DE4107431C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine integrierte Schaltungsan­ ordnung zur Sicherung mit einer Steuerelektronik verse­ hener, elektrischer Geräte nach Netzstörungen (DE 36 21 141 C2).

Bei elektrischen Geräten wie elektrischen Öfen, Sägen oder Bohrmaschinen, Winkelschleifern mit mechanisch verriegelbaren Einschaltern müssen Vorkehrungen getrof­ fen werden, die verhindern, daß die Geräte automatisch, ohne Zutun des Benutzers ihre Funktion aufnehmen, wenn nach einem Netzausfall die Netzspannung wieder zur Ver­ fügung steht. Ohne entsprechende Sicherheitsvorkehrun­ gen ließen sich nämlich Schäden durch unvorhergesehen anlaufende Maschinen bzw. Öfen nicht vermeiden.

Aus DE 36 21 141 C2 ist eine Anlaufsperre für elektri­ sche Geräte nach Ausfall der Netzspannung bekannt. Allerdings erfordert die dort angegebene Schaltungsan­ ordnung einen besonders ausgebildeten Gerätehauptschal­ ter, der nicht nur die Versorgungsspannung schaltet, sondern zusätzlich mit einem Potentiometer gekoppelt ist, der die mechanische Schalterstellung in einen Wi­ derstandswert wandelt. Wird nun die dort angegebene Schaltungsanordnung mit Spannung versorgt, so wird zunächst anhand der Potentiometerstellung geprüft, ob die Änderungen im Spannungszustand von einer Betätigung des Schalters oder von einer Netzstörung hervorgerufen wurde. Ein Nachteil dieser bekannten Schaltungsanord­ nung ist, daß diese bekannte Schaltungsanordnung immer einen speziell ausgebildeten Netzschalter erfordert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine monoli­ thisch integrierbare Sicherheits-Schaltung zum Steuern elektrischer Geräte anzugeben, die vermeidet, daß bei einem Netzausfall nach Netzspannungswiederkehr ohne Zu­ tun des Benutzers das elektrische Gerät seine Funktion von selbst aufnimmt, obwohl der mechanische Schalter in der "Ein"-Stellung steht. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale im Anspruch 1 gelöst.

Das bedeutet, daß elektrische Werkzeuge wie Bohrmaschi­ nen oder Sägen nach einer Netzspannungswiederkehr nicht ohne Zutun des Benutzers anlaufen können und daß elek­ trische Herde nach einer Netzspannungswiederkehr ohne Zutun des Benutzers nicht einfach heizen können. Die Schaltung nach der Erfindung soll außerdem möglichst wenig externe Bauelemente benötigen, inbesondere mit herkömmlichen Geräte-Hauptschaltern auskommen und eine vorgegebene Sicherheitszeit ohne Abgleich ermöglichen.

Die Erfindung wird im folgenden an einem Ausführungs­ beispiel erläutert.

Die Fig. 1 zeigt den Betrieb eines Motors M, der bei­ spielsweise zum Betrieb eines elektrischen Werkzeuges wie Winkelschleifer oder Kreissäge dient. Beim Betrieb eines elektrischen Werkzeuges kann es vorkommen, daß die Netzspannung ausfällt und daß in diesem Zustand der Hauptschalter 1, der im allgemeinen ein mechanischer Schalter ist und im Ausführungsbeispiel zum Betrieb des Motors M dient, eingeschaltet bleibt. Ohne besondere Vorkehrungen würde der Motor M infolge des eingeschal­ teten Schalters 1 automatisch wieder anlaufen, wenn der Netzausfall vorüber ist und die Netzspannung wieder zur Verfügung steht. Ein automatischer Anlauf des Motors nach einem Netzausfall muß jedoch unter allen Umständen verhindert werden, da ein erheblicher Schaden entstehen kann, wenn eine Kreissäge oder ein Winkelschleifer z. B. überraschend anläuft.

Bei der Schaltung der Fig. 1 ist dafür gesorgt, daß der Motor M nicht automatisch anlaufen kann, wenn nach einem Netzausfall die Netzspannung wieder zur Verfügung steht, und zwar unabhängig davon, ob der Hauptschal­ ter 1 eingeschaltet ist oder nicht. Voraussetzung für einen Motoranlauf bei Einsetzen der Netzspannung nach einem Netzausfall ist bei der Schaltung der Fig. 1 vielmehr, daß der geschlossene Schalter 1 zunächst für eine ganz bestimmte Zeit geöffnet und danach wieder ge­ schlossen wird. Auf diese Weise ist bei der Schaltung der Fig. 1 gewährleistet, daß der Benutzer bestimmt, wann der Motor M nach einem Netzausfall wieder anläuft.

