WO1997008600A1 - Anpassschaltung für ein elektronisches bauteil oder eine baugruppe - Google Patents

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    • G08SIGNALLING
    • G08GTRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G1/00Traffic control systems for road vehicles
    • G08G1/07Controlling traffic signals

Definitions

  • the invention is based on a matching circuit with two input and two output terminals for controlling an electronic component or an assembly according to the preamble of the main claim.
  • the problem often arises that when an electronic component which can be used in different circuits is controlled, voltage signals with very different amplitudes have to be adapted to the input conditions of the component. It may be that in one case an AC voltage of 220 V and in the other case a DC voltage of 5 V must be processed.
  • matching circuits for example with a series resistor, were designed in such a way that a suitable voltage is available at the output of this matching circuit for the downstream component or the assembly, which does not destroy the component or the assembly . In practice, this inevitably led to very different adapter circuits, which, particularly in the case of series production of different device types, require a great deal of effort and a large amount of storage.
  • Voltage ranges can be used. It is particularly advantageous that both direct voltages and alternating voltages can be processed, so that only a single matching circuit has to be manufactured for all types of application. This simplifies the development effort and reduces manufacturing and storage costs.
  • Adaptation circuit possible. It is particularly advantageous that the means provided are dimensioned such that they can be used for all types of voltage occurring.
  • Diode circuit preferably to be used in a bridge circuit, since AC voltage signals can thus also be implemented at a DC voltage level.
  • a current limiter which has an active semiconductor circuit.
  • the loss conduction via the current limiter increases only proportionally to the voltage with increasing voltage amplitude.
  • the power loss would increase with the square of the current with increasing voltage and thus disadvantageously generate a lot of heat.
  • an optocoupler is advantageously connected to the output terminals of the matching circuit.
  • a particularly advantageous application of this matching circuit results in control circuits, in particular in the control of signal systems or traffic light systems.
  • FIG. 1 shows a circuit diagram of the adapter circuit
  • FIG. 2 shows an optocoupler
  • FIG. 3 shows a circuit diagram of an active current limitation.
  • the circuit diagram according to FIG. 1 shows the basic arrangement of the adapter circuit according to the invention.
  • a diode circuit 1 designed as a bridge circuit is connected with its input terminals 5 and 6 to a control voltage U ⁇ .
  • the outputs of the diode circuit 1 are connected to an output terminal 7 and an output terminal 8 via a node 9 and an active current limiter 2.
  • An input of an electronic component or an electronic assembly 3 is subsequently connected to the two output terminals 7, 8.
  • the output terminal 8 is preferably designed as a ground line.
  • Diode circuit 1 is designed in such a way that it can take up, for example, both a 220 V alternating voltage or a 5 V direct voltage as the control voltage U ] .
  • the voltage is rectified and transmitted to the output terminals 7, 8 via the active current limiter 2, see above that it feeds a load resistor 3 as voltage U2.
  • the load resistance is the input resistance of the downstream component or assembly.
  • a simple rectifier circuit or, in the simplest case, no rectifier is provided if the use of the matching circuit is basically only intended for DC voltages.
  • an optocoupler 20 is connected to the output terminals 7, 8.
  • the optocoupler 20 is connected to the input terminals 24, 25 according to FIG
  • Output terminals 7, 8 switched so that the light-emitting diode 22 is traversed by the current i of the active current limiter 2.
  • the light-emitting diode 22 sends light signals to the photo transistor 21, which connects the terminals 26, 27 through its collector-emitter path. It is clear that the terminals 26, 27 must be supplied accordingly.
  • FIG. 3 shows an exemplary embodiment of an active current limiter 2, which is connected between the connections 9 and 7 according to FIG. 1.
  • the second transistor 31 has two negative feedback transistors 30, 31, the second transistor 31 being connected in parallel with its base-collector path to the emitter-base path of the first transistor 30.
  • a first resistor 32 is connected between the terminal 9 and the base of the first transistor 30.
  • Parallel to the base-emitter path of the second transistor 31 is an in the emitter current path of the first transistor 30 second resistor 33 switched.
  • the emitter output of the second transistor 31 is connected to the output terminal 7.
  • MOSFET transistors instead of the bipolar transistors.
  • the dielectric strength of the two transistors 30, 31 must be taken into account with regard to the possible control voltage.
  • Output terminal 7 thus results in a relatively small current with a limited voltage. If, on the other hand, the voltage at terminal 9 rises, the voltage drop across the second resistor 33 increases with increasing current i, so that the second transistor 31 increasingly switches to the conductive state. At a certain current i, the second transistor 31 becomes conductive and blocks the first transistor 30. As a result, the current i is limited to a maximum value that can be set by the second resistor 33.
  • the second resistor 33 can be dimensioned so that the
  • Matching circuit 2 can be used for a wide range of control voltage U ⁇ .

