DE3713802A1

DE3713802A1 - Detektorschaltung zur feststellung einer frequenzabweichung vom normalen wert

Info

Publication number: DE3713802A1
Application number: DE19873713802
Authority: DE
Inventors: Kenji Honjo; Tooru Nakamura
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1986-04-25
Filing date: 1987-04-24
Publication date: 1987-11-05
Also published as: KR870010690A; US4783622A; CA1262935A; KR900001803B1; JPS62251674A; DE3713802C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Detektorschaltung zum Feststellen einer Frequenzabweichung einer Wechselstromquelle vom normalen Wert, die insbesondere die Frequenzabweichung mittels einer Ja/Nein-Entscheidung über die gezählte Anzahl von Ausgangsimpulsen feststellt, die über eine Wellenformung und Frequenzteilung des Wechselstromes erhalten werden.

Als integrierte Schaltung oder sog. IC-Schaltung, deren Eingang und Ausgang unter Verwendung nur von binären Spannungswerten von beispielsweise +5 V und 0 V als Variable arbeiten, wurde eine digitale IC-Schaltung entwickelt und auf verschiedenen technischen Gebieten angewandt. In üblicher Weise wird diese digitale IC-Schaltung auch beim Feststellen der Frequenzabweichung einer Wechselstromquelle vom normalen Wert verwandt. In der ersten Ausgabe des "Manual for Practical Use of a Digital IC Circuit", herausgegeben von Radio Technical Corp., Juli 1974, S. 416 bis 417 ist zu diesem Zweck eine Frequenztrennungs- oder Auflösungsschaltung aus rücktriggerbaren monostabilen Multivibratoren und D-Flip-Flop-Schaltungen beschrieben.

Fig. 1 der zugehörigen Zeichnung zeigt eine Schaltung, die im wesentlichen gleich der Frequenztrennungsschaltung in Fig. 15.10 auf S. 417 der genannten Druckschrift ist. Die in Fig. 1 dargestellte Schaltung umfaßt eine Wechselstromquelle 1, eine wellenformende Schaltung 2, rücktriggerbare monostabile Multivibratoren 3 und 4, D-Flip-Flop-Schaltungen 5 und 6 und ein ODER-Glied 7.

Im folgenden wird anhand von Fig. 2 die Arbeitsweise der in Fig. 1 dargestellten Schaltung beschrieben.

Die monostabilen Multivibratoren 3 und 4 haben eine Einzelimpulsbreite τ 1 und τ 2 jeweils. Es sei angenommen, daß die Beziehung τ 2 < t < τ 1 besteht, wobei im normalen Zustand τ die Periode der zu überwachenden Wechselstromquelle 1 ist. Die Multivibratoren 3 und 4 werden durch die ansteigende oder vordere Flanke eines Signals V 2 getriggert, das über eine Wellenformung eines Signals V 1 der Wechselstromquelle 1 erhalten wird. Die Flip-Flop-Schaltungen 5 und 6 speichern die Ausgangssignale der Multivibratoren 3 und 4 synchron mit dem Signal V 2. Nachdem die Multivibratoren 3 und 4 einmal getriggert sind, bleiben ihre Ausgangssignale bestehen, wenn sie innerhalb jedes Kippintervalls erneut getriggert werden. Das ODER-Glied 7 verknüpft die jeweiligen Ausgangssignale und Q der Flip-Flop-Schaltungen 5 und 6 nach der logischen ODER-Funktion.

Wenn der Null-Durchgangszeitpunkt T 1 der Wechselstromquelle 1 die folgende Beziehung erfüllt:

T 1 < τ 2 < τ 1,

dann bleiben in der in Fig. 2 dargestellten Weise die Signale P 11 und P 12 der Multivibratoren 3 und 4 auf einem hohen Pegel H und bekommt das Ausgangssignal F zum Zeitpunkt T 1 einen hohen Pegel, um eine Frequenzabweichung der Wechselstromquelle vom normalen Wert festzustellen.