Eine wesentliche Bedeutung für die Schaltung der Fig. 1 hat der Zähler 2 bzw. das Ausgangssignal an sei­ nem Ausgang , da bei einer logischen 0 am Ausgang des Zählers 2 die Steuerschaltung 3 freigibt, während bei einer logischen 1 am Ausgang der Motor M nicht anlaufen kann, weil die Steuerschaltung 3 blockiert wird. Voraussetzung dafür, daß am Ausgang eine logi­ sche 0 erscheint, ist, daß der Zähler 2 auf seinen End­ zustand (z. B. 31) hochgelaufen ist. Befindet sich der Zähler 2 nicht in seinem Endzustand, so erscheint am Ausgang Q eine logische 1, die das Anlaufen des Mo­ tors M verhindert.

Da der Motor M nach Wiederkehr der Netzspannung nach einem Netzausfall auch dann nicht anlaufen darf, wenn der Schalter 1 geschlossen ist, muß der Schaltungs­ teil 4 (Steuerschaltung), der von einem Punkt 5 der Versorgungsleitung 6 versorgt wird, der hinter dem Hauptschalter 1 liegt, dafür sorgen, daß der Zähler 2 nicht seinen Endwert erreicht. Dies wird dadurch er­ reicht, daß der Schaltungsteil 4 so lange Rücksetzim­ pulse an den Zähler 2 liefert und diesen damit immer wieder auf "0" setzt, bis der Hauptschalter 1 vom Be­ nutzer geöffnet wird. Der Schaltungsteil 4 kann nur so lange Rücksetzimpulse für den Zähler 2 liefern, wie der Hauptschalter 1 geschlossen ist, da der Schaltungs­ teil 4 nur bei geschlossenem Schalter 1 mit Strom ver­ sorgt wird. Auf die Funktion des Schaltungsteils 4 wird später eingegangen.

Der Schaltungsteil 7 (Schutzschaltung) weist den be­ reits erwähnten Zähler 2, eine Spannungs-Begrenzungs­ schaltung 8, eine Spannungs-Überwachungsschaltung 9, ein UND-Gatter 10 sowie ein ODER-Gatter 11 auf. Die Spannungs-Begrenzungsschaltung 8 sorgt dafür, daß die Spannung am Punkt 12 auf einen Wert begrenzt wird, der für den integrierten Schaltungsteil 7 als Betriebsspan­ nung geeignet ist. Die Begrenzungsschaltung 8 liefert außerdem das Taktsignal für den Zähler 2. Der Zähler 2 wird beim ersten Hochlaufen der Spannung am Punkt 12 auf "0" zurückgesetzt, und zwar durch die Spannungs- Überwachungsschaltung 9, die über das ODER-Gatter 11, welches sowohl Rücksetzimpulse von der Spannungs-Über­ wachungsschaltung 9 als auch Rücksetzimpulse von der Steuerschaltung 4 an den Zähler 2 weiterleitet, solange ein Rücksetzsignal liefert, bis die Spannung z. B. die halbe Begrenzungsspannung erreicht hat. Es genügt je­ weils ein einziger Rücksetzimpuls, um den Zähler 2 auf Null zurückzusetzen, und zwar unabhängig vom jeweiligen Zählerstand.

Die Rücksetzimpulse für den Zähler 2, die von der Steu­ erschaltung 4 kommen und in dieser vom Taktgenerator 13 erzeugt werden, gelangen über das UND-Gatter 14 im Schaltungsteil 4 zum UND-Gatter 10 im Schaltungsteil 7, wenn von der Spannungs-Überwachungsschaltung 15 eine "1" an das UND-Gatter 14 gelangt. Vom UND-Gatter 10 werden die Rücksetzimpulse des Taktgenerators 13 nur dann an das ODER-Gatter 11 weitergeleitet, wenn am UND-Gatter 10 ein Potential anliegt, das der logi­ schen 1 auf der Inhibit-Leitung 16 entspricht. Zu die­ sem Zweck ist der eine Eingang des UND-Gatters 10 mit der Inhibit-Leitung 16 verbunden. Soll das Einschalten freigegeben werden, muß am Ausgang des Zählers 2 und damit auf der Inhibit-Leitung sowie am einen Eingang des UND-Gatters 10 eine logische 0 liegen, die verhin­ dert, daß Rücksetzimpulse vom Taktgenerator 13 zum Zäh­ ler 2 gelangen, da der Zähler 2 beim Motorlauf nicht zurückgesetzt werden darf.

