DE4333156A1 - Schaltungsanordnung zum Anschließen einer elektronischen Baugruppe an eine Betriebsspannung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Anschlie­ ßen einer elektronischen Baugruppe an eine Betriebsspannung mit einem in eine die Betriebsspannung führende Zuleitung eingefügten Schalttransistor, dessen Steuerelektrode über ein Verzögerungsglied mit einer Hilfsspannung beaufschlagt ist, wodurch der Schalttransistor im Zuge einer Hochlaufphase durch eine sich stetig verändernde Steuerspannung durchsteu­ erbar ist.

Eine derartige Schaltungsanordnung, welche auch als Hochlauf­ einrichtung bezeichnet wird, wird benutzt, um Baugruppen in einen Baugruppenträger einer elektrischen Einrichtung ein­ stecken und damit an eine Betriebsspannung anschließen zu können, ohne daß bereits in Betrieb befindliche Baugruppen durch Spannungseinbrüche gestört werden. Die Schaltungsanord­ nung bewirkt dabei, daß durch ein gezieltes allmähliches Durchsteuern des Schalttransistor die einer gerade einge­ steckten Baugruppe zugeführte Betriebsspannung stetig bis zu einem vorgegebenen Sollwert erhöht wird.

Es ist nun Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Weg zu zeigen, wie eine Schaltungsanordnung der genannten Art ausge­ bildet werden kann, um gleichzeitig eine Überstromsicherung realisieren zu können.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 angegebenen schaltungstechnischen Merkmale. Der Vorteil der Erfindung besteht dabei darin, daß unter Ausnutzung des Schalttransistors mit einem geringen zusätzlichen schaltungs­ technischen Aufwand eine Überstromsicherung realisierbar ist, welche erst nach der Hochlaufphase des Schalttransistors, d. h. bei durchgeschaltetem Schalttransistor, wirksam wird.

Im Überstromfall wird dabei der Schalttransistor gesperrt. Dieses Sperren bewirkt wiederum, daß die nunmehr über dem Schalttransistor anliegende Betriebsspannung dem Komparator zugeführt ist und somit weiterhin ein Überstrom simuliert wird, so daß die Sicherung durch einen Selbsthalteeffekt ausgelöst bleibt, auch wenn durch die über den Schalttransi­ stor abgeschaltete Baugruppe kein Strom mehr fließt.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen 2 bis 5.

Der Vorteil der Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 2 besteht dabei darin, daß zusätzlich zu einer Überstromsicherung das Auftreten einer Unterspannung überwacht und bei Auftreten einer solchen die Zufuhr der Betriebsspannung durch den Schalttransistor unterbunden wird. Damit wird verhindert, daß der jeweiligen Baugruppe eine unterhalb eines für den ord­ nungsgemäßen Betrieb festgelegten minimalen Wertes liegende Betriebsspannung zugeführt wird.

Die Ausgestaltung nach Patentanspruch 3 bringt den Vorteil eines geringen schaltungstechnischen Aufwandes für die Reali­ sierung des logischen Verknüpfungsgliedes mit sich.

Der Vorteil der Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 4 besteht darin, daß die der Sicherung dienenden Schaltungselemente mit von der zu überwachenden Betriebsspannung unabhängigen Hilfs­ spannungen betrieben werden, so daß vermieden wird, daß diese Schaltungselemente bei Ansprechen der Sicherung, d. h. bei Sperren der Betriebsspannung, abgeschaltet werden. Ein weite­ rer Vorteil besteht darin, daß gleichzeitig ein Absinken der Hilfsspannungen unter einen vorgegebenen minimalen Wert überwacht und bei einem solchen Absinken die Sicherung akti­ viert wird.

Durch die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 5 ist vorgese­ hen, daß eine einmal aktivierte Sicherung lediglich auf eine Unterbrechung wenigstens der ersten Hilfsspannung beispiels­ weise durch Ziehen und anschließendes erneutes Stecken der jeweiligen Baugruppe hin wieder aufhebbar ist. Damit ist sichergestellt, daß die Sicherung stets erst nach einem Hochlauf des Schalttransistors wirksam ist.

