DE3512480A1

DE3512480A1 - Schalteinrichtung

Info

Publication number: DE3512480A1
Application number: DE19853512480
Authority: DE
Inventors: Herbert 8998 Lindenberg Jehle; Helmut 7989 Argenbühl Natter; Michael Ing.(Grad.) Reutemann; Götz Dipl.-Ing. 8994 Hergatz Steudel
Original assignee: Ako Werke & Co Kg 7988 Wangen GmbH; AKO Werke GmbH and Co KG
Current assignee: Diehl AKO Stiftung and Co KG
Priority date: 1985-04-04
Filing date: 1985-04-04
Publication date: 1986-10-09
Also published as: DE3512480C2

Description

AKO-05/82 - 3 - 28.3.1985

AKO-Werke GmbH & Co. KG Pfannerstraße 75/79
7988 Wangen/Al Igäu

Schalteinrichtung

Werden beispielsweise Mikrocomputer oder andere spannungsabhängige Schalteinrichtungen, die beispielsweise Antriebsmotoren, Heizeinrichtungen oder dgl. steuern, an eine Versorgungsspannungsquelle angeschaltet oder davon abgeschaltet, dann kann bei relativ langsamem Spannungsanstieg oder Spannungsabfall ein Fehlverhalten der Ausgänge auftreten. Hierdurch können die Antriebsmotoren, die Heizeinrichtungen oder dgL unbeabsichtigt ein- oder ausgeschaltet werden, wodurch Gefährdungen des zu steuernden Gerätes oder der Bedienungspersonen auftreten können. Eine ordnungsgemäße Steuerung der Schalteinrichtung ist erst dann gegeben, wenn sich die Versorgungsspannung in einem spezifizierten Bereich befindet. Außerhalb dieses Bereichs kann das Fehlverhalten auch dann auftreten, wenn bei einem Mikrocomputer oder entsprechenden elektronischen Schalteinrichtungen das Rücksetzsignal am entsprechenden Eingang anliegt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Schalteinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 Maßnahmen zu treffen, durch die eine Anschaltung des Verbrauchers an die Versorgungsspannungsquelle schlagartig dann und so lange erfolgt, wie der für den Verbraucher spezifizierte Spannungsbereich erreicht bzw. eingehalten wird.

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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß der Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.

Durch die Anwendung einer Schalteinrichtung, die nur dann den Stromweg zum nachgeschalteten Verbraucher durchschaltet, wenn an ihrem Eingang eine Spannung anliegt, die dem spezifizierten Spannungsbereich des Verbrauchers entspricht und den Stromweg unterbricht, wenn am Eingang und am Ausgang der untere Schwellenwert unterschritten ist, erhält der in seinem Steuerungsverhalten von der Speisespannung abhängige Verbraucher nur dann Spannung, wenn die Speisespannung seine Betriebsbedingungen in der Hinsicht erfüllt.

Für die Steuerung des im Stromweg liegenden Schaltelementes kann ein Schwellenwertschalter verwendet werden, der erst dann einschaltet, wenn ein oberer Schwellenwert erreicht ist und das Schaltelement ausschaltet, wenn ein unterer Schwellenwert am Verbraucher ansteht.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand der Schaltungsskizzen von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigt:

Figur 1 eine Schalteinrichtung mit im positiven Stromweg liegendem Schaltelement,

Figur 2 eine Schalteinrichtung gemäß Figur 1 mit geänderter Ansteuerung

des Schaltelementes und
Figur 3 eine Schalteinrichtung mit im negativen Stromweg liegendem

Schaltelement.
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Ein Verbraucher 1, im vorliegendem Fall ein Mikrocomputer mit einem von seiner Speisespannung Ua abhängigem Betriebsverhalten, ist mit seinem

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negativen Versorgungsanschluß 2 direkt an eine Versorgungsspannungsquelle angeschaltet, die vorliegend als Batterie dargestellt ist, jedoch auch als ein Netzgerät ausgebildet sein kann. Der positive Versorgungsanschluß 4 des Verbrauchers 1 ist an den Kollektor 5 eines ersten Transistors 6 angeschaltet, dessen Emitter 7 über einen Begrenzungswiderstand 8 an den positiven Anschluß der Versorgungsspannungsquelle 3 angeschaltet ist. Die Basis 9 des Transistors 6 liegt am Verbindungspunkt einer Widerstandskombination aus der Serienschaltung von zwei Widerständen 10 und 11, die zwischen den Emitter des ersten Transistors 6 und den Kollektor 12 eines zweiten Transistors 13 geschaltet ist. Der Emitter 14 des Transistors 13 ist ebenso wie ein Ableitwiderstand 15 mit dem negativen Versorungsanschluß 2 verbünde^ wobei der zweite Anschluß des Ableitwiderstandes 15 mit der Basis 16 des zweiten Transistors 13 in Verbindung steht. Von der Basis 16 führt eine Zenerdiode 17 direkt zum Emitter 7 des ersten Transistors. Parallel zur Serienschaltung aus der Zenerdiode 17 und dem Ableitwiderstand 15 kann ein Kondensator geschaltet werden, der kurzzeitige Spannungsschwankungen dämpft. Von der Basis 16 führt im übrigen ein Rückführwiderstand 19 zum Versorgungsanschluß 4.