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Abstract

Erfindungsgemäß wird eine elektronische Anpaßschaltung für ein elektronisches Bauteil oder eine Baugruppe (3) vorgeschlagen, bei der Spannungen in einem weiten Bereich an die Eingangsbedingungen des elektronischen Bauteils bzw. der Baugruppe angepaßt werden. Bei der Anpaßschaltung wird nach einem Gleichrichter (1) eine aktive Strombegrenzung (2) geschaltet, die den Strom auf einen vorgegebenen Grenzwert begrenzt. Der Ausgang (7) der Anpaßschaltung ist mit dem Eingang des elektronischen Bauteils bzw. der Baugruppe zu verbinden. Ist eine galvanische Trennung erforderlich, kann an den Ausgang ein Optokoppler geschaltet werden.

Description

Anpaßschaltung für ein elektronisches Bauteil oder eine Baugruppe
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Anpaßschaltung mit zwei Eingangs- und zwei Ausgangsklemmen zur Ansteuerung eines elektronischen Bauteils oder einer Baugruppe nach der Gattung des Hauptanspruchs. Häufig tritt das Problem auf, daß bei der Ansteuerung eines elektronischen Bauteils, das in unterschiedlichen Schaltungen einsetzbar ist, Spannungssignale mit sehr unterschiedlich großen Amplituden an die Eingangsbedingungen des Bauteils angepaßt werden müssen. Es kann sein, daß in einem Fall eine WechselSpannung von 220 V und im anderen Fall eine Gleichspannung von 5 V verarbeitet werden muß. Um dieses Problem zu lösen, wurden in jedem einzelnen Fall Anpaßschaltungen, beispielsweise mit einem Vorwiderstand, derart konzipiert, daß am Ausgang dieser Anpaßschaltung eine für das nachgeschaltete Bauteil oder die Baugruppe eine geeignete Spannung zur Verfügung steht, die das Bauteil bzw. die Baugruppe nicht zerstört. Das führte in der Praxis zwangsläufig zu sehr unterschiedlichen Anpaßschaltungen, die insbesondere bei einer Serienfertigung von verschiedenen Gerätetypen einen großen Aufwand und eine große Lagerhaltung erfordern. Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Anpaßschaltung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß sie universell für weitgehend alle vorkommenden
Spannungsbereiche verwendbar ist. Besonders vorteilhaft ist, daß sowohl Gleichspannungen als auch WechselSpannungen verarbeitbar sind, so daß für alle Anwendungsarten nur eine einzige Anpaßschaltung zu fertigen ist. Dieses vereinfacht den Entwicklungsaufwand und verringert Fertigungs- und Lagerhaltungskosten.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen
Anpaßschaltung möglich. Besonders vorteilhaft ist, daß die vorgesehenen Mittel derart dimensioniert sind, daß sie für alle vorkommenden Spannungsarten verwendbar ist.
Besonders vorteilhaft ist für die Anpaßschaltung eine
Diodenschaltung, vorzugsweise in einer Brückenschaltung zu verwenden, da somit auch Wechselspannungssignale auf einem Gleichspannungspegel umsetzbar sind.
Um bei den unterschiedlichen Spannungspegeln eine
Überlastung des Eingangs des nachgeschalteten Bauteils zu vermeiden, ist vorteilhaft ein Strombegrenzer vorgesehen, der eine aktive Haltleiterschaltung aufweist. Durch Verwendung einer aktiven Halbleiterschaltung wächst mit zunehmender Spannungsamplitude die Verlustleitstung über den Strombegrenzer nur proportional zur Spannung. Bei einem Widerstand als Strombegrenzer würde die Verlustleistung dagegen mit zunehmender Spannung mit dem Quadrat des Stromes zunehmen und somit unvorteilhaft viel Wärme erzeugen. Um eine Potentialtrennung zwischen der Steuerspannung und der EingangsSpannung des nachgeschalteten Bauteils zu erreichen, wird vorteilhaft an die Ausgangsklemmen der Anpaßschaltung ein Optokoppler geschaltet.
Eine besonders vorteilhafte Anwendung dieser Anpaßschaltung ergibt sich in Steuerschaltungen, insbesondere bei der Steuerung von Signalanlagen oder Verkehrsampelanlagen.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 einen Stromlaufplan der Anpaßschaltung, Figur 2 zeigt einen Optokoppler und Figur 3 zeigt einen Stromlaufplan einer aktiven Strombegrenzung.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Der Stromlaufplan gemäß der Figur 1 zeigt die prinzipielle Anordnung der erfindungsgemäßen Anpaßschaltung. Eine als Brückenschaltung ausgebildete Diodenschaltung 1 ist mit ihren Eingangsklemmen 5 und 6 mit einer Steuerspannung U^ verbunden. Die Ausgänge der Diodenschaltung l sind über einen Knoten 9 und eine aktive Strombegrenzung 2 mit einer Ausgangsklemme 7 bzw. einer Ausgangsklemme 8 verbunden. An die beiden Ausgangsklemmen 7, 8 wird nachfolgend ein Eingang eines elektronischen Bauteils oder einer elektronischen Baugruppe 3 geschaltet. Dabei ist vorzugsweise die Ausgangsklemme 8 als Masseleitung ausgebildet. Die