Im folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand von Zeich­ nungen beispielsweise näher erläutert.

Fig. 1 zeigt in einem Blockschaltbild ausschnittweise eine Baugruppe, bei welcher die Erfindung angewandt ist,

Fig. 2 zeigt einen möglichen Aufbau eines in Fig. 1 schema­ tisch dargestellten Komparators,

Fig. 3 zeigt einen möglichen Aufbau eines in Fig. 1 schema­ tisch dargestellten logischen Verknüpfungsgliedes und

Fig. 4 zeigt einen möglichen Aufbau eines in Fig. 1 schema­ tisch dargestellten Speicherelement es.

In der Zeichnung ist eine Baugruppe B ausschnittweise darge­ stellt, welche beispielsweise Bestandteil einer elektrischen Einrichtung, z. B. einer Datenübertragungseinrichtung, und mit weiteren Baugruppen in einen Baugruppenrahmen aufnehmbar sein möge. Dieser Baugruppe möge eine Betriebsspannung von +5 V zugeführt sein. In die Zuleitung für diese Betriebsspannung ist ein Schalttransistor T beispielsweise in Form eines Feldeffekt-Transistors mit seinen Drain-und Source-Anschlüs­ sen D und S eingefügt. Die Verwendung eines solchen Feldef­ fekt-Transistors bringt den Vorteil mit sich, daß an diesem im durchgeschalteten Zustand ein relativ geringer Spannungs­ abfall auftritt.

Die Steuerelektrode GATE dieses Schalttransistors T ist an ein Verzögerungsglied in Form eines R-C-Gliedes angeschlos­ sen. Dieses aus einem Widerstand Rt und einem dazu in Reihe geschalteten Kondensator Ct bestehende Verzögerungsglied ist dabei zwischen eine Hilfsspannung +12 V und Masse geschaltet. Beim Einstecken der Baugruppe B in den Baugruppenrahmen und damit bei Zuführung der Betriebsspannung und der Hilfsspan­ nung wird dabei mit Hilfe des Verzögerungsgliedes erreicht, daß durch ein gezieltes allmähliches Durchsteuern des Schalt­ transistors T die der gerade eingesteckten Baugruppe B zuge­ führte Betriebsspannung stetig bis zu einem vorgegebenen Sollwert, hier +5 V, erhöht wird. Damit werden Spannungsein­ brüche an bereits in Betrieb befindlichen Baugruppen vermie­ den. Die Zeitspanne bis zum vollständigen Durchsteuern des Schalttransistors und damit bis zum Erreichen eines dafür erforderlichen Spannungs-Schwellwertes an dessen Steuerelek­ trode GATE im folgenden als Hochlaufphase des Schalttransi­ stors bezeichnet.

Darüber hinaus ist für die Realisierung einer elektronischen Überstromsicherung ein Komparator K vorgesehen, welchem die über dem Schalttransistor T abfallende Spannung eingangssei­ tig zugeführt ist und an dessen Ausgang bei Auftreten einer oberhalb eines festgelegten Grenzwert es liegenden Spannung ein festgelegter logischer Pegel, beispielsweise der logische Pegel "1", anliegt. Dieser logische Pegel tritt dabei auf, wenn der Schalttransistor T gesperrt ist, der Schalttransi­ stor sich in der Hochlaufphase befindet oder ein Überstrom durch diesen Schalttransistor fließt. Anderenfalls, d. h. im Normalbetrieb, tritt am Ausgang des Komparators der logische Pegel "0" auf.

An die Steuerelektrode des Schalttransistors T ist ein Spei­ cherelement KST beispielsweise in Form einer Kippstufe ange­ schlossen, durch welche in der Hochlaufphase des Schalttran­ sistors ein festgelegter erster logischer Pegel, beispiels­ weise der logische Pegel "0", nach der Hochlaufphase des Schalttransistors dagegen ein davon abweichender zweiter logischer Pegel, bei dem angenommenen Beispiel der logische Pegel "1", bereitgestellt ist. Der Wechsel von dem ersten logischen Pegel ("0") zu dem zweiten logischen Pegel ("1") erfolgt mit dem erstmaligen Auftreten des genannten Span­ nungs-Schwellwertes an der Steuerelektrode GATE des Schalt­ transistors T nach dem Einstecken der Baugruppe in den Bau­ gruppenrahmen. Durch den zweiten logischen Pegel ist dabei gleichzeitig der Überwachungsbetrieb für die elektronische Sicherung angezeigt.

