DE3529384A1 - Device for monitoring a predefined voltage - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Überwachung einer vorbestimmten Spannung innerhalb eines Spannungstoleranzbandes mittels eines Komparators.The invention relates to a device for Monitoring a predetermined voltage within a Voltage tolerance band using a comparator.
Beispielsweise aus U. Tietze, Ch. Schenk "Halbleiterschaltungstechnik", 6. Auflage, 1983, Seite 180 ist ein Fensterkomparator bekannt, mit dem man feststellen kann, ob eine vorbestimmte Spannung im Bereich zwischen zwei Vergleichsspannungen oder außerhalb dieser Vergleichsspannungen liegt. Der Fensterkomparator enthält zwei Komparatoren, deren Ausgänge mit einem UND-Gatter verbunden sind. Die beiden Vergleichsspannungen bestimmen das Toleranzband der vorbestimmten Spannung, die an dem nichtinvertierenden Eingang des ersten Komparators und dem invertierenden Eingang des zweiten Komparators anliegen. Die Vergleichsspannung für den unteren Toleranzbandwert liegt an dem invertierenden Eingang des ersten Komparators und die Vergleichsspannung für den oberen Toleranzbandwert liegt an dem nichtinvertierenden Eingang des zweiten Komparators an. Somit überwacht der erste Komparator die vorbestimmte Spannung auf Unterspannung und der zweite Komparator die vorbestimmte Spannung auf Überspannung. Die Verknüpfung beider Ausgangssignale wird mittels des UND-Gatters vorgenommen.For example from U. Tietze, Ch. Schenk "semiconductor circuit technology", 6th edition, 1983, page 180 is a window comparator known with which one can determine whether a predetermined voltage in the range between two reference voltages or outside of these reference voltages lies. The window comparator contains two comparators, whose outputs are connected to an AND gate. The The two comparison voltages determine the tolerance band the predetermined voltage applied to the non-inverting Input of the first comparator and the inverting Input of the second comparator is present. The reference voltage for the lower tolerance band value at the inverting input of the first comparator and the reference voltage for the upper tolerance band value is due to the non-inverting input of the second comparator at. The first comparator thus monitors the predetermined voltage to undervoltage and the second Comparator the predetermined voltage to overvoltage. The combination of the two output signals is done using the AND gate made.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannte Vorrichtung zur Überwachung einer vorbestimmten Spannung auf Unter- oder Überspannung derart zu vereinfachen, daß nur ein Komparator verwendet wird. The invention is based on the object that initially said device for monitoring a predetermined Voltage to under or over voltage in such a way simplify that only one comparator is used.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1.This object is achieved with the characterizing features of claim 1.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird der untere bzw. obere Toleranzbandwert mit Hilfe des ersten bzw. zweiten Spannungsteilers bestimmt. Die Werte der Widerstände der Spannungsteiler sind abhängig von der zu überwachenden Spannung und seinem Toleranzband und der ersten Referenzspannungsquelle. Mit Hilfe der beiden Entkopplungsdioden und der ersten Referenzspannungsquelle wird der Komparator von Unterspannungsüberwachung auf Überspannungsüberwachung umgeschaltet. Somit erhält man eine einfach aufgebaute Vorrichtung zur Überwachung einer vorbestimmten Spannung auf Unter- und Überspannung mit Hilfe eines Komparators. Außerdem kann man mit dieser Vorrichtung in Abhängigkeit der zweiten Referenzspannungsquelle positive wie auch negative vorbestimmte Spannungen überwachen.In the device according to the invention, the lower or upper tolerance band value using the first or second voltage divider is determined. The values of the resistors the voltage dividers depend on the to monitoring voltage and its tolerance band and the first reference voltage source. With the help of the two Decoupling diodes and the first reference voltage source becomes the comparator of undervoltage monitoring switched to overvoltage monitoring. Thus receives a simple monitoring device a predetermined voltage on under and over voltage with the help of a comparator. You can also use this Device depending on the second reference voltage source positive as well as negative predetermined voltages monitor.