DE3827881A1 - Schaltung zum ueberwachen elektrischer groessen einer spannungsversorgung - Google Patents
Schaltung zum ueberwachen elektrischer groessen einer spannungsversorgungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltung zum Überwachen elektrischer Größen
einer Spannungsversorgung nach der Gattung des Hauptanspruchs wie sie
beispielsweise in der Raumfahrttechnik verwendet werden. Die Überwachungs
schaltung hat die Aufgabe, die nachfolgende Elektronik nur mit spezifizier
ten Strom- und Spannungswerten zu versorgen und bei Kurzschluß oder bei
Spannungswerten die außerhalb eines spezifizierten Bereichs liegen, die
Spannungsversorgung für die nachfolgende Elektronik definiert abzuschalten.
Es ist allgemein bekannt, daß Spannungsversorgungen zum Schutz der mit der
Spannung versorgten nachfolgenden Elektronik auf die Einhaltung bestimmter
elektrischer Größen überwacht werden. So wird z.B. die Spannung auf die
Einhaltung eines bestimmten Spannungsbereichs überwacht. Wird dieser Span
nungsbereich unter- oder überschritten, so wird die Spannungsversorgung
über einen in den zum Verbraucher führenden, Versorgungsleitungen angeordne
ten Schalter unterbrochen.
Oder die Spannungsversorgung wird auf Kurzschluß überwacht. Bei einer Kurz
schlußüberwachung wird der Strom in den Versorgungsleitungen z.B. dadurch
überwacht, daß der Spannungsabfall über einen in die Versorgungsleitungen
eingeschalteten niederohmigen Widerstand gemessen wird. Übersteigt der
Spannungsabfall eine bestimmte festgelegte Größe, so kann die Spannungsver
sorgung ebenfalls über einen in die zum Verbraucher führenden, Versorgungs
leitungen angeordneten Schalter unterbrochen werden.
Als Schalter können verschiedene Bauteile verwendet werden. In den letzten
Jahren bietet sich die Verwendung von bipolaren Transistoren wegen ihrer
großen Vorzüge, wie z. B. kleine Abmessungen, leistungsarme Steuerung, keine
beweglichen Teile, immer mehr an. Da bipolare Transistoren nach längerer
Einsatzzeit sehr kleine Stromverstärkungen aufweisen, ging man auf die Ver
wendung von Darlington-Transistoren über. Bei diesen Transistoren stellte
sich mit der Zeit heraus, daß die Restspannung der als Schalter benutzten
leitenden Strecke des Darlington-Transistors mit dem Alter langsam an
steigt. Da die als Schalter dienenden Transistoren in die zum Verbraucher
führenden Versorgungsleitungen angeordnet sind, führt die sich langsam er
höhende Restspannung der bipolaren Transistoren zu einer Erhöhung der Ver
lustleistung und zu einer Erniedrigung des Wirkungsgrads der Spannungsver
sorgung.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Überwachungsschaltung zu schaffen, bei
der auch mit zunehmenden Alter, mit wenigen zusätzlichen Mitteln, die hohe
Verlustleistung verringert wird.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und
aus der Beschreibung.
Werden statt der bisher als Schalter verwendeten Darlington-Transistoren
sogenannte Power Metall Oxid Semiconductor Feldeffekttransistoren (Power
MOS Fet′s) verwendet, sinkt die Verlustleistung der Überwachungsschaltung
erheblich ab. Bei Power MOS-Fet′s ist der Widerstand der in die Versorgungs
leitung geschalteten Drain/Source-Strecke im durchgeschalteten Zustand und
damit auch die Verlustleistung der Überwachungsschaltung sehr gering.
Auch bei Power MOS-Fet′s steigt der Widerstand der Drain/Source-Strecke mit
der Einsatzzeit langsam an, jedoch wird auch gegen Ende seiner "Lebenszeit"
nur ein kleiner Teil der Einschaltverluste erreicht, die ein Darlington-
Transistor zu dem Zeitpunkt erreicht hat. Bisher wurde jedoch auf die Ver
wendung von Power MOS-Fet′s in solchen, z.B. in der Raumfahrttechnik einge
setzten Überwachungsschaltungen verzichtet, weil die in der Raumfahrttech
nik und in anderen Bereichen der Elektronik mit extrem hohen Zuverlässig
keitsanforderungen angewendeten Bedingungen vorschreiben, daß ein Fet aktiv,
d. h. mit einer bestimmten Spannung an der Steuerelektrode (Gate) im abge
schalteten Zustand gehalten werden muß.
Die Erfindung schlägt hierzu vor, eine hochohmige Spannungsquelle, z.B.
einen Oszillator mit nachgeschaltetem Gleichrichter, zu verwenden. Diese
Spannungsquelle erzeugt so lange eine Spannung, wie eine Spannung auf der
Versorgungsleitung vor dem Schalter anliegt, also auch wenn die Versorgungs
leitungen für den Fall, daß z. B. ein Kurzschluß vorliegt und die Versorgungs
leitungen zu den Verbraucher hin unterbrochen werden. Hierbei ist die Lei
stungsaufnahme des Oszillators so gering, daß auch die in der Raumfahrt
technik angewendeten Forderungen hinsichtlich Stromaufnahme im ausgeschalte
ten Zustand erfüllt werden.