Bei langsam ansteigender Versorgungsspannung Ue an der Versorgungsspannungsquelle 3, wie sie bei Netzgeräten mit hohem Innenwiderstand auftreten können, bleiben die Emitter-Kollektorstrecken der beiden Transistoren 6, 13 so lange gesperrt, bis die Eingangsspannung Ue die Zenerspannung der Zenerdiode 17 und die Flußspannung der Basis-Emitterdiode des zweiten Transistors 13 erreicht. Ist der Kondensator 18 angeschaltet, bleiben die Transistoren 6, 13 gesperrt, bis die Versorgungsspannung daran den erwähnten Summenwert erreicht hat. Sobald die Zenerspannung der Zenerdiode 17 erreicht ist, fließt ein Steuerstrom über die Basis-Emitterstrecke des Transistors 13 und schaltet dadurch die Kollektor-Emitterstrecke dieses Transistors 13 in den stromleitenden Zustand. Hierdurch erhält auch die Basis 9 des ersten Transistors 6 ein Steuersignal, das die Kollektor-Emitterstrecke dieses Transistors 6 ebenfalls in den stromleitenden Zustand steuert. Hierdurch tritt am Versorgungsanschluß 4 eine steigende Speisespannung Ua auf,

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die über den Rückführwiderstand 19 eine Erhöhung des Basis-Steuerstromes für den Transistor 13 bewirkt. Dadurch wird auch das Steuersignal für die Basis 9 des ersten Transistors 6 erhöht, wodurch der Transistor 6 voll durchgesteuert wird. Durch diese Rückkopplung wird sichergestellt, daß die Versorgungsspannung schlagartig durchgeschaltet wird, wenn sie ihren durch die Zenerdiode und die Basis-Emitterdiode des Transistors 13 bestimmten oberen Schwellenwert erreicht hat. Der Mikrocomputer 1 wird dadurch in keinem Spannungsbereich betrieben, in dem seine Funktion nicht ordnungsgemäß abläuft.

Wenn die Versorgungsspannung Ue weiter steigt, wirkt der Widerstand 8 zusammen mit der Zenerdiode 17 und der Basis-Emitterdiode des Transistors 13 als Shunt-Regler, so daß der darüber fließende Strom einen erhöhten Spannungsabfall am Widerstand 8 erzeugt. Hierdurch wird die Spannung am Emitter des als Schaltelement arbeitenden ersten Transistors 6 nahezu konstant gehalten.

Wenn die Versorgungsspannung Ue dagegen unter den beim Einschalten durch die Zenerdiode und die Emitter-Basisdiode des Transistors 13 bestimmten oberen Schwellenwert fällt, dann hört ein Stromfluß über die Zenerdiode 17 auf. Die Steuerspannung an der Basis 16 des Transistors 13 ist dann lediglich von dem Spannungsteiler-Verhältnis zwischen dem Ableitwiderstand 15 und dem Rückführwiderstand 19 und damit von der Speisespannung am Versorgungsanschluß 4 abhängig. Die Stromleitung durch die Transistoren 6, 13 bleibt dann so lange erhalten, wie die am Ableitwiderstand 15 anstehende Steuerspannung für den Transistor 13 einen ausreichenden Stromfluß über seine Kollektor-Emitterstrecke sicher stellt. Beim weiteren Spannungsabfall schaltet somit der Transistor 13 in den Sperrzustand, so daß auch die Basis des Transistors 6 den Stromfluß über die entsprechende Kollektor-Emitterstrecke unterbricht. Durch Rückführwiderstand 19 tritt auch hier eine Rückkopplung auf, die den Abschaltvorgang wesentlich beschleunigt. Das

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Anschalten der Speisespannung und das Abschalten derselben wird somit selbst bei schleichendem Anstieg oder Abfall der Versorgungsspannung schlagartig bewirkt. Die für den sicheren Betrieb des Mikrocomputers 1 geforderte steile Einschaltflanke bzw. Ausschaltflanke der Speisespannung wird damit sicher erreicht. Die Transistoren 6 und 13 sind vom unterschiedlichem Leitungstyp, nämlich einerseits vom PNP-Leitungstyp und andererseits vom NPN-Leitungstyp. Bei der Einschaltung des Schaltelementes in die positive Versorgungsspannungsleitung wird für den Transistor 6 gemäß den Figuren 1 und 2 ein Typ mit PNP-Charakteristik und für den Transistor 13 ein Typ mit NPN-Leitfähigkeitscharakteristik verwendet.