Wenn über das UND-Gatter 10 und das ODER-Gatter 11 Rücksetzimpulse aus der Steuerschaltung 4 schon zu ei­ ner Zeit auftreten, bevor der Zähler 2 auf seinen End­ wert hochgezählt hat, wird über die Inhibit-Leitung 16 verhindert, daß die Steuerschaltung 4 den Motor M star­ tet.

Wird die Steuerschaltung 4 über den Widerstand 17 und die Diode 18 aber erst dann versorgt, wenn der Zähler 2 bereits in seiner Endstellung (z. B. 31) steht, wird der invertierte Ausgang des Zählers 2 logisch "0". Dadurch wird, wie bereits erwähnt, über das UND-Gatter 10 verhindert, daß der Zähler 2 von Rücksetzimpulsen aus dem UND-Gatter 14 zurückgesetzt wird. Weil die In­ hibit-Leitung 16 dabei eine logische 0 führt, kann die Steuerschaltung 4 den Motor M starten.

Die Spannungs-Überwachungsschaltung 15 der Steuerschal­ tung 4 stellt sicher, daß die Rücksetzimpulse erst dann auf die Schutzschaltung 7 durchgeschaltet werden kön­ nen, wenn die Betriebsspannung der Steuerschaltung 4 ihren Mindestwert (z. B. 8 V) erreicht hat. In diesem Fall liefert die Spannungs-Überwachungsschaltung 15 ein entsprechendes Freigabepotential für die Rücksetzim­ pulse an den einen Eingang des UND-Gatters 14.

Der Schutzschaltung 7 wird über den Widerstand 19 und die Diode 20 während der positiven Halbwelle der Netz­ spannung Versorgungsstrom zugeführt. Der Kondensator 21 sorgt dafür, daß die Schutzschaltung 7 während der ne­ gativen Halbwelle der Netzspannung die Spannung teil­ weise aufrechterhalten kann. Dieselbe Funktion hat der Kondensator 22 für die Versorgung der Steuerschal­ tung 4.

Wird nach Wiedereinsetzen der Netzspannung nach einem Netzausfall der Hauptschalter 1 geöffnet, so erhält der Schaltungsteil 4 keine Spannung, da der hinter dem Schalter 1 liegende Teil der Versorgungsleitung 6 nicht mehr am Netz liegt. Dadurch kann der Taktgenerator 13 keine Rücksetzimpulse mehr liefern und den Zähler 2 nicht auf Null zurücksetzen. Im Gegensatz zum Schal­ tungsteil 4 erhält der Schaltungsteil 7 auch bei geöff­ netem Schalter 1 eine Spannung. Die Spannungsüberwa­ chung 9 liefert solange ein Reset über das ODER-Gatter 11 an den Zähler 2, bis die hochlaufende Spannung am Punkt 12 den Minimalwert für den Betrieb des Schaltungsteils 7 erreicht hat. Bei jeder positiven Halbwelle der Netzspannung wird von der Spannungsbe­ grenzerschaltung 8 ein Taktimpuls an den Zähler 2 abge­ geben, so daß bei Verwendung eines Zählers mit einem Endzustand von 32 z. B. 32 positive Halbwellen benötigt werden, bis der Zähler 2 auf seinen Endzustand hochge­ zählt hat. Da erst bei Erreichen des Endzustandes des Zählers 2 eine logische 0 auf der Inhibit-Leitung 16 erscheint, die Voraussetzung für das Anlaufen des Mo­ tors M ist, muß der Schalter 1 nach dem Öffnen wenig­ stens 32 positive Halbwellen lang (= 640 msec) offen­ gehalten werden, bevor er wieder geschlossen wird. Wird der Schalter 1 weniger als 32 positive Halbwellen lang offengehalten, wertet die Schaltung das als "Störung" und der Motor M wird auch nach Schließen des Schal­ ters 1 nicht zum Laufen gebracht.