Da jedoch die herkömmliche Detektorschaltung zum Feststellen einer Frequenzabweichung vom normalen Wert in der oben beschriebenen Weise aufgebaut ist, ist die Genauigkeit der Schaltung auf die Genauigkeit von normalerweise etwa ± 1% jedes Kippzeitintervalls der Multivibratoren 3 und 4 beschränkt. Bei der Feststellung einer Frequenzabweichung einer kommerziellen Energiequelle vom normalen Wert wird insbesondere die Verwendung der herkömmlichen Detektorschaltung nicht mehr praktikabel, da eine Genauigkeit von 1% oder weniger benötigt wird. Auch führt eine Änderung des Feststellungswertes zu dem Problem, daß Bauteile, wie beispielsweise Kondensatoren oder Widerstände zum Bestimmen der Zeitkonstanten der rücktriggerbaren monostabilen Multivibratoren folglich geändert werden müssen.

Durch die Erfindung soll daher eine Detektorschaltung zum Feststellen einer Frequenzabweichung vom normalen Wert geschaffen werden, die eine wesentlich höhere Genauigkeit in der Feststellung der Frequenzabweichung erlaubt.

Durch die Erfindung soll insbesondere eine Detektorschaltung zum Feststellen einer Frequenzabweichung vom normalen Wert geschaffen werden, bei der in einfacher Weise unter Verwendung einer Schalteinrichtung usw. der Wert der Abweichungsfeststellung geändert werden kann.

Dazu umfaßt die erfindungsgemäße Detektorschaltung zum Feststellen einer Frequenzabweichung vom normalen Wert eine wellenformende Schaltung, die die Ausgangswellenform einer zu überwachenden Wechselstromquelle formt, einen Frequenzteiler zur Frequenzteilung des Ausgangssignals der wellenformenden Schaltung, einen Zähler zum Zählen der Ausgangsimpulse eines Bezugsoszillators an der vorderen Flanke der Ausgangsimpulse des Frequenzteilers, einen Festspeicher ROM zum Speichern von Bitdaten unter Verwendung der Ausgangsdaten des Zählers als Adressen, ein ODER-Glied zum Verknüpfen der Ausgangssignale des Festspeichers ROM nach der logischen ODER-Funktion, eine Schalteinrichtung zum Anlegen des Ausgangssignals des Festspeichers ROM an das ODER-Glied und eine Flip-Flop- Schaltung, die synchron mit dem Ausgangssignal des Frequenzteilers unter Verwendung des Ausgangssignals des ODER-Gliedes als Dateneingangssignal arbeitet.

Im folgenden wird anhand der zugehörigen Zeichnung ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer herkömmlichen Detektorschaltung zum Feststellen einer Frequenzabweichung vom normalen Wert,

Fig. 2 ein Signalzeitdiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise jedes Teils der in Fig. 1 dargestellten herkömmlichen Detektorschaltung,

Fig. 3 das Blockschaltbild des Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Detektorschaltung zum Feststellen einer Frequenzabweichung vom normalen Wert und

Fig. 4 ein Signalzeitdiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise jedes Teils der in Fig. 3 dargestellten Detektorschaltung.

Das in Fig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Detektorschaltung umfaßt eine Wechselstromquelle 1, eine wellenformende Schaltung 2, einen ersten Frequenzteiler 11, einen Quarzoszillator 12, der als Bezugsoszillator dient, einen zweiten Frequenzteiler 13, einen binären Zähler 14, der im folgenden einfach als Zähler bezeichnet wird, einen Festspeicher ROM 15, eine Schalteinrichtung 16, ein ODER-Glied 17 und eine D-Flip- Flop-Schaltung 18.