Der Ausgang der hochohmigen Spannungsquelle ist mit dem Gate des Power MOS-
Fet′s verbunden, so daß der Power MOS-Fet definiert im abgeschalteten
Zustand gehalten wird. Arbeitet dagegen die Schaltung normal, d. h. alle
Eigenschaften liegen im spezifizierten Bereich, dann wird das Gate des
Power MOS-Fet′s von einem Integrator so angesteuert, daß der Power MOS-Fet
durchschaltet.
Die erfindungsgemäße Schaltung überwacht die Spannungsversorgung auf Kurz
schluß, Über- und Unterspannung. Weicht eine der Größen vom zulässigen Be
reich ab, so werden - wie oben schon beschrieben - die zum Verbraucher füh
renden Versorgungsleitungen unterbrochen. Außerdem speichert ein Speicher
den Fehler. Der Speicher verhindert, daß die Versorgungsleitungen wieder
durchgeschaltet werden, wenn sich der Fehler ohne Einwirkung von außen wie
der behebt. Der Integrator dient in Zusammenarbeit mit dem Power MOS-Fet
bei der Inbetriebnahme der Schaltung, einschließlich der angeschlossenen
Verbraucher, als Konstantstromquelle für die parallel zu den Verbrauchern
liegenden Kondensatoren.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben.
Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltung in
einem vereinfachten Blockschaltbild. In Fig. 1 ist mit 1 die Versorgungs
leitung U Bus, mit 13 die Versorgungsleitung U Bus Return und mit 8 die
Verbraucher C L und R L bezeichnet. Parallel zu den Verbrauchern 8 liegt die
Überwachungsschaltung. Zur besseren Übersichtlichkeit ist in Fig. 1 nur
eine Versorgungsleitung mit dem Eingang 3 der hochohmigen Spannungsquelle 2
verbunden. Es ist selbstverständlich, daß auch die zweite Versorgungsleitung
13 mit der Spannungsquelle 2 verbunden ist. Die gleiche Vereinfachung gilt
ebenfalls für alle anderen Bausteine der Schaltung.
Liegen die beiden elektrischen Größen Spannung und Strom in den spezifizier
ten Bereichen, so wird dem Speicher 7 über seine Eingangsleitungen 6, 18
von der U DS-Sensierung 5 und der Über-/Unterspannungssensierung 16 ein
entsprechendes Signal zugeführt. Der Speicher 5 meldet diesen Zustand sei
nerseits über seinen Ausgang 9 an den Integrator 14. Der Integrator 14 gibt
über seinen Ausgang eine positive Spannung an das Gate G des Power MOS-
Fet′s 11. Steht eine Spannung an den Versorgungsleitungen 1 und 13 an, dann
schwingt der Oszillator 2. Die vom Oszillator 2 abgegebene Spannung wird
durch einen in 2 enthaltenen Gleichrichter gleichgerichtet und als negative
Spannung über einen hochohmigen Widerstand R dem Gate G des Power MOS-Fet′s
11 zugeführt. Von beiden am Gate G des Power MOS-Fet′s 11 anliegenden Spannun
gen ist die positive Spannung wirksam, da der Oszillator 2 eine hochohmige
Spannungsquelle ist. Der Power MOS-Fet 11 wird durch diese Spannung leitend
und die Versorgungsleitung U Bus Return 13 an die Verbraucher 8 durchge
schaltet.
Bei der Inbetriebnahme der gesamten Elektronik ist zur Aufladung des Kon
densators C L der Verbraucher 8 der Integrator 14 als Konstantstromquelle
geschaltet, d. h. es fließt ein konstanter Ladestrom in den Kondensator
C L . Ist der Kondensator C L aufgeladen, wird der Integrator 14 über die Lei
tung 4 der U DS-Sensierung auf Normalbetrieb umgeschaltet.
Liegt eine oder liegen mehrere der beiden elektrischen Größen Strom und
Spannung außerhalb der spezifizierten Bereiche, so wird bei Über- oder Un
terspannung dem Speicher 7 der Zustand des von der Über-/Unterspannungs
sensierung 16 sensierten Fehlers über die Leitung 18 mitgeteilt. Bei Kurz
schluß sensiert der Integrator 14 über seinen in der Versorgungsleitung
U Bus Return liegenden niederohmigen Widerstand 12 einen durch den großen
Stromfluß erhöhten Spannungsabfall. Die positive Ausgangsspannung am Gate G
des Power MOS-Fet′s 11 wird abgeschaltet. Jetzt wird die vom Oszillator 2
über den nachgeschalteten Gleichrichter kommende negative Spannung wirksam.
