DE3421520A1

DE3421520A1 - Einrichtung zum ueberwachen des betriebszustandes einer spannungsgeregelten gleichstromversorgung

Info

Publication number: DE3421520A1
Application number: DE19843421520
Authority: DE
Inventors: Bernhard Dipl.-Ing. Kandziora (FH), 8520 Erlangen
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1984-06-08
Filing date: 1984-06-08
Publication date: 1985-12-12

Description

Siemens Aktiengesellschaft Unser Zeichen Berlin und München VPA 84P 3 2 1 1 OE

Einrichtung zum Überwachung des Betriebszustandes einer spannungsgeregelten Gleichstromversorgung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Überwachen des Betriebszustandes einer spannungsgeregelten Gleichstromversorgung, wobei jeder Last-Gleichstrom über einen Shunt-Widerstand geleitet wird und der am Shunt-Widerstand anliegende Spannungsabfall auf das Nicht-Überschreiten eines für den maximalen Last-Gleichstrom typischen Maximalwertes überwacht wird.

Derartige Einrichtungen sind im Handel erhältlich. Dabei ist zwar eine Überstrommeldung gegeben jedoch erfolgt keine Überwachung auf Unterspannung.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß mit ausgesprochen geringem Schaltungsaufwand sowohl eine Überwachung auf Überstrom als auch auf Unterspannung möglich ist.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Spannung vor dem Shunt-Widerstand einer ersten einseitig mit einem Bezugspotential beaufschlagten Spannungsteilerstufe zuführbar ist, daß die lastseitige Spannung am Shunt-Widerstand einer zweiten einseitig mit dem Bezugspotential beaufschlagten Spannungsteilerstufe zuführbar ist, daß eine Anzapfung der ersten Spannungsteilerstufe mit dem invertierenden Eingang und einer Anzapfung der zweiten Spannungsteilerstufe mit dem nicht-invertierenden Eingang eines Komparators verbunden ist, daß die Teilerverhältnisse der ersten und zweiten Spannungsteilerstufen so ausgelegt sind,

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daß mit dem Überschreiten des maximalen Last-Gleichstromes die beim Unterschreiten dieses Last-Gleichstromes vorliegende Spannungsdifferenz an den Eingängen des Komparators ihr Vorzeichen wechselt, wodurch ein Meldesignal am Ausgang des Komparators auslösbar ist, und daß dem invertierenden Eingang des Komparators während des Betriebs der Gleichstromversorgung nach Ablauf einer Einschaltzeitspanne beständig eine Mindestspannung einprägbar ist, aufgrund deren Vorliegens beim Absinken der lastseitigen Spannung am Shunt-Widerstand unter einem betrieblichen Minimalwert ebenfalls ein Meldesignal auslösbar ist. Eine derartige Einrichtung kann sowohl für positive wie auch negative Spannungsregelungen verwendet werden.

Als Komparator kann auch als kostengünstiges Bauelement ein Operationsverstärker verwendet sein.

Dadurch, daß jede Meldesignal auf den nicht-invertierenden Eingang des Komparators mitgekoppelt wird, kann eine Speicherung des Meldesignals leicht gewährleistet werden, wobei diese Speicherung dadurch stabilisiert werden kann, daß Schaltmittel zum ständigen Einprägen einer vorgegebenen weiteren Mindestspannung auf den nichtinvertierenden Eingang des Komparators vorgesehen sind, wobei die weitere Mindestspannung relativ gering zur Mindestspannung am invertierenden Eingang des Komparators ist.

Das Meldesignal kann dazu verwendet werden, die Gleichstromversorgung abzuschalten, um diese vor Überlastung zu schützen.

Eine ausgesprochen einfache Schaltungsanordnung zum Unterdrücken der Mindestspannung während der Einschaltzeitspanne ergibt sich dadurch, daß die Mindestspannung

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dem invertierenden Eingang des Komparators auch während der Einschaltzeitspanne zuführbar ist, daß jedoch während der Einschaltzeitspanne die Mindestspannung durch einen Kondensator unterdrückt wird, dem die Mindestspannung über eine Diode einprägbar ist und der über einen zeitbestimmenden Vorwiderstand auf eine die Mindestspannung überschreitende Bezugsspannung aufladbar ist.