Wie die Schaltung der Fig. 1 zeigt, wird der Schal­ tungsteil 4 durch negative Halbwellen der Netzspannung und der Schaltungsteil 7 durch positive Halbwellen der Netzspannung gespeist. Dies wird dadurch erreicht, daß die Diode 20 und die Diode 18 umgekehrte Richtungen ha­ ben. Die Versorgung mit negativen Halbwellen ist beim Schaltungsteil 4 deshalb erforderlich, weil der Triac 23 vorteilhafterweise mit negativen Zündimpulsen gezündet werden muß. Wenn der Schaltungsteil 4 negativ versorgt wird, muß der Schaltungsteil 7 positiv ver­ sorgt werden, und zwar dann, wenn beide Schaltungsteile (4, 7) gemeinsam integriert sind und die Schaltungs­ teile, wie im allgemeinen üblich, in bipolarer Technik realisiert sind. Denn wenn der Schaltungsteil 7 wie im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 bei negativer Versor­ gung des Schaltungsteils 4 positiv versorgt wird, wird auf einfachste Weise verhindert, daß die Versorgung des Schaltungsteils 7 gleichzeitig auch den Schaltungs­ teil 4 und damit die eigentliche Steuerelektronik, die im gleichen Halbleiterkörper mitintegriert ist, mitver­ sorgt. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß die Schutzelektronik (Schaltungsteil 7) über einen hochoh­ migen Widerstand 19 (z. B. 470 KOhm/50 mW) energiespa­ rend versorgt werden kann, während die eigentliche Steuerschaltung (Schaltungsteil 4) über einen relativ niederohmigen Widerstand 17 (z. B. 12 KOhm/3 Watt) ver­ sorgt werden muß.

Wegen der geringen Leistung, die der Schaltungsteil 7 im Gegensatz zum Schaltungsteil 4 benötigt, kann der Schaltungsteil 7 im stand-by-Betrieb (eingesteckter Stecker 26) bei geöffnetem Schalter 1 betrieben werden.

Die Schaltung nach der Erfindung eignet sich nicht nur für elektrische Werkzeuge wie Bohrer, Winkelschleifer oder elektrische Kreissägen, sondern ganz allgemein für elektrische Geräte, zu denen beispielsweise auch elek­ trische Öfen, Herde oder Pumpen etc. gehören. Die Schaltung nach der Erfindung benötigt nur einen zusätz­ lichen Pin-Anschluß (12) für den Schaltungsteil 7. Der Punkt 25 ist der Bezugspunkt (Masse) der Schaltung.

Die Fig. 2 zeigt ein Beispiel für den Schaltungsteil 8 der Fig. 1 mit einer Spannungsbegrenzung sowie einem Takterzeuger, der das Taktsignal für den Zähler 2 der Fig. 1 liefert. Die Spannungsbegrenzung besteht nach der Fig. 2 aus einer Zenerdiode 27 und die Takterzeu­ gung besteht nach der Fig. 2 aus einem Transistor 28 und einem Widerstand 29, der an seinem einen Ende mit der Zenerdiode 27 sowie mit der Basis des Transi­ stors 28 verbunden ist. Das andere Ende des Widerstan­ des 29 ist mit dem Emitter des Transistors 28 verbun­ den.

Die Fig. 3 zeigt ein Beispiel für eine Spannungs-Über­ wachungsschaltung (9, 15). Die Spannungs-Überwachungs­ schaltung der Fig. 3 besteht aus einem Transistor 30 und einem Widerstand 31. Das eine Ende des Widerstan­ des 31 ist mit der Basis des Transistors 30 verbunden, während das andere Ende des Widerstandes 31 mit dem Emitter des Transistors 30 verbunden ist.

Die Versorgung der Spannungs-Überwachungsschaltung der Fig. 3 erfolgt über einen als Stromspiegel geschalte­ ten Transistor 32 und einen Widerstand 33, wobei das eine Ende des Widerstandes 33 mit der Basis des Transi­ stors 30 der Spannungs-Überwachungsschaltung und das andere Ende des Widerstandes 33 mit der Basis des Tran­ sistors 32 verbunden ist. Die Basis des Transistors 32 ist außerdem mit einem Kollektor K1 des Transistors 32 verbunden, während der zweite Kollektor K2 von T32 mit dem Kollektor T30 verbunden ist.