Der Komparator K und das Speicherelement KST sind jeweils mit ihrem Ausgang an einen gesonderten Eingang eines UND-Gliedes G mit einem invertierenden, mit der Steuerelektrode des Schalttransistors T verbundenen Ausgang angeschlossen. Wird dem UND-Glied an beiden Eingängen ein logischer Pegel "1" zugeführt, d. h. bei Auftreten eines Überstromes im Überwa­ chungsbetrieb der elektronischen Sicherung, so tritt am Ausgang dieses UND-Gliedes der logische Pegel "0" auf. Durch diesen wird die Steuerelektrode des Schalttransistors T so gesteuert, daß dieser Schalttransistor in seinen Sperrzustand übergeht, d. h. daß die Zuführung der Betriebsspannung für die in der Zeichnung dargestellte Baugruppe B unterbrochen wird. Dieses Sperren bewirkt, daß über den Schalttransistor die volle Betriebsspannung abfällt, durch welche für den Kompara­ tor K weiterhin ein Überstrom simuliert wird. Es tritt also für die elektronische Sicherung ein Selbsthalteeffekt ein, so daß diese ausgelöst bleibt, auch wenn die Spannungszufuhr für die Baugruppe durch den gesperrten Schalttransistor unterbro­ chen ist.

Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind der Komparator K, das Speicherelement KST sowie das logische Verknüpfungs­ glied G mit Hilfsspannungen +12 V und -12 V betrieben, so daß diese Schaltungselemente unabhängig von der überwachten Betriebsspannung +5 V realisiert sind. Damit wird vermieden, daß sich die elektronische Sicherung selbst abschaltet oder daß diese ungesichert mit der Betriebsspannung betrieben ist.

Im folgenden wird auf den bei dem vorliegenden Ausführungs­ beispiel gewählten Aufbau der zu der elektronischen Sicherung gehörenden Schaltungselemente näher eingegangen. Dabei werden jedoch diese Schaltungselemente lediglich in einem für das Verständnis der vorliegenden Erfindung erforderlichen Umfang beschrieben.

Ein möglicher Aufbau des Komparators K ist in Fig. 2 darge­ stellt. Danach weist dieser einen operationsverstärker OPI auf, der mit den Hilfsspannungen +12 V und -12 V betrieben ist. Ein mit "+" bezeichneter Eingang dieses Operationsverstärkers ist über einen Widerstand R1 an einen Spannungsteiler R2, R3 angeschlossen, der zwischen den Drain-Anschluß D des Schalt­ transistors T und Massepotential geschaltet ist. Ein mit "-" bezeichnet er Eingang des Operationsverstärkers OP1 ist dage­ gen über einen Widerstand R4 mit dem Source-Anschluß des Schalttransistors T verbunden. Zwischen dem "+"-Eingang und dem "-"-Eingang ist darüber hinaus ein Kondensator C1 ge­ schaltet, über welchen die Ansprechverzögerung des Kompara­ tors und damit der elektronischen Sicherung beeinflußbar ist.

Außerdem ist mit dem "+"-Eingang des Operationsverstärkers OPI über eine Diode D1 ein weiterer, aus einem Widerstand R5 und einer Zenerdiode Z bestehender Spannungsteiler verbunden, der zwischen der Hilfsspannung +12 V und Massepotential ge­ schaltet ist. Durch diesen Spannungsteiler wird erreicht, daß bei einer Betriebsspannung, die unterhalb eines festgelegten Grenzwertes liegt, die dem Komparator K zugeführte Meßspan­ nung künstlich erhöht wird. Dadurch liefert dieser an seinem Ausgang den logischen Pegel "1", welcher wiederum im Überwa­ chungsbetrieb ein Sperren des Schalttransistors T und damit ein Ansprechen der elektronischen Sicherung bewirkt.