Bei einer derartigen Schaltungsanordnung ist es auch möglich, daß der Kondensator mit Hilfe eines Schaltelementes manuell entladbar ist, wodurch ein schnelles Rücksetzen der Überwachungseinrichtung ermöglicht wird.

Wenn bedarfsweise die Mindestspannungen, die Bezugsspannung und die Versorgungsspannung des Komparators spannungsgestützt der Gleichstromversorgung entnehmbar sind, kann auf gesonderte Spannungsversorgungen verzichtet werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert.

Die Darstellung zeigt in Form eines Prinzipschaltbildes eine spannungsgeregelte Gleichstromversorgung, bei der netzseitig - durch ein Wechselspannungssymbol angedeutet - ein Transformator T vorgesehen ist, der einen Gleichrichter G speist. Die gleichgerichtete Spannung wird mit Hilfe eines Kondensators Cl geglättet und einem Regler R zugeführt. Die geregelte Spannung gelangt über einen Shunt-Widerstand RS an eine Last L.

Um einen Spannungsabfall längst des Shunt-Widerstandes RS ebenfalls ausregeln zu können, ist zwischen der Last L und dem Regler R eine Rückmeldeleitung Ll vorgesehen.

Die reglerseitige Spannung am Shunt-Widerstand RS wird einer ersten Spannungsteilerstufe zugeführt, die aus zwei in Reihe geschalteten Widerständen Rl und R2 besteht. Die Spannung am lastseitigen Ende des Shunt-Widerstandes RS wird einer zweiten Spannungsteilerstufe zugeführt, die aus in Serie geschalteten Widerständen R3 und R4 besteht. Die Fußpunkte beider Spannungsteilerstufen befinden sich auf einem auch für die Stromversorgung vorgesehenen Bezugspotential. Dem Widerstand R2 ist ein Kondensator C2 parallelgeschaltet, der dazu dient, daß relativ kurzzeitige Spannungsschwankungen am Verbindungspunkt von Shunt-Widerstand RS und Last L zu keiner signifikanten Spannungsschwankung an einer Anzapfung der ersten Spannungsteilerstufe, d.h. dem Verbindungspunkt der Widerstände Rl und R2, führen.

Die Anzapfung der ersten Spannungsteilerstufe ist mit dem invertierenden Eingang eines als Komparator vorgesehenen Operationsverstärkers 0 verbunden, die Anzapfungen der zweiten Spannungsteilerstufe, d.h. der Verbindungspunkt der Widerstände R3 und R4, ist mit dem nicht-invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 0 über einen Widerstand R8, auf dessen Funktion im folgenden noch eingegangen wird, verbunden.

Die Spannungsteilerstufen sind in ihren Teilerverhältnissen so ausgelegt, daß mit dem Überschreiten eines maximalen Last-Gleichstromes die beim Unterschreiten dieses Last-Gleichstromes vorliegende Spannungsdifferenz an den Eingängen des Operationsverstärkers 0 ihr Vorzeichen auf einen negativen Wert hin wechselt, so daß demzufolge ein negatives Meldesignal am Ausgang des Operationsverstärkers 0 vorliegt. Dieses Meldesignal kann zum einen in einer Meldeeinrichtung M angezeigt werden, zum anderen ist, wie gestrichelt angedeutet, ein Rückwirken auf den

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Regler R möglich, wodurch beispielsweise ein Abschalten der gesamten Gleichstromversorgung veranlaßt werden kann.

Der Ausgang des Operationsverstärkers 0 ist über eine Diode D5 und einen Widerstand R7 auf den nicht-invertierenden Eingang des Operationsverstärkers O in Form einer Mitkopplung rückgekoppelt. Auch auf diese Mitkopplung, die zur Speicherung eines ausgelösten Meldesignals dient, wird im folgenden noch eingegangen.