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist als zweite Referenzspannungsquelle das Nullpotential vorgesehen. Mit dieser Ausführungsform erhält man eine besonders einfach aufgebaute Vorrichtung zur Überwachung einer positiven Spannung innerhalb eines Spannungstoleranzbandes.In a further embodiment of the invention is as second reference voltage source provided the zero potential. With this embodiment you get a special simply constructed device for monitoring a positive voltage within a voltage tolerance band.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Vorrichtung ist der Ausgang des Komparators über einen Rückkopplungswiderstand mit dem nichtinvertierenden Eingang des Komparators verbunden. Dadurch wird erreicht, daß an dem unteren bzw. oberen Toleranzbandwert der Komparator eine eindeutige Schaltschwelle besitzt und nicht dauernd ein- und ausschaltet. D. h., der Komparator besitzt eine Schalthysterese. In an advantageous embodiment of the device is the output of the comparator via a feedback resistor with the non-inverting input of the comparator connected. This ensures that the lower or upper tolerance band value of the comparator one has a clear switching threshold and is not permanently and turns off. That is, the comparator has one Switching hysteresis.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform dieser Vorrichtung ist der Ausgang des Komparators über einen Widerstand, auch als pull-up-Widerstand bezeichnet, mit einer Spannungsquelle verbunden. Dadurch wird erreicht, daß die Ausgangsspannungsamplitude der Ausgangsspannung innerhalb des Spannungstoleranzbandes gleich der Amplitude der Spannungsquelle ist. Somit wird die Amplitude der Ausgangsspannung auf einen Spannungswert begrenzt, der kleiner oder gleich der Amplitude der Versorgungsspannung des Komparators ist.In a further advantageous embodiment of this The output of the comparator is via a device Resistance, also known as pull-up resistance connected to a voltage source. This ensures that the output voltage amplitude of the output voltage within the voltage tolerance band equal to the amplitude the voltage source is. Thus the amplitude the output voltage is limited to a voltage value, which is less than or equal to the amplitude of the supply voltage of the comparator.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur Überwachung einer vorbestimmten Spannung innerhalb eines Spannungstoleranzbandes mittels eines Komparators nach der Erfindung schematisch veranschaulicht ist.To further explain the invention reference is made to the Drawing referred to in the an embodiment the device for monitoring a predetermined voltage within a voltage tolerance band a comparator according to the invention schematically illustrated is.
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Überwachung einer positiven Spannung und in Fig. 1 shows an inventive device for monitoring a positive voltage and in
Fig. 2 ist eine vorteilhafte Ausführungsform der Vorrichtung zur Überwachung einer negativen Spannung veranschaulicht. FIG. 2 illustrates an advantageous embodiment of the device for monitoring a negative voltage.
In der Ausführungsform nach Fig. 1 ist eine Vorrichtung zur Überwachung einer Spannung U A , beispielsweise eine Ausgangsspannung eines getakteten Netzgerätes, dargestellt. Die Vorrichtung enthält einen Komparator 2, dessen Ausgang 4 über einen Rückkopplungswiderstand 6 mit dem nichtinvertierenden Eingang 8 des Komparators 2 verbunden ist. Der Ausgang 4 des Komparators 2 ist außerdem über einen sogenannten pull-up-Widerstand 10 mit einer Spannungsquelle U G verbunden. Als Spannungsquelle U G ist eine Gleichspannungsquelle vorgesehen mit einer Spannungsamplitude von beispielsweise 5 V. Außerdem hat die Vorrichtung zwei Spannungsteiler 12 und 14, die elektrisch parallel geschaltet sind, wobei der eine Pol mit der Spannung U A und der andere Pol mit dem Nullpotential M verbunden sind. Der Mittelabgriff 16 des ersten Spannungsteilers 12, bestehend aus