet, daß zwischen den beiden Gleichspannungsteilern T 1 und T 2 geringe Unterschiede bestehen können und - wie weiter unten noch dargelegt wird - bei manchen Ausführungsbeispielen auch bestehen müssen. Die Unterschiede führen u. a. dazu, daß z. B. am k-ten Abgriff AK des ersten Spannungsteilers T 1 - k steht stellvertretend für eine der Zahlen von 1 bis n; in der Figur ist k als Zahl zwischen 1 und n ange­ nommen - nicht genau die gleiche Spannung auftritt wie am k-ten Abgriff Bk des zweiten Span­ nungsteilers T 2. Jedoch sollen diese Spannungsun­ terschiede klein sein gegenüber den Toleranzen der Versorgungsspannungen U 1 bis Un. Wenn im folgenden der Einfachheit halber von der Spannung an einem Abgriff, einem Eingang oder einer Klemme gespro­ chen wird, so ist damit die Spannung zwischen diesem Punkt und einem Bezugspunkt gemeint. Im Beispiel nach der Figur ist dieser Bezugspunkt der Minuspol der Spannungsquelle.

Ausgehend von der k-ten Klemme der Versorgungsspannung Uk führt ein erster Zweig an den k-ten Abgriff Ak des ersten Span­ nungsteilers T 1 und zweiter Zweig an den k-ten Ab­ griff Bk des zweiten Spannungsteilers T 2. Beide Zweige enthalten eine Diode. Bei der Diode Dk 1 des ersten Zweiges ist die Anode und bei der Diode Dk 2 ist die Kathode mit dem Abgriff verbunden.

Der Abgriff An des ersten Spannungsteilers T 1 ist zusätzlich mit dem invertierenden Eingang und der Abgriff Bn des zweiten Spannungsteilers T 2 zusätz­ lich mikt dem nicht invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers OP verbunden. Die Versor­ gungsanschlüsse des Operationsverstärkers OP sind an die gleiche Spannungsquelle angeschlossen, an der auch die Spannungsteiler T 1 und T 2 liegen. Der Ausgang des Operationsverstärkers ist über einen Widerstand und eine Leuchtdiode LED an den Minus­ pol der Spannungsquelle geführt. Im Ruhezustand der Schaltung, d. h. im Zustand, in dem alle Dioden D 11 bis Dn 1 und D 12 bis Dn 2 nicht leitend sind, darf kein Strom über die Leuchtdiode LED fließen. Leuchtet die Diode dennoch, so ist - wenn man zunächst die völlige Identität der Spannungsteiler T 1 und T 2 unterstellt - die Offset-Spannung des Operationsverstärkers OP von Null verschieden. In diesem Fall müssen die Teiler T 1 und T 2 unter­ schiedlich gemacht werden, und zwar derart, daß im Ruhezustand eine Öffnungsspannung zwischen den beiden Eingängen des Operationsverstärkers OP an­ liegt. Die Öffnungsspannung ist größer als die Offset-Spannung.

Hat die Offset-Spannung die Größenordnung von 1 mV, soll die Spannung am Abgriff An nur bis auf die Öffnungsspannung von etwa 20 mV genau mit der Spannung am Abgriff Bn übereinstimmen.

Sind die Spannungsteiler T 1 und T 2 nun so dimen­ sioniert, daß z. B. an den Abgriffen Ak und Bk - bis auf die Öffnungsspannung genau - die Sollspan­ nung der Versorgungsspannung Uk anliegt, so wird die Diode Dk 1 leitend, wenn die Versorgungsspan­ nung Uk etwa 0,7 V unter ihren Sollwert fällt. Dieser Umstand führt zu einer Spannungsabsenkung an allen Abgriffen A 1 bis An des Spannungsteilers T 1. Am Eingang des Operationsverstärkers OP ent­ steht somit ein Spannungsabfall vom nicht inver­ tierenden zum invertierenden Eingang. Die Aus­ gangsspannung des Operationsverstärkers springt damit auf ihren Höchstwert und die Leuchtdiode LED wird zum Leuchten gebracht.

Steigt die Versorgungsspannung Uk etwa um 0,7 V über ihren Sollwert, so wird die Diode Dk 2 leitend. Hierdurch wird die Spannung an allen Abgriffen B 1 bis Bn angehoben. Wiederum entsteht zwischen den Eingängen des Operationsverstärkers OP ein Spannungsabfall mit der gleichen Richtung wie im zuvor erläuterten Fall. Die Leuchtdiode LED wird also zum Leuchten gebracht, wenn eine der Versorgungsspannungen U 1 bis Un um mehr als 0,7 V von ihrem Sollwert abweicht.

