WO2010012445A1 - Circuitry for power limiting of an electronic assembly - Google Patents

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WO2010012445A1
WO2010012445A1 PCT/EP2009/005445 EP2009005445W WO2010012445A1 WO 2010012445 A1 WO2010012445 A1 WO 2010012445A1 EP 2009005445 W EP2009005445 W EP 2009005445W WO 2010012445 A1 WO2010012445 A1 WO 2010012445A1
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voltage
unit
line
power
power supply
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PCT/EP2009/005445
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German (de)
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Inventor
Andreas Lemke
Original Assignee
Msa Auer Gmbh
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/008—Intrinsically safe circuits

Definitions

  • Circuit arrangement for limiting the power of an electronic module
  • the invention relates to power limiting circuitry of an electronic subassembly having a power supply unit, a voltage boosting unit and a power limiting unit connected to the output lead between the voltage boosting unit and the electronic subassembly.
  • a circuit is z. B. used as a movement or deadman in firefighters.
  • the power limiting unit consists of a resistor connected in the output line between the voltage increase unit and the electronic module as a current limiting element and two connected between the output line and the ground, Zener diodes connected in parallel as voltage limiting elements.
  • Zener diodes work as overvoltage protection or voltage limiting elements too imprecise and are as passive components large and expensive to manufacture.
  • the known circuit arrangement has by the Zener diodes function restrictions for the electronic module, in battery operation a reduced operating time because of their electrical power loss and a resulting poor dynamic behavior.
  • the invention is therefore an object of the invention to provide a circuit arrangement of the generic type for power limitation of an electronic module, in which these disadvantages are eliminated.
  • the invention provides that the power limiting unit has at least one voltage detector for detecting an overvoltage and for outputting a switching signal when a threshold value of the overvoltage is exceeded, and at least one in the supply line between the power supply unit and the voltage booster unit is provided with the voltage detector via a shut-off switching element connected, which is used to interrupt the power supply to the electronic module due to a switching signal of the voltage detector when exceeding the threshold value of the overvoltage.
  • the voltage to be limited is monitored by active components. If the voltage rises above a defined threshold value, the power supply unit is switched off. It can be provided a close shutdown window. It eliminates a high energy expenditure. One of the power supply unit downstream fuse does not respond. With the circuit arrangement according to the invention, the safety regulations on the explosion protection resulting and required limitation of the voltage in the circuit arrangement, without the disadvantages of the known circuit arrangements occur.
  • the power limiting unit has two voltage detectors and in the supply line between the power supply unit and the voltage booster unit, two switching elements are connected in series and each connected to a voltage detector via a respective cut-off line. This achieves twice the safety required for explosion protection.
  • each voltage detector has a component with an internal reference source and a voltage divider for realizing the threshold value. Furthermore, a reverse polarity protection is arranged between the power supply unit and the switching elements.
  • the voltage detectors are designed as STM1061 components and the switches and the reverse polarity protection as field effect transistors (MOSFET).
  • Fig. 2 is a block diagram of the circuit arrangement according to the invention and Fig. 3 shows the embodiment of the circuit arrangement according to the invention.
  • the circuit arrangement according to the prior art according to FIG. 1 for limiting the power of an electronic module 1 comprises a power supply unit 2 in the form of a battery with a delivery voltage of z. B. 3V, a voltage booster unit 3 for generating a higher voltage of z. B. 5V, an output line 4 between the voltage booster unit 3 and the electronic module 1, a switched-on in the output line 4 resistor 5 and two in the output line 4 branched lines 6, 7 used parallel Zener diodes 8, 9th
  • the resistor 5 and the two Zener diodes 8, 9 form a power limiting unit 10 for current and voltage limiting.
  • the Zener diodes 8, 9 reduce an overvoltage generated by the voltage booster unit 3 in the event of a fault by heat, which can be dissipated only with great effort.
  • the Zener diodes 8, 9 work as voltage limiting and overvoltage protection elements too inaccurate and are as passive components large and expensive to manufacture.
  • the block diagram of Fig. 2 shows the electronic module 20, in particular for a motion / dead man's alarm for firefighters, which is associated with the explosion-proof circuit arrangement.
  • This consists of a power supply unit 21, two in a supply line 22 in series switching elements 23, 24, a booster unit 25 which is connected via an output line 26 to the electronic module 20, and a power limiting unit 27, which is connected via a voltage return line 28 with the leading to the electronic module 20 output line 26 and two Abschalt Oberen 29, 30 with the switching elements 23, 24.
  • the power limiting unit 27 includes two voltage detectors 31, 32, not shown in FIG. 2, which are connected to one of the two cutoff lines 29, 30 and thus to the switching elements 23, 24.