Diodenschaltung 1 ist derart ausgebildet, daß sie als Steuerspannung U]_ beispielsweise sowohl eine 220-V- Wechselspannung oder auch eine 5-V-Gleichspannung aufnehmen kann. Die Spannung wird gleichgerichtet und über die aktive Strombegrenzung 2 an die Ausgangsklemmen 7, 8 übertragen, so daß sie als Spannung U2 einen Lastwiderstand 3 speist. Der Lastwiderstand ist dabei der Eingangswiderstand des nachgeschalteten Bauteils bzw. der Baugruppe. Anstelle der Diodenbrückenschaltung ist beispielsweise auch eine einfache Gleichrichterschaltung oder im einfachsten Fall kein Gleichrichter vorgesehen, wenn die Verwendung der Anpaßschaltung grundsätzlich nur für Gleichspannungen vorgesehen ist.
In weiterer Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß dann, wenn eine galvanische Trennung zwischen der Steuerspannung U]_ und der AusgangsSpannung U2 vorgesehen ist, an die Ausgangsklemmen 7, 8 ein Optokoppler 20 geschaltet ist. Der Optokoppler 20 ist dabei mit seinen Eingangsklemmen 24, 25 gemäß der Figur 2 an die
Ausgangsklemmen 7, 8 geschaltet, so daß die Leuchtdiode 22 vom Strom i der aktiven Strombegrenzung 2 durchflössen wird. Entsprechend des Stromes i sendet die Leuchtdiode 22 Lichtsignale an den Fototransistor 21, der über seine Kollektor-Emitter-Strecke die Klemmen 26, 27 durchschaltet. Es ist klar, daß die Klemmen 26, 27 entsprechend versorgt werden müssen.
Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer aktiven Strombegrenzung 2, die zwischen den Anschlüssen 9 und 7 gemäß der Figur 1 geschaltet ist. Die aktive Strombegrenzung
2 gemäß der Figur 3 weist zwei gegengekoppelte Transistoren 30, 31 auf, wobei der zweite Transistor 31 mit seiner Basis- Kollektor-Strecke der Emitter-Basis-Strecke des ersten Transistors 30 parallelgeschaltet ist. Der erste Transistor
30 ist kollektorseitig mit der Klemme 9 verbunden. Desweiteren ist zwischen der Klemme 9 und der Basis des ersten Transistors 30 ein erster Widerstand 32 geschaltet. Parallel zur Basis-Emitter-Strecke des zweiten Transistors 31 ist im Emitterstrompfad des ersten Transistors 30 ein zweiter Widerstand 33 geschaltet. Der Emitter-Ausgang des zweiten Transistors 31 ist auf die Ausgangsklemme 7 geschaltet.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, anstelle der bipolaren Transistoren MOSFET-Transistoren zu verwenden. Bei der Auswahl der Transistoren 30, 31 ist im Hinblick auf die mögliche Steuerspannung auf die Spannungsfestigkeit der beiden Transistoren 30, 31 zu achten.
Im folgenden wird die Funktionsweie dieser Anordnung beschrieben. Bei relativ kleiner Steuerspannung U]_ stellt sich an der Klemme 9 eine entsprechend kleine Spannung ein, die zu einem Strom i führt. Die Spannung an der Klemme 9 muß mindestens so groß sein, daß der erste Transistor 30 aktiv geschaltet ist, so daß der Strom i fließen kann. Der Strom i bewirkt am zweiten Widerstand 33 einen kleinen Spannungsabfall über die Basis-Emitter-Strecke des zweiten Transistors 31, so daß dieser gesperrt ist. An der
Ausgangsklemme 7 ergibt sich somit ein relativ kleiner Strom mit einer begrenzten Spannung. Steigt dagegen an der Klemme 9 die Spannung an, dann wird mit zunehmendem Strom i der Spannungsabfall am zweiten Widerstand 33 größer, so daß der zweite Transistor 31 zunehmend in den leitenden Zustand übergeht. Bei einem bestimmten Strom i wird der zweite Transistor 31 leitend und sperrt den ersten Transistor 30. Dadurch wird der Strom i auf einen maximalen Wert, der durch den zweiten Widerstand 33 einstellbar ist, begrenzt. Der zweite Widerstand 33 kann so dimensioniert werden, daß die
Anpaßschaltung 2 für einen weiten Bereich der Steuerspannung U^ verwendbar ist.