Der Power MOS-Fet 11 wird gesperrt und die Versorgungsleitung 13 unterbro
chen. Die U DS-Sensierung 5 sensiert im Kurzschlußfall ebenfalls einen
großen Spannungsabfall über der Drain/Source-Strecke des Power MOS-Fet′s
11. Dieser Fehler wird dem Speicher 7 über die Leitung 6 mitgeteilt.
Der Speicher 7 speichert in allen drei Fällen - Unter-/Überspannung und
Kurzschluß - den Fehler, gibt ein entsprechendes Signal über seine Ausgangs
leitung 9 an den Integrator 14 ab und macht ein Wiederdurchschalten des
Power MOS-Fet′s 11 bei Rückkehr der an der Versorgungsleitungen 1, 13 an
stehenden Spannung in den/die spezifizierten Bereiche dadurch unmöglich,
daß der Ausgang des Speichers 9 weiter einen fehlerhaften Zustand an den
Integrator 14 meldet. Erst wenn die Spannungsversorgung auf den Versorgungs
leitungen 1 und 13 aus- und wieder eingeschaltet wird oder wenn dem Spei
cher 7 über eine externe Leitung (nicht dargestellt) ein entsprechendes
Rücksetzsignal zugeführt wird, wird die Speicherung des Fehlers im Speicher
7 gelöscht und die Überwachungsschaltung wieder aktiviert.
Der Oszillator 2 arbeitet ständig. Nur wenn die Spannungsversorgung nach
einer Fehlerbehebung ab- und wieder eingeschaltet wird, schwingt der Oszil
lator für diese kurze Zeit nicht.
Bezugszeichenliste:
1 U Bus
2 hochohmige Spannungsquelle, Oszillator
3 Eingang Spannungsquelle
4 Ausgang 1 der U DS-Sensierung
5 U DS-Sensierung
6 Ausgang 2 der U DS-Sensierung
7 Speicher
8 Ladekondensator/Ladewiderstand
9 Ausgang des Speichers
10 Leitung U DS-Sensierung
11 Halbleiter-Schaltglied (Power MOS-Fet)
12 R Sense
13 U Bus Return 14 Integrator
15 Ausgang Spannungsquelle
16 Über-/Unterspannungssensierung
17 Eingang Über-/Unterspannungssensierung
18 Ausgang Über-/Unterspannungssensierung
2 hochohmige Spannungsquelle, Oszillator
3 Eingang Spannungsquelle
4 Ausgang 1 der U DS-Sensierung
5 U DS-Sensierung
6 Ausgang 2 der U DS-Sensierung
7 Speicher
8 Ladekondensator/Ladewiderstand
9 Ausgang des Speichers
10 Leitung U DS-Sensierung
11 Halbleiter-Schaltglied (Power MOS-Fet)
12 R Sense
13 U Bus Return 14 Integrator
15 Ausgang Spannungsquelle
16 Über-/Unterspannungssensierung
17 Eingang Über-/Unterspannungssensierung
18 Ausgang Über-/Unterspannungssensierung
Claims (5)
1. Schaltung zum Überwachen elektrischer Größen einer Spannungsver
sorgung auf das Einhalten wenigstens einer spezifizierten Eigen
schaft, wobei die Spannungsversorgung unterbrochen wird, wenn die
spezifizierte Eigenschaft nicht mehr vorliegt, enthaltend ein Halb
leiter-Schaltglied in einer zum Verbraucher führenden Versorgungs
leitung, das über seine Steuerelektrode bei Vorhandensein der Eigen
schaft auf Durchlaß gesteuert wird und bei Verschwinden der Eigen
schaft hochohmig gemacht wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Halb
leiter-Schaltglied (11) ein Power Metall Oxid Semiconductor Feld
effekttransistor (Power MOS-Fet) ist und daß die Steuerelektrode
(G) an eine zusätzliche hochohmige Spannungsquelle (2) angeschaltet
ist, die zwischen die Versorgungsleitungen (1, 13) parallel zum
Verbraucher (8) und vor dem Power MOS-Fet (11) eingeschaltet ist.
2. Überwachungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Spannungsversorgung auf die drei spezifizierten Eigenschaf
ten Kurzschluß, Unter- und Überspannung überwacht wird.
3. Überwachungsschaltung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß bei Verschwinden einer oder mehrerer der drei
Eigenschaften ein Speicher (7) angesteuert wird.
4. Überwachungsschaltung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Einschaltstrom bei der Inbetriebnahme der Schal
tung über die Überwachungsschaltung konstant gehalten wird.
5. Überwachungsschaltung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß ein Kurzschluß durch einen Integrator (14) sensiert
und über den Ausgang 2 einer U DS-Sensierung (6) der Speicher
(7) angesteuert wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19883827881 DE3827881A1 (de) | 1988-08-17 | 1988-08-17 | Schaltung zum ueberwachen elektrischer groessen einer spannungsversorgung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19883827881 DE3827881A1 (de) | 1988-08-17 | 1988-08-17 | Schaltung zum ueberwachen elektrischer groessen einer spannungsversorgung |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3827881A1 true DE3827881A1 (de) | 1990-02-22 |
Family
ID=6361010
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19883827881 Withdrawn DE3827881A1 (de) | 1988-08-17 | 1988-08-17 | Schaltung zum ueberwachen elektrischer groessen einer spannungsversorgung |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3827881A1 (de) |
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1988
- 1988-08-17 DE DE19883827881 patent/DE3827881A1/de not_active Withdrawn
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