Gemäß Figur 2 ist von der Widerstandskombination der Widerstand 10 unmittelbar zwischen den Emitter 7 des Transistors 6 und den Kollektor 12 des Transistors 13 geschaltet, während der Widerstand 11 als Vorwiderstand für die Basis 9 des Transistors 6 ausgebildet ist.

Nach Figur 3 ist der als Schalteinrichtung dienende Transistor 6 in die negative Versorgungsspannungsleitung geschaltet und daher vom NPN-Leitfähigkeitstyp. Entsprechend hat der Transistor 13 PNP-Charakteristik. Daher ist auch die Polarität der Zenerdiode 17 umgekehrt. Es ergibt sich dabei die gleiche Regelungscharakteristik wie gemäß den Figuren 1 und 2.

Vorzugsweise ist der das Schaltelement bildende Transistor 6 als Darlingtontransistor ausgebildet, der aufgrund seiner hohen Stromverstärkung eine besonders schnelle Ein- oder Ausschaltung bewirkt. Im übrigen dient der Kondensator 18 zur Verbesserung der Shunt-Regeiungseigenschaften im Hinblick auf eine Stabilisierung der Spannung am Emitter des Transistors 6.

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Claims

351248Q

AKO_r05/82 -X- 28.3.1985

Bt/wl

AKO-Werke GmbH & Co. KG Pfannerstraße 75/79
7988 Wangen/AlIgäu

Ansprüche

(i. !Schalteinrichtung, die im Stromweg zwischen einer elektrischen Versorgungsspannungsquelle und einem Verbraucher liegt, insbesondere einem Mikrocomputer einer Steuerung oder Regelung, dadurch gekennzeichnet, daß in den Stromweg in Serie mit dem Verbraucher (1) ein steuerbares Schaltelement (6) geschaltet ist, das den Stromweg bei einem oberen Schwellenwert der Versorgungsspannung (Ue) durchschaltet und bei einem unteren Schwellenwert der Speisespannung (Ua) am Verbraucher (1) unterbricht.
2. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das

Schaltelement (6) ein Transistor ist, dessen Basis (9) von einem Schwellenwertschalter gesteuert ist.
3. Schalteinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an einem Pol der Versorgungsspannungsquelle (3) der Emitter (7) des Transistors,

(6) eine Zenerdiode (17) mit in Serie liegendem Ableitwiderstand (15) und eine Widerstandskombination (10, 11) in Serie mit der Kollektor-Emitterstrecke eines weiteren Transistors (13) angeschlossen ist, wobei der Ableitwiderstand (15) und der Emitter (14) des weiteren Transistors (13) an den

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zweiten Pol der Versorgungsspannungsquelle (3), die Basis (16) des weiteren Transistors (13) sowie ein Rückführwiderstand (19) an den Verbindungspunkt mit der Zenerdiode (17), die Basis (9) des ersten Transistors (6) an die Widerstandskombination (10, 11) und der zweite Anschluß des Rückführwider-Standes (19) an den Kollektor (5) des ersten Transistors (6) angeschaltet ist und daß die Transistoren (6, 13) vom unterschiedlichen Leitungstyp (PNP bzw. NPN) sind.
4. Schalteinrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß in eine Zuleitung der Versorgungsspannungsquelle (3) ein Begrenzungswiderstand (8) eingeschaltet ist und daß die Arbeitsstromrichtung der Zenerdiode (17) und der Emitterdiode des weiteren Transistors (13) gleich ist.
5. Schalteinrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Serienschaltung aus Zenerdiode (17) und Ableitwiderstand (15) ein Kondensator (18) geschaltet ist.
6. Schalteinrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch

gekennzeichnet, daß die Widerstandskombination aus der Serienschaltung von zwei Widerständen (10, 11) besteht.
7. Schalteinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Serienschaltung zwischen dem Emitter (7) des ersten Transistors (6) und dem Kollektor (12) des weiteren Transistors (13) liegt und der Verbindungspunkt der Widerstände (10, 11) mit der Basis (9) des ersten Transistors (6) verbunden ist.
8. Schalteinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Serienschaltung zwischen dem Emitter (7) und der Basis (9) des ersten Transistors (6) liegt und der Verbindungspunkt der Widerstände (10, 11) an den Kollektor (12) des weiteren Transistors (13) angeschlossen ist.