  • the voltage supplied by the power supply unit 21 in the form of a 3V battery is increased by the voltage booster unit 25 to 5V and supplied to the electronic module 20 without loss.
  • the voltage booster unit 25 With the parallel connected, active components forming voltage detectors 31, 32 of the power limiting unit 27, the voltage to be limited is monitored. If this rises above a defined threshold of z. B. 5.8V, so there is a shutdown by at least one of the switching elements 23, 24 and thus the power supply unit 21.
  • By using two voltage detectors 31, 32 in the power limiting Unit 27 is achieved a double security in the event of failure of one of the voltage detectors.
  • the power supply unit 21 in the form of a 3V battery, the supply line 22, the output line 26, the.
  • the voltage return line 28 As in the block diagram of FIG Shutdown lines 29, 30, the voltage return line 28, the switching elements 23, 24, the booster unit 25 and the power limiting unit 27 with the two voltage detectors 31, 32 present.
  • a fuse element 33 and a reverse polarity protection element 34 are additionally inserted between the power supply unit 21 and the two switching elements 23, 24.
  • the line section 22b of the supply line 22 connects the second switching element 24 to the voltage boosting unit 25.
  • MOSFET field effect transistors
  • ground G terminals of the two switching elements 23, 24 are connected to the associated cut-off lines 29, 30 and thus to the outputs of the two voltage detectors 31, 32.
  • the booster unit 25 is connected between a connection point 36 in the supply line 22 and a connection point 37 in the output line 26 electronic module 20 is turned on.
  • the voltage increase unit 25 comprises a voltage amplifier 38 of the type NCP 1421 whose supply voltage input BAT is connected to the supply line 22 and whose output OUT is connected to the output line 26.
  • the output LX is connected back to the supply line 22 via an inductance coil 39, which supplies the output voltage of 3V from the power supply unit 21 via the connection point 36.
  • the coil 39 causes by means of its inductance together with the designed as a switching regulator voltage amplifier 38, the voltage increase to the working voltage of 5V, which is supplied via the output line 26 and the connection point 37 of the electronic module 20.
  • a ring line 40 connected to the ground GND connects a capacitor C120 and two further capacitors C124 and C125 as well as a resistor R123 and two further resistors R121 and R122 of a voltage divider 45 to ground GND.
  • the on / off switching terminal EN of the voltage amplifier 38 is connected via the resistor R123 to the ring line 40 and via the parallel-connected capacitor C121 to the ground GND.
  • the reference voltage output REF is connected to the loop 40 via a capacitor C122.
  • the ground output GND is connected to ground GND.
  • the feedback output FB is connected to the output line 26 via a capacitor C123.
  • the voltage divider 45 of the resistors R121 and R122 is connected between the output line 26 and the ring line 40. Parallel to the resistor R121, the capacitor C123 is connected.
  • the voltage divider 45 serves to set the output voltage of 5V in the output line 26 to the electronic module 20.
  • the output limiting unit 27 which is connected via the voltage return line 28 to the connection point 37 in the output line 26 to the electronic module 20, is provided as the intended voltage of 5V.
  • the power limiting unit 27 comprises the two voltage detectors 31 and 32 connected in parallel, the cutoff lines 29 and 30 of which are connected to the switching elements 23 and 24 inserted into the supply line 22.
  • the voltage detectors 31, 32 are constructed identically and will be described together below.
  • Each voltage detector 31, 32 comprises an STM1061 component 41, 42 whose output OUT is connected to the cutoff line 29, 30.
  • the voltage feedback line 28 is connected to the cutoff line 29, 30 via a diode D105, D106 and a voltage divider 43, 44 consisting of the resistors R107, R124, R108 and R109.
  • the center of the voltage divider 43, 44 is connected to the operating voltage input VCC of the device 41, 42 and connected via a capacitor C104, C107 to the ground input GND and the ground GND. Between the diode D105, D106 and the ground GND, another capacitor C104, C107 is turned on.
  • the function of the STM1061 device 41, 42 is similar to that of a comparator with an internal reference source.
  • the reference voltage used here is 3.8V (STM1061 - N38WX6F). Therefore, the voltage divider 43, 44 of the resistors R107, R124 and R108, R109 is provided to realize a threshold of greater than 3.8V.
  • the resistors of the voltage divider 43, 44 serve as pull-up resistors of the Open Drain Active-Low Output.
  • the two switching elements 23, 24 and the Verpolungsschutz- element 34 are formed as a self-locking p-channel MOSFETs (IRLMS6802).
  • the output voltage of the voltage amplifier 38 must be limited to a maximum value of 5.8 V for reasons of explosion safety of the circuit arrangement. This is realized with the voltage detector 31, 32 and the switching element 23, 24 in the supply line 22. Increases the output voltage of the voltage amplifier 25 at the connection point 37 above the threshold value of the voltage detector 31, 32, it outputs via the cut-off line 29, 30 an output signal which blocks the associated switching element 23, 24 and the supply line 22 to the voltage amplifier 38 interrupts. This has the consequence that the output voltage of the voltage amplifier 38 decreases again.
  • the two parallel voltage detectors 31, 32 are provided which operate independently of each other. This results in a double safety required for the explosion protection for the circuit arrangement.
  • the entire circuit is potted in a concrete embodiment, not shown.