Claims (13)

1. Integrierte Schaltungsanordnung zur Sicherung mit einer Steuerelektronik (3) versehener, elektrischer Ge­ räte nach Netzstörungen, dadurch gekennzeichnet,
daß das Anliegen der Netzspannung vor und nach einem Hauptschalter (1) erfaßt wird,
daß eine Spannungs-Begrenzungsschaltung (8) vorgesehen ist, die bei Anliegen der Netzspannung vor dem Haupt­ schalter (1) ein Taktsignal für einen Zähler (2) lie­ fert,
daß eine erste Spannungs-Überwachungsschaltung (9) vor­ gesehen ist, die den Zähler (2) beim ersten Hochfahren der Spannung vor dem Hauptschalter (1) nach der Netz­ störung zurücksetzt,
daß ein erstes UND-Gatter (10) vorgesehen ist, dessen Ausgang Rücksetzimpulse für den Zähler (2) liefert, und welches ein in der Steuerschaltung (4) aus dem Anliegen der Netzspannung hinter dem Hauptschalter (1) gewon­ nenes Signal mit dem Ausgang (Q) des Zählers (2), wel­ cher anzeigt, ob der Zähler (2) seine Endstellung er­ reicht hat, so UND-verknüpft, daß dem Zähler (2) Rück­ setzimpulse zugeführt werden, solange er nicht seinen Endzustand erreicht hat und gleichzeitig die Netzspan­ nung hinter dem Hauptschalter (1) anliegt,
und daß die Steuerelektronik (3) nur dann das Gerät an­ steuert, wenn der Zähler (2) seine Endstellung erreicht hat.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Spannungs-Begrenzungsschaltung (8) über einen Widerstand (19) und eine Diode (20) Halbwel­ len der Versorgungsspannung zugeführt werden, daß ein Kondensator (21) vorgesehen ist, der die der Spannungs- Begrenzungsschaltung (8) zugeführte Spannung auch wäh­ rend der durch die Diode (20) abgeblockten Halbwellen der Versorgungsspannung teilweise aufrechterhält.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (21) zwischen die Diode (20) und diejenige Versorgungsleitung geschaltet ist, mit der der Widerstand (19) nicht verbunden ist.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zähltakt während je­ der zugeführten Halbwelle der Versorgungsspannung an den Zähler (2) gegeben wird, wenn die Spannung an der Spannungs-Begrenzungsschaltung (8) denjenigen Wert er­ reicht hat, auf den die Spannung begrenzt werden soll.

5. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Spannungs-Überwachungs­ schaltung (15) vorgesehen ist, die über einen zweiten Widerstand (17) und eine zweite Diode (18) Halbwellen der Versorgungsspannung erhält und die das Freigabepo­ tential für ein zweites UND-Gatter (14) liefert.

6. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Versorgungszuführung mit dem zweiten Widerstand (17) und der zweiten Diode (18) hinter dem Hauptschalter (1) liegt.

7. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Kondensator (22) vorge­ sehen ist, der zwischen die zweite Diode (18) und die­ jenige Versorgungsleitung geschaltet ist, mit der der zweite Widerstand (17) nicht verbunden ist.

8. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Taktgenerator (13) vorgesehen ist, der Rücksetzimpulse über das zweite UND-Gat­ ter (14) an den Zähler liefert, wenn an dem einen Ein­ gang des zweiten UND-Gatters (14) ein Freigabepotential anliegt und wenn der Zähler (2) seine Endstellung nicht erreicht hat.

9. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem ersten UND-Gatter (10) die Rücksetzimpulse des Taktgenerators über das zweite UND- Gatter (14) zugeführt werden, und daß der eine Eingang des ersten UND-Gatters (10) mit dem Ausgang (Q) des Zählers (2) verbunden ist.

10. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein ODER-Gatter (11) vorgesehen ist, dessen einem Eingang Rücksetzimpulse der ersten Spannungs-Überwachungsschaltung (9) und dessen anderem Eingang Rücksetzimpulse des Taktgenerators (13) zu­ geführt werden und dessen Ausgang die Rücksetzimpulse an den Zähler (2) weitergibt.

11. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß die eine Versorgungszuführung positive Halbwellen der Versorgungsspannung und die an­ dere Versorgungszuführung negative Halbwellen der Ver­ sorgungsspannung zuführt.

12. Schaltung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Versorgungszuführung positive Halbwellen der Versorgungsspannung und die zweite Versorgungszu­ führung negative Halbwellen der Versorgungsspannung liefert.

13. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, da­ durch gekennzeichnet, daß der erste Widerstand (19) derart hochohmig gewählt ist, daß der aus der Span­ nungs-Begrenzungsschaltung (8), der ersten Spannungs- Überwachungsschaltung (9) und dem Zähler (2) bestehende Schaltungsteil nur sehr geringe Leistung aufnimmt.