An den Verbindungspunkt vom Gleichrichter G und Kondensator Cl ist die Anode einer Diode Dl geschaltet, die mit ihrer Kathode an einem Kondensator C3 führt, der mit seinem anderen Ende mit dem Bezugspotential verbunden ist. Dieser Kondensator C3 stellt damit eine Spannungsstütze für den ebenfalls mit dem Bezugspotential verbundenen Operationsverstärker 0 dar. Ferner wird dem Kondensator C3 die Versorgungsspannung für die im weiteren erläuterten Schaltungszweige entnommen.

Als erster Schaltungszweig sei hier die Reihenschaltung eines Widerstandes R5 und einer Zenerdiode Zl betrachtet, wobei die Zenerdiode Zl mit ihrer Anode mit dem Bezugspotential verbunden ist. Am Verbindungspunkt von Wider- stand R5 und der Kathode der Zenerdiode Zl ist die Anode einer Diode D2 geschaltet, deren Kathode dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 0 beständig eine Mindestspannung einprägt. Aufgrund deren Vorliegens wird beim Absinken der lastseitigen Spannung am Shunt-Widerstand RS unter einen betrieblichen Minimalwert in gleicher Weise wie beim zuvor beschriebenen Überschreiten eines maximalen Last-Gleichstromes ein Meldesignal ausgelöst.

Um zu verhindern, daß beim Einschalten der gesamten An-Ordnung, wobei die lastseitige Spannung am Shunt-Widerstand im Einschaltzeitpunkt einen Wert "Null" hat, wegen

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der zuletztgeschilderten Maßnahm ein Meldesignal ausgelöst wird, ist ein zweiter Zweig vorgesehen, der aus der Reihenschaltung eines Widerstandes R6 und eines Kondensators C4 besteht, wobei der Widerstand R6 mit dem Verbindungspunkt von Kathode der Diode Dl und Kondensator C3 verbunden ist und der Kondensator C4 einseitig Bezugspotential führt. Der Verbindungspunkt von Widerstand R6 und Kondensator C4 ist über eine Diode D3 mit dem invertierendem Eingang des Operationsverstärkers 0 so verbunden, daß die Kathode der Diode D3 mit dem Verbindungspunkt des Widerstandes R6 und des Kondensators C4 verbunden ist.

Wenn mit dem Einschalten der gesamten Anordnung der Kondensator C4 entladen ist, was beispielsweise auch durch Betätigen eines dem Kondensator C4 parallelen Schalters S - in Form eines Tasters - bewerkstelligt werden kann oder was durch Entladen des Kondensators C4 nach Abschalten der Anordnung über den Widerstand R6 bzw. eine diesem parallele Diode D4 erfolgt, wird die über die Diode D2 dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 0 eingeprägte Mindestspannung vom Kondensator C4 solange abgebaut, wie dieser noch nicht über den Widerstand R6 auf einen die Minimalspannung überschreitenden Wert aufgeladen worden ist. Durch Dimensionierung der zeitbestimmenden Widerstände und Kondensatoren kann damit für eine defininierte Einschaltzeitspanne der Gleichstromversorgung die Mindestspannung am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers O unterdrückt werden.

Mit dem Verbindungspunkt der Kathode der Diode Dl und des Kondensators C3 ist ferner ein aus einem Widerstand R9 und einer Zenerdiode Z2 bestehender weiterer Schaltungszweig verbunden, bei dem die Anode der Zenerdiode Z2 mit dem Bezugspotential verbunden ist. Der Verbindungspunkt der Kathode der Zenerdiode Z2 und des Widerstandes R9 wird über eine Diode D6, deren Anode dem Verbindungs-

punkt des Widerstandes R9 und der Kathode der Zenerdiode Z2 zugewandt ist mit dem Verbindungspunkt des Widerstandes R4 und des eingangs erwähnten Widerstandes R8 und damit mittelbar mit dem nicht-invertierenden Eingang des Operationsverstärkers O verbunden. Dem Verbindungspunkt von Widerstand R4 und Widerstand R8 wird über den zuletztgenannten Zweig der Schaltung eine weitere Mindestspannung zugeführt, die jedoch relativ gering zur Mindestspannung am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 0 ist.