Im folgenden wird die Arbeitsweise des Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Fig. 3 und 4 beschrieben. Ein Signal V 1 von der Wechselstromquelle 1 wird einer Wellenformung an der Schaltung 2 unterworfen und als Signal V 2 ausgegeben. Das Signal V 2 liegt dann am ersten Frequenzteiler 11 und wird zu einem Signal V 3 mit einer Frequenz gleich der Hälfte der Frequenz des Signales V 2. Das Ausgangsimpulssignal V 11 vom Oszillator 12 wird andererseits am zweiten Frequenzteiler 13 in ein Signal V 12 frequenzgeteilt. Der Zähler 14 wird an der vorderen Flanke des Signals V 3 gesetzt, um mit dem Zählen des Signals V 12 zu beginnen. Der Zähler 14 zählt eine Periode einer Wechselstromwellenform, d. h. das Zeitintervall vom Zeitpunkt 0 bis zum Zeitpunkt T 1 in Fig. 4. Wenn angenommen wird, daß der Zähler 14 einen 13-Bit-Aufbau hat, dann zählt er bis 2¹², d. h. 4096, bis zum Zeitpunkt T 0, wenn die Frequenz der Wechselstromquelle auf dem normalen Wert liegt. Wie es in Fig. 4 dargestellt ist, wird der Zähler 14 jedoch rückgesetzt, wenn er bis C 1 gezählt hat, da die Periode der Wechselstromwellenform V 1 kurz und somit die Frequenz der Wellenform V 1 hoch ist, und da der Zähler 14 zum Zeitpunkt T 1 rückgesetzt wird. Unmittelbar vor dem Rücksetzen des Zählers 14 werden die an der entsprechenden Adresse des Festspeichers ROM 15 gespeicherten Daten unter Verwendung des Zählerstandes C 1 als Adresse ausgelesen. Wenn angenommen wird, daß die an den Bits D 0 bis D 4 des Festspeichers ROM 15 gespeicherten Daten 4096 ± 88, 4096 ± 66, 4096 ± 44, 4096 ± 22 und 4096 ± 11 betragen, dann werden die Bitdaten zum Zeitpunkt T 1 gleich D 0 = 0, D 1 = 0, D 2 = 1, D 3 = 1 und D 4 = 1. Wenn weiterhin angenommen wird, daß die Schalter S 0, S 1 und S 2 der Schalteinrichtung 16 angeschaltet sind, dann liefert der Ausgang des ODER-Gliedes 17 ein Signal F 1, wie es in Fig. 4 dargestellt ist, und wird das Ausgangssignal der D-Flip-Flop-Schaltung 18 synchron mit dem Ausgangssignal V 3 des ersten Frequenzteilers 11 zu einem Signal F 2. Das hat zur Folge, daß ein nicht normaler Zustand zum Zeitpunkt T 1 festgestellt werden kann.

Durch die Wahl der Bitdaten D 0 bis D 4 in der in Fig. 4 dargestellten Weise sind darüber hinaus die Feststellungswerte in der folgenden Weise gegeben.

Bit D 4 (Zählwert 4096 ± 11 auf niedrigem Pegel (L))

Bit D 3 (Zählwert 4096 ± 22 auf niedrigem Pegel (L))

Bit D 2 (Zählwert 4096 ± 44 auf niedrigem Pegel (L))

Bit D 1 (Zählwert 4096 ± 66 auf niedrigem Pegel (L))

Bit D 0 (Zählwert 4096 ± 88 auf niedrigem Pegel (L))

Wie es oben beschrieben wurde, werden adäquate Werte als Feststellungswerte zum Feststellen einer Frequenzabweichung einer üblichen kommerziellen Energiequelle vom normalen Wert erhalten. Die Wahl eines willkürlichen Wertes unter den Feststellungswerten kann darüber hinaus dadurch erfolgen, daß der ein- und ausgeschaltete Zustand der Schalter S 0, S 1, S 2, S 3 und S 4 der Schalteinrichtung 16 entsprechend gewählt wird.

Obwohl bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel dargestellt wurde, daß der Zähler 14 einen 13-Bitaufbau hat, kann die Feststellungsgenauigkeit relativ mit steigendem Zählwert im normalen Zustand dadurch verbessert werden, daß die Bitzahl des Zählers 14 erhöht wird.

Die Feststellungszeit kann weiterhin verzögert werden, wenn eine Zeitgeberschaltung anschließend an den Ausgang für das Feststellungssignal der Abweichung vom normalen Wert bei dem obigen Ausführungsbeispiel vorgesehen ist.

Bei dem obigen Ausführungsbeispiel kann die Festlegung der Feststellungswerte willkürlich in Schritten von

erfolgen und können Werte in einer Anzahl entsprechend der Datenbitzahl des Festspeichers ROM 15 gespeichert werden. Die Wahl einer willkürlichen Zahl von Feststellungswerten kann durch eine Erhöhung der Kapazität des Festspeichers ROM 15 und der Wählschalter des ROM-Datenausgangs erfolgen, wenn das notwendig ist.