Claims

Ansprüche
1. Anpaßschaltung mit zwei Eingangsklemmen und zwei Ausgangsklemmen, wobei an den Ausgangsklemmen eine Steuerspannung für ein elektronisches Bauteil oder eine Baugruppe abgreifbar ist, dadurch gekennzeichnet, - daß zwischen den Eingangsklemmen (5, 6) und den Ausgangsklemmen (7, 8) Mittel (1) zur Übertragung einer variablen Spannung mit einem weiten Spannungsbereich vorgesehen sind und - daß die Mittel (1) einen verlustarmen Strombegrenzer (2) aufweisen, der den an den Ausgangsklemmen (7, 8) verfügbaren Strom (i) auf einen vorgegebenen Wert begrenzt.
2. Anpaßschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (1) derart dimensioniert sind, daß sie von einer Wechsel- und/oder Gleichspannung versorgbar sind.
3. Anpaßschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (1) eine Diodenschaltung, vorzugsweise in Brückenschaltung, aufweisen.
4. Anpaßschaltung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Strombegrenzer (2) eine aktive Halbleiterschaltung aufweist.
5. Anpaßschaltung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgangsklemmen (7, 8) ein Optokoppler (20) derart geschaltet ist, daß dessen Leuchtdiode (22) von der Strombegrenzung (2) versorgbar ist.
6. Anpaßschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ausgang (26, 27) des Optokopplers (20) an einen Eingang des elektronischen Bauteils bzw. der Baugruppe (3) schaltbar ist.
7. Anpaßschaltung nach einem der vorherigen Ansprüche gekennzeichnet durch die Verwendung in einer Steuerschaltung für eine Signalanlage, vorzugsweise einer Verkehrs- Ampelanlage.
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