In Fig. 3 ist ein möglicher Aufbau des logischen Verknüpfungs­ gliedes G dargestellt. Danach sind dessen Eingänge durch die Kathoden zweier Dioden D2 und D3 gebildet, die anodenseitig gemeinsam über einen Widerstand R6 an die Hilfsspannung +12 V angeschlossen sind. Über eine bezüglich der Hilfsspannung +12 V in Durchlaßrichtung betriebene Diode D4 und einen aus Widerständen R7 und R8 bestehenden Spannungsteiler ist ein Transistor TR über den zugehörigen Basisanschluß angesteuert.

Dieser Transistor ist einerseits emitterseitig an Massepoten­ tial und andererseits mit seinem Kollektoranschluß an die Steuerelektrode GATE des Schalttransistors T angeschlossen. Darüber hinaus ist mit der Kathode der Diode D4 über eine Diode D5 ein weiterer, aus Widerständen R9 und R10 gebildet er Spannungsteiler verbunden. Dieser Spannungsteiler ist so dimensioniert, daß bei einem Anstieg der Hilfsspannung -12 V auf einen festgelegten Wert der Transistor TR durchgesteuert und somit der Schalttransistor T gesperrt wird. Dies wiederum bewirkt, daß die elektronische Sicherung bei einem Ausfall der Hilfsspannung -12 V aktiviert wird.

In Fig 4 ist ein möglicher Aufbau des Speicherelement es KST dargestellt. Dieses Speicherelement weist einen Operations­ verstärker OP2 auf, welcher mit einem "+"-Eingang über einen Widerstand R11 an die Hilfsspannung +12 V angeschlossen ist. Ein "-"-Eingang dieses Operationsverstärkers ist über einen Widerstand R12 mit einem aus Widerständen R13 und R14 gebil­ deten Spannungsteiler verbunden, welcher zwischen die Hilfs­ spannung +12 V und Massepotential geschaltet ist. Ein aus einem Widerstand R15 und einer dazu in Reihe geschalteten, anodenseitig mit diesem verbundenen Diode D6 bestehender Rückkoppelzweig ist an den genannten "+"-Eingang geführt. An letzteren ist zusätzlich einerseits ein einseitig an Massepo­ tential gelegter Kondensator C2 und andererseits eine mit der Steuerelektrode GATE des Schalttransistors T verbundene Diode D7 angeschlossen.

Die über die Diode D7 gelieferte Spannung wird durch den Operationsverstärker OP2 mit der an dem Spannungsteiler R13 und R14 anliegenden Spannung verglichen. Dieser Spannungstei­ ler ist dabei so dimensioniert, daß das Speicherelement KST bei Auftreten des oben genannten Spannungs-Schwellwertes an der Steuerelektrode GATE des Schalttransistors T in einen den Überwachungsbetrieb für die elektronische Sicherung anzeigen­ den Speicherzustand überführt wird. Die Diode D7 verhindert dabei Rückwirkungen des Speicherzustandes auf die Steuerelek­ trode GATE. In diesem Speicherzustand, welcher lediglich durch Abschalten der Hilfsspannungen +12 V und -12 V bzw. durch Ziehen der in Fig. 1 dargestellten Baugruppe rücksetzbar ist, liegt, wie bereits oben erwähnt, am Ausgang des Speicherele­ mentes, d. h. am Ausgang des Operationsverstärkers OP2, der logische Pegel "1" an. Dabei erfolgt ein solches Rücksetzen, indem der Kondensator C2 über den Widerstand R11 unter den durch den Spannungsteiler R13 und R14 festgelegten Schwell­ wert entladen wird.

Abschließend sei noch darauf hingewiesen, daß vorstehend lediglich als Beispiel ein möglicher Aufbau für die zu der elektronischen Sicherung gehörenden Schaltungselemente be­ schrieben wurde. Die von diesen zu erfüllenden Funktionen können jedoch auch mit einem anderweitigen schaltungstechni­ sche Aufbau realisiert werden.