Wie es oben beschrieben wurde, wird gemäß der Erfindung eine Feststellungswellenform geformt und in ihrer Frequenz geteilt, um eine Frequenzabweichung vom normalen Wert festzustellen. Das in seiner Frequenz geteilte Ausgangssignal dient als Anstiegsimpuls zum Zählen der Ausgangsimpulse eines Bezugsoszillators. Die Bitdaten werden in einem Festspeicher ROM unter Verwendung der Ausgangsdaten des Zählers als Adresse gespeichert, und die Ausgangsdaten des Festspeichers ROM liegen über die Schalteinrichtung an einem ODER-Glied. Das Ausgangssignal des ODER-Gliedes liegt am Dateneingang einer Flip-Flop-Schaltung, deren Ausgangssignal zwangsweise synchron mit dem Ausgangssignal des ersten Frequenzteilers zum Ansteigen gebracht wird. Das hat zur Folge, daß der Aufbau der erfindungsgemäßen Schaltung eine hohe Feststellungsgenauigkeit und eine willkürliche Wahl der Feststellungswerte lediglich mit einer Änderung der im Festspeicher ROM gespeicherten Daten erlaubt.

Claims

1. Detektorschaltung zum Feststellen einer Frequenzabweichung vom normalen Wert, gekennzeichnet durch, eine wellenformende Einrichtung (2) zum Formen der Ausgangswellenform, d. h. der Feststellungswellenform einer Wechselstromquelle (1), die Gegenstand der Feststellung der Frequenzabweichung ist, eine Bezugsoszillatoreinrichtung (12) zum Erzeugen eines Bezugs- Ausgangssignals, eine Frequenzteilungseinrichtung (11) zum Frequenzteilen des Ausgangssignals der wellenformenden Einrichtung (2) über wenigstens eine Periode der Feststellungswellenform, eine Zähleinrichtung (14) zum Zählen der Ausgangsimpulse der Bezugsoszillatoreinrichtung (12) an der Vorderflanke des Ausgangsimpulses der Frequenzteilungseinrichtung (11), eine Speichereinrichtung (15) zum Speichern von Bitdaten unter Verwendung der Ausgangsdaten der Zähleinrichtung (14) als Adressen, eine logische ODER-Einrichtung (17) zum Verknüpfen der Ausgangsdaten der Speichereinrichtung (15) nach der logischen ODER-Funktion, eine Schalteinrichtung (16), die zwischen der Speichereinrichtung (15) und der ODER-Einrichtung (17) vorgesehen ist, um die Ausgangsdaten der Speichereinrichtung (15) an die ODER-Einrichtung (17) zu legen, und eine bistabile Verstärkungseinrichtung (18), die synchron mit dem Ausgangssignal der Frequenzteilungseinrichtung (11) unter Verwendung des Ausgangssignals der ODER- Einrichtung (17) als Dateneingangssignal arbeitet.

2. Detektorschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsoszillatoreinrichtung (12) aus einem Quarzoszillator besteht und daß die Frequenzteilungseinrichtung (11) aus einem ersten Frequenzteiler besteht.

3. Detektorschaltung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen zweiten Frequenzteiler (13) zum Frequenzteilen des Ausgangssignals des Quarzoszillators.

4. Detektorschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähleinrichtung (14) aus einem binären Zähler besteht, der auf ein Signal, das auf dem zu überwachenden Strom basiert, und auf das Ausgangssignal von der Bezugsoszillatoreinrichtung (12) anspricht.

5. Detektorschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereinrichtung (15) von einem Festspeicher gebildet ist, der aus einem integrierten Schaltungsbauteil besteht.

6. Detektorschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bistabile Verstärkungseinrichtung (18) aus einer Flip-Flop-Schaltung besteht, deren stabiler Zustand auf ein äußeres Triggersignal ansprechend umgeschaltet wird.

7. Detektorschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Flip-Flop-Schaltung von einer D-Flip-Flop-Schaltung gebildet ist, die die Eingangsdaten hält und um ein Taktintervall verzögert.