Diese weitere Mindestspannung führt dabei dazu, daß dann, wenn ein Meldesignal am Ausgang des Operationsverstärkers vorliegt und eine Rückkopplung über die Diode D5 und den Widerstand R7 auf den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 0 erfolgt, an diesem nicht-invertierenden Eingang eine definierte Spannung steht, die jedoch mit Sicherheit auch beim Auslösen eines Meldesignal aufgrund von Unterspannung kleiner ist als die über die Diode D2 dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 0 eingeprägte Spannung. Ein einmal ausgelöstes Meldesignal wird damit nach Art einer Selbsthaltung gespeichert.

8 Patentansprüche
1 Figur

Claims

Patentansprüche

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^) Einrichtung zum Überwachen des Betriebszustandes einer spannungsgeregelten Gleichstromversorgung, wobei jeder Last-Gleichstrom über einen Shunt-Widerstand geleitet wird und der am Shunt-Widerstand anliegende Spannungsabfall auf das Nicht-Überschreiten eines für den maximalen Last-Gleichstrom typischen Maximalwertes überwacht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung vor dem Shunt-Widerstand (RS) einer ersten einseitig mit einem Bezugspotential beaufschlagten Spannungsteilerstufe (Rl, R2) zuführbar ist, daß die lastseitige Spannung am Shunt-Widerstand (RS) einer zweiten einseitig mit dem Bezugspotential beaufschlagten Spannungsteilerstufe (R3, R4) zuführbar ist, daß eine Anzapfung der ersten Spannungsteilerstufe (Rl, R2) mit dem invertierendem Eingang und eine Anzapfung der zweiten Spannungsteilerstufe (R2,R3) mit dem nicht-invertierendem Eingang eines Komparators (0) verbunden ist, daß die Teilerverhältnisse der ersten (Rl, R2) und zweiten Spannungsteilerstufen (R3, R4) so ausgelegt sind, daß mit dem Überschreiten des maximalen Last-Gleichstroms die beim Unterschreiten dieses Last-Gleichstroms vorliegende Spannungsdifferenz an den Eingängen des Komparators (0) ihr Vorzeichen wechselt, wodurch ein Meldesignal am Ausgang des Komparators (0) auslösbar ist, und daß dem invertierendem Eingang des Komparators (0) während des Betriebs der Gleichstrom-Versorgung nach Ablauf einer Einschaltzeitspannung beständigt eine Mindestspannung einprägbar ist, aufgrund deren Vorliegens beim Absinken der lastseitigen Spannung am Shunt-Widerstand (RS) unter einen betrieblichen Minimalwert ebenfalls ein Meldesignal auslösbar ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß als Komparator ein Operationsverstärker (O) verwendet ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch

gekennzeichnet , daß jede Meldesignal

auf den nicht-invertierenden Eingang des Komparators (0) mitgekoppelt wird.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß Schaltmittel (Z2, D6, R9) zum ständigen Einprägen einer vorgegebenen weiteren Mindestspannung auf den nicht-invertierenden Eingang des Komparators (0) vorgesehen sind, wobei die weitere Mindestspannung relativ gering zur Mindestspannung am invertierenden Eingang des Komparators (0) ist.
5. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daS durch das Meldesignal die Gleichstromversorgung abschaltbar ist.
6. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mindestspannung dem invertierenden Eingang des Komparators (0) auch während der Einschaltzeitspanne zuführbar ist, daß jedoch während der Einschaltzeitspanne die Mindestspannung durch einen Kondensator (C4) unterdrückt wird, dem die Mindestspannung über eine Diode (D3) einprägbar ist und der über einen zeitbestimmenden Vorwiderstand (R6) auf eine die Mindestspannung überschreitende Bezugsspannung aufladbar ist.

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7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß der Kondensator (C4) mit Hilfe eines Schaltelementes (S) manuell entladbar ist.
8. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bedarfsweise die Mindestspannungen, die Bezugsspannung und die Versorgungsspannung des Komparators (0) spannungsgestützt der Gleichstromversorgung entnehmbar sind.