Die Toleranzgrenzen für die Versorgunsspannung Uk werden durch die Wahl der Dioden Dk 1 und Dk 2 fest­ gelegt. Statt gleicher Dioden können auch Dioden mit unterschiedlicher Durchlaßspannung z. B. eine Germanium- und eine Schottky-Dioden eingesetzt werden, so daß die Toleranzgrenzen unsymmetrisch zur Sollspannung liegen. Weiterhin können zur be­ liebigen Festlegung der Toleranzgrenzen an die Stelle der Diode Dk 1 oder der Diode Dk 2 Serien­ schaltungen von Dioden oder Zener-Dioden einge­ setzt werden.

Eine Parallelverschiebung der Toleranzgrenzen re­ lativ zur Sollspannung ist durch die Dimensionie­ rung der Teiler T 1 und T 2 möglich. Sind z. B. die Teiler T 1 und T 2 so dimensioniert, daß an den Ab­ griffen Ak und Bk ein Spannungswert auftritt, der praktisch um einen vorgegebenen Betrag von der Sollspannung abweicht, so entspricht das einer Pa­ rallelverschiebung der Toleranzgrenzen um diesen Betrag.

Claims (7)

1. Schaltungsanordnung zum Überwachen wenigstens einer elektrischen Spannungsquelle (Uk),

• - mit einer einpolig mit der elektrischen Spannungsquelle (Uk) verbundenen Hilfsspannungs­ quelle (+, -), die wenigstens einen Spannungsteiler (T 1, T 2) speist,
• - wobei der zweite Pol der zu überwachenden Spannungsquelle (Uk) über wenigstens 2 gegensinnig gepolte Dioden (Dk 1, Dk 2) mit 2 Abgriffen des Spannungsteilers (T 1, T 2) und dem invertierenden und nichtinvertierenden Eingang eines Differenzverstärkers (OP) verbunden ist,
• - und der Spannungsüberwachungsbereich durch die Bemessung des Spannungsteilers und die Durchflußspannungen der Dioden gebildet wird,

dadurch gekennzeichnet, daß zur Überwachung von n Span­ nungsquellen - wobei n eine natürliche Zahl größer als 1 bedeutet -:

• a) zwischen den Polen der Hilfsspannungsquelle (+, -) 2 parallelgeschaltete, praktisch identische Spannungs­ teiler (T 1, T 2) liegen, von denen jeder n Abgriffe (A 1 . . . An, B 1 . . . Bn) aufweist,
• b) die zu überwachende Spannung (Uk) jeweils über die eine Diode (Dk 1) mit einem Abgriff (Ak) des einen Spannungsteilers (T 1) und über die andere Diode (Dk 2) mit dem der zu überwachenden Spannung entsprechenden anderen Abgriff (Bk) des zweiten Spannungsteilers (T 2) verbunden ist und
• c) ein Abgriff (An) des ersten Spannungsteilers (T 1) mit dem ersten Eingang und der entsprechende Abgriff (Bn) des zweiten Spannungsteilers (T 2) mit dem zweiten Eingang des Differenzverstärkers (OP) verbunden ist, in dessen Ausgangskreis eine Anzeigevorrichtung (LED) liegt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß als Dioden (Dk 1, Dk 2) Zehner-Dioden verwendet werden.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als Differenzverstärker ein Operationsverstärker (OP) verwendet wird, des­ sen Versorgungsanschlüsse mit den Polen der Spannungsquelle (+, -) verbunden sind und des­ sen Ausgang über eine Leuchtdiode (LED) an den negativen Pol (-) der Spannungsquelle geführt ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Spannungsteiler (T 1, T 2) sich gerade so weit unterscheiden, daß zwischen den Eingängen des Operationsverstär­ kers (OP) eine Öffnungsspannung anliegt, die größer als die Offsetspannung des Operations­ verstärkers (OP) ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Spannungsteiler (T 1, T 2) so dimensioniert ist, daß an seinem k-ten Abgriff (Ak, Bk) bei gesperrten Dioden (Dk 1, Dk 2) praktisch die Sollspannung der k-ten Ver­ sorgungsspannung (Uk) anliegt.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Spannungsteiler (T 1, T 2) so dimensioniert ist, daß an seinem k-ten Abgriff (Ak, Bk) bei gesperrten Dioden (Dk 1, Dk 2) praktisch ein Spannungswert anliegt, der um einen vorgegebenen Betrag von der Sollspannung der k-ten Versorgungsspannung (Uk) abweicht.