den Widerständen 18 und 20, ist einerseits über eine erste Entkopplungsdiode 22 mit einer ersten Referenzspannungsquelle U ref1 und andererseits über einen Widerstand 24 mit dem nichtinvertierenden Eingang 8 des Komparators 2 verbunden. Als Referenzspannungsquelle U ref1 ist eine Gleichspannungsquelle mit einer Spannungsamplitude von beispielsweise 5 V vorgesehen. Der Mittelabgriff 26 des zweiten Spannungsteilers 14, bestehend aus den Widerständen 28 und 30, ist über eine zweite Entkopplungsdiode 32 mit dem invertierenden Eingang 34 des Komparators 2 verbunden. Außerdem ist dieser Eingang über einen Widerstand 36 mit der ersten Referenzspannungsquelle U ref1 verbunden.In the embodiment according to FIG. 1, a device for monitoring a voltage U A , for example an output voltage of a clocked power supply unit, is shown. The device contains a comparator 2 , the output 4 of which is connected via a feedback resistor 6 to the non-inverting input 8 of the comparator 2 . The output 4 of the comparator 2 is also connected to a voltage source U G via a so-called pull-up resistor 10 . A DC voltage source with a voltage amplitude of, for example, 5 V is provided as the voltage source U G. In addition, the device has two voltage dividers 12 and 14 which are electrically connected in parallel, one pole being connected to the voltage U A and the other pole being connected to the zero potential M. are. The center tap 16 of the first voltage divider 12 , consisting of the resistors 18 and 20 , is connected on the one hand via a first decoupling diode 22 to a first reference voltage source U ref 1 and on the other hand via a resistor 24 to the non-inverting input 8 of the comparator 2 . A DC voltage source with a voltage amplitude of, for example, 5 V is provided as the reference voltage source U ref 1 . The center tap 26 of the second voltage divider 14 , consisting of the resistors 28 and 30 , is connected to the inverting input 34 of the comparator 2 via a second decoupling diode 32 . In addition, this input is connected via a resistor 36 to the first reference voltage source U ref 1 .
Der erste bzw. zweite Spannungsteiler 12 bzw. 14 ist für einen betragsmäßig unteren bzw. oberen Toleranzbandwert U Tu bzw. U To vorgesehen. Der untere Toleranzbandwert U Tu soll beispielsweise 14 V und der obere Toleranzbandwert U To soll beispielsweise 16 V betragen. Die Widerstände 18 und 20 des ersten Spannungsteilers 12 werden so bestimmt, daß bei einer Spannung U A = 14 V der Spannungsabfall am Mittelabgriff 16 gleich 5 V ist. Ferner hat die Referenzspannungsquelle U ref1 eine Amplitude von 5 V. Die Widerstände 28 und 30 des zweiten Spannungsteilers 14 werden so bestimmt, daß sich bei einer Spannung U A gleich 16 V ein Spannungsabfall am Mittelabgriff 26 von 6,4 V einstellt, der sich ergibt aus der Referenzspannung plus den Diodendurchlaßspannungen der ersten und zweiten Entkopplungsdiode 22 und 32. Wenn die Spannung U A von 13 V auf 14 V und dann auf 15 V vergrößert wird, so steigt ebenfalls der Spannungsabfall am Mittelabgriff 16 des ersten Spannungsteilers 12. Wenn dieser Spannungsabfall den Wert 5 V erreicht, so liegen am nichtinvertierenden Eingang 8 und am invertierenden Eingang 34 des Komparators 2 jeweils 5 V, so daß sich die Spannung U A am unteren Toleranzbandwert U Tu befindet. Sobald der Spannungsabfall am Mittelabgriff 16 mit Größerwerden der Spannung U A größer als 5 V wird, ist die Eingangsspannung am nichtinvertierenden Eingang 8 des Komparators 2 größer als die von der ersten Referenzspannungsquelle U ref1 gelieferten Spannung am invertierenden Eingang 34. Infolgedessen springt die Ausgangsspannung U S am Ausgang 4 des Komparators 2 von annähernd Null Volt auf die Amplitude der Spannungsquelle U G , die infolge einer weiteren digitalen Verarbeitung auf 5 V begrenzt ist. Wenn die Spannung U A auf über 14 V ansteigt, so wird die erste Entkopplungsdiode 22 leitend. Wenn die Spannung U A größer wird als 14 V, fließt ein Strom über die erste Entkopplungsdiode 22 zur ersten Referenzspannungsquelle U ref1. Mit steigender Spannung U A steigt auch der Spannungsabfall am Mittelabgriff 26, so daß die zweite Entkopplungsdiode 32 bei der Spannung U A gleich 16 V leitend ist. Bei dieser Spannung