Claims (5)

1. Schaltungsanordnung zum Anschließen einer elektronischen Baugruppe an eine Betriebsspannung (+5 V) mit einem in eine die Betriebsspannung führende Zuleitung (VCC) eingefügten Schalttransistor (T), dessen Steuerelektrode über ein Verzö­ gerungsglied (Rt, Ct) mit einer ersten Hilfsspannung (+12 V) beaufschlagt ist, wodurch der Schalttransistor im Zuge einer Hochlaufphase durch eine sich stetig verändernde Steuerspan­ nung durchsteuerbar ist, dadurch gekennzeichnet,
daß die über dem Schalttransistor (T) abfallende Spannung einem Komparator (K) zugeführt ist, an dessen Ausgang bei Auftreten einer oberhalb eines festgelegten Grenzwertes liegenden Spannung ein festgelegter logischer Pegel auftritt, daß mit der Steuerelektrode (GATE) des Schalttransistors (T) ein Setzeingang eines Speicherelementes (KST) verbunden ist, welches nach Maßgabe der an dieser Steuerelektrode auftreten­ den Spannung einen die Hochlaufphase des Schalttransistors anzeigenden ersten Speicherzustand bzw. einen zweiten Spei­ cherzustand nach der Hochlaufphase des Schalttransistors annimmt,
daß der Komparator und das Speicherelement ausgangsseitig jeweils mit einem gesonderten Eingang eines logischen Ver­ knüpfungsgliedes (G) verbunden sind, welches lediglich bei Vorliegen des zweiten Speicherzustandes des Speicherelement es in den Durchschaltezustand gesteuert ist,
und daß im Durchschaltezustand des Verknüpfungselementes bei bei Auftreten des festgelegten logischen Pegels am Ausgang des Komparators der Steuerelektrode des Schalttransistors eine solche Spannung durch das Verknüpfungsglied zugeführt ist, daß der Schalttransistor in seinen Sperrzustand über­ führt ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von der ersten Hilfsspannung (+12 V) eine Steuerspannung abgeleitet ist, welche dem Komparator (K) derart zugführt ist, daß bei einem Abfall der Betriebsspannung unter einen festgelegten Grenzwert am Ausgang des Komparators der festge­ legte logische Pegel auftritt.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß als Betriebsspannung eine positive Spannung (+5 V) zuge­ führt ist,
daß als Schalttransistor (T) ein Feldeffekt-Transistor vom n- Kanaltyp benutzt ist,
daß das logische Verknüpfungsglied (G) als Endstufe einen Transistor mit einem offenen Kollektor aufweist, daß der offene Kollektor mit der Steuerelektrode des Schalt­ transistors (T) verbunden ist
und daß im Durchschaltezustand des Verknüpfungselementes bei Auftreten des festgelegten logischen Pegels am Ausgang des Komparators (K) der Transistor des Verknüpfungsgliedes derart über eine zugehörige Steuerelektrode angesteuert ist, daß der Steuerelektrode des Schalttransistors über den offenen Kol­ lektor Massepotential zugeführt ist.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß dem Komparator (K) sowie dem Speicherelement (KST) als Betriebsspannungen die erste sowie eine zweite, von der Betriebsspannung abweichende Hilfsspannung (+12 V, -12 V) zugeführt sind
und daß zwischen die Hilfsspannungen ein Spannungsteiler (R13, R14) geschaltet ist, welcher derart dimensioniert und mit der Steuerelektrode des Transistors der logischen Ver­ knüpfungsgliedes (G) verbunden ist, daß bei Ausfall der zweiten Hilfsspannung unabhängig von den dem logischen Ver­ knüpfungsglied zugeführten Eingangssignalen der Schalttransi­ stor (T) über seine Steuerelektrode (GATE) in den Sperrzu­ stand gesteuert ist.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß das Speicherelement (KST) als Kippstufe ausgebildet ist, welche über einen zugehörigen Setzeingang in den zweiten Speicherzustand steuerbar ist,
und daß das Speicherelement lediglich auf ein Unterbrechen zumindest der ersten Hilfsspannung in den ersten Speicherzu­ stand rücksetzbar ist.