wird der Spannungsabfall am Mittelabgriff 16 des ersten Spannungsteilers 12 auf die Referenzspannung plus die Diodendurchlaßspannung der ersten Entkopplungsdiode 22 geklemmt, wobei der Spannungsabfall am Mittelabgriff 26 einen Wert von 6,4 V erreicht hat. Somit ist die Spannung U A , da an den Eingängen des Komparators 2 Spannungsgleichheit ist, im oberen Toleranzbandwert U To angelangt. Sobald die Spannung U A über 16 V steigt, springt die Ausgangsspannung U S am Ausgang 4 des Komparators 2 von der Amplitude der Spannungsquelle U G auf annähernd Null Volt. Wenn die Spannung U A weiter steigt, bleibt die Ausgangsspannung U S auf Null Volt. Mit Hilfe der Widerstände 6 und 24 ist der Komparator 2 mit einer Hysterese versehen. Mit Hilfe dieser Hysterese werden im Umschaltaugenblick des Komparators 2, nämlich der untere Toleranzbandwert U Tu und der obere Toleranzbandwert U To , die Ein- und Ausschaltpegel des Komparators 2 im wesentlichen bestimmt, so daß in unmittelbarer Nähe des unteren bzw. oberen Toleranzbandwertes U Tu bzw. U To des Komparators 2 nicht dauernd schaltet.The first or second voltage divider 12 or 14 is provided for a lower or upper tolerance band value U Tu or U To . The lower tolerance band value U Tu should be, for example, 14 V and the upper tolerance band value U To should be, for example, 16 V. The resistors 18 and 20 of the first voltage divider 12 are determined so that at a voltage U A = 14 V, the voltage drop at the center tap 16 is 5 V. Furthermore, the reference voltage source U ref 1 has an amplitude of 5 V. The resistors 28 and 30 of the second voltage divider 14 are determined such that a voltage drop at the center tap 26 of 6.4 V occurs at a voltage U A equal to 16 V. results from the reference voltage plus the diode forward voltages of the first and second decoupling diodes 22 and 32 . If the voltage U A is increased from 13 V to 14 V and then to 15 V, the voltage drop at the center tap 16 of the first voltage divider 12 also increases . When this voltage drop reaches the value 5 V, there are 5 V at the non-inverting input 8 and at the inverting input 34 of the comparator 2 , so that the voltage U A is at the lower tolerance band value U Tu . As soon as the voltage drop at the center tap 16 becomes greater than 5 V as the voltage U A increases, the input voltage at the non-inverting input 8 of the comparator 2 is greater than the voltage at the inverting input 34 supplied by the first reference voltage source U ref 1 . As a result, the output voltage U S at the output 4 of the comparator 2 jumps from approximately zero volts to the amplitude of the voltage source U G , which is limited to 5 V as a result of further digital processing. When the voltage U A rises above 14 V, the first decoupling diode 22 becomes conductive. When the voltage U A becomes greater than 14 V, a current flows through the first decoupling diode 22 to the first reference voltage source U ref 1 . With increasing voltage U A , the voltage drop at center tap 26 also increases , so that second decoupling diode 32 is 16 V conductive at voltage U A. At this voltage, the voltage drop at the center tap 16 of the first voltage divider 12 is clamped to the reference voltage plus the diode forward voltage of the first decoupling diode 22 , the voltage drop at the center tap 26 having reached a value of 6.4 V. The voltage U A , since there is voltage equality at the inputs of the comparator 2 , has reached the upper tolerance band value U To . As soon as the voltage U A rises above 16 V, the output voltage U S at the output 4 of the comparator 2 jumps from the amplitude of the voltage source U G to approximately zero volts. If the voltage U A continues to rise, the output voltage U S remains at zero volts. With the help of the resistors 6 and 24 , the comparator 2 is provided with a hysteresis. With the help of this hysteresis, at the instant of switching of the comparator 2 , namely the lower tolerance band value U Tu and the upper tolerance band value U To , the on and off levels of the comparator 2 are essentially determined, so that in the immediate vicinity of the lower and upper tolerance band values U Tu and U To of the comparator 2 does not switch continuously.
Die Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform der Vorrichtung zur Überwachung einer negativen Spannung U A . In dieser Ausführungsform ist der eine Pol der elektrisch parallel geschalteten Spannungsteiler 12 und 14 gegenüber der Fig. 1 mit einer zweiten positiven Referenzspannungsquelle U ref2 verbunden. Der Spannungsabfall am Mittelabgriff 16 wird mit Hilfe der Widerstände 18 und 20 des ersten Spannungsteilers 12 bei einer Spannung U A = -14 V und bei einer zweiten Referenzspannungsquelle U ref2 = 10 V auf 5 V eingestellt. Dadurch haben beide Eingänge 8 und 34 des Komparators 2 die gleiche Eingangsspannung, wobei die Spannung U A im unteren Toleranzbandwert U Tu angelangt ist. Mit kleinerwerdender Spannung U A wird der Spannungsabfall am Mittelabgriff 16 kleiner als 5 V. Dadurch entstehe eine positive Spannungsdifferenz an den Eingängen 8 und 34 des Komparators 2, so daß die Ausgangsspannung U S am Ausgang 4 des Komparators 2 von annähernd Null Volt auf den Spannungswert der Spannungsquelle U G springt. Mit kleinerwerdenden Spannung U A wird auch der Spannungsabfall am Mittelabgriff 16 kleiner, wodurch die erste Entkopplungsdiode 22 leitend wird. Wenn die Spannung U A = -16 V ist, dann ist der Spannungsabfall am Mittelabgriff 16 auf die erste Referenzspannung vermindert um die Diodendurchlaßspannung der ersten Entkopplungsdiode 22 festgeklemmt und der Spannungsabfall am Mittelabgriff 26 ist ebenfalls kleiner geworden. Dadurch ist die zweite Entkopplungsdiode 32 leitend und an den Eingängen 8 und 34 des Komparators 2 liegen die gleiche Spannung an. Somit ist die Spannung U A im oberen Toleranzbandwert U To . Sobald die Spannung U A kleiner als -16 V wird, springt die Ausgangsspannung U S am Ausgang 4 des Komparators 2 von dem Spannungswert der Spannungsquelle U G auf annähernd Null Volt.TheFig. 2 shows an embodiment of the device to monitor a negative voltageU A . In this Embodiment is the one pole that is electrically parallel switched voltage divider12 and14 towards theFig. 1 with a second positive reference voltage source U ref 2 connected. The voltage drop at the center tap16 is using the resistors18th and20th of the first voltage divider 12 at a tensionU A = -14 V and at a second reference voltage sourceU ref2 = 10 V. 5 V. This has both inputs8th and34 of the comparator2nd the same input voltage, the tensionU A in the lower tolerance band valueU Do has arrived. With decreasing tensionU A the voltage drop at the center tap16 less than 5 V. This creates a positive voltage difference at the inputs8th and 34 of the comparator2ndso that the output voltageU S at the exit4th of the comparator2nd from almost zero volts the voltage value of the voltage sourceU G jumps. With decreasing tensionU A will also be the voltage drop at the center tap16 smaller, causing the first decoupling diode 22 becomes a leader. If the tension U A = -16 V, then the voltage drop at the center tap 16 reduced to the first reference voltage the diode forward voltage of the first decoupling diode 22 clamped and the voltage drop at the center tap 26 has also become smaller. This is the second Decoupling diode32 conductive and at the entrances8th and 34 of the comparator2nd the same voltage is applied. Consequently is the tensionU A in the upper tolerance band valueU To . Once the tensionU A becomes less than -16 V, jumps the output voltageU S at the exit4th of the comparator2nd from the voltage value of the voltage sourceU G on approximately Zero volts.
Somit erhält man eine Vorrichtung, mit der man eine Spannung U A mit Hilfe eines Komparators auf Unter- und Überspannung überwachen kann. Mit diesem einfachen Aufbau erhält man gleichzeitig am Ausgang 4 des Komparators 2 eine beispielsweise auf TTL-Pegel begrenzte Ausgangsspannung U S , ohne dabei einen Pegelumsetzer zu verwenden.A device is thus obtained with which a voltage U A can be monitored for undervoltage and overvoltage with the aid of a comparator. With this simple construction, an output voltage U S , for example limited to TTL level, is simultaneously obtained at the output 4 of the comparator 2 , without using a level converter.
Ferner kann man bei dieser Vorrichtung jedes beliebige Spannungsfenster einstellen, in dem die zu überwachende Spannung U A liegen soll.Furthermore, any voltage window in which the voltage U A to be monitored should lie can be set in this device.
Claims (5)
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ATA66186A (en) | 1992-05-15 |
| DE3529384C2 (en) | 1991-03-07 |
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