Landscapes

  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
  • Protection Of Static Devices (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

Circuitry for power limiting of an electronic assembly comprises units for power generation, for voltage amplification and for power limiting.  In known apparatus the power limiting unit is populated with resistors and Zener diodes which are only conditionally useful due to the large amount of heat occurring in case of a fault.  The invention provides that the power limiting unit (27) has a voltage detector (31, 32) to determine any over-voltage and to output a switching signal if a threshold value of over-voltage is exceeded, and in the supply line (22) between the power supply unit (21) and the voltage amplifier unit (25) there is a switching element (23, 24) connected to the voltage detector (31, 32) via a switch-off line (29, 30).

Description

Schaltungsanordnung zur Leistungsbegrenzung einer elektronischen BaugruppeCircuit arrangement for limiting the power of an electronic module
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Leistungsbegrenzung einer elektronischen Baugruppe, mit einer Energieversorgungs-Einheit, mit einer Spannungs- erhöhungs-Einheit und mit einer Leistungsbegrenzungs- Einheit, die an die Ausgangsleitung zwischen der Spannungserhöhungs-Einheit und der elektronischen Baugruppe angeschlossen ist. Eine solche Schaltungsanordnung wird z. B. als Bewegungs- oder Totmannmelder bei Feuerwehrleuten eingesetzt .The invention relates to power limiting circuitry of an electronic subassembly having a power supply unit, a voltage boosting unit and a power limiting unit connected to the output lead between the voltage boosting unit and the electronic subassembly. Such a circuit is z. B. used as a movement or deadman in firefighters.
Bei einer bekannten Schaltungsanordnung dieser Art zur Bewirkung eines Explosionsschutzes für den Fall einer Überspannung besteht die Leistungsbegrenzungs-Einheit aus einem in die Ausgangsleitung zwischen der Spannungs- erhöhungs-Einheit und der elektronischen Baugruppe eingeschalteten Widerstand als Strombegrenzungselement und zwei zwischen der Ausgangsleitung und der Masse eingeschalteten, parallel geschalteten Zenerdioden als Spannungsbegrenzungselemente. Diese bauen eine von der Spannungserhöhungs-Einheit im Fehlerfalle erzeugte Überspannung durch Wärme ab, die nur aufwändig abgeführt werden kann. Die Zenerdioden arbeiten als Überspannungs- schutz- bzw. Spannungsbegrenzungselemente zu ungenau und sind als passive Bauelemente groß und teuer in der Herstellung. Außerdem kann eine der Energieversorgungs- Einheit nachgeschaltete Sicherung durchbrennen und damit die Schaltungsanordnung außer Funktion setzen, so dass die zugeordnete elektronische Baugruppe nicht mehr mit Energie versorgt werden kann. Die bekannte Schaltungsanordnung hat durch die Zenerdioden Funktionseinschränkungen für die elektronische Baugruppe, bei Batteriebetrieb eine reduzierte Betriebszeit wegen ihrer elektrischen Verlustleistung und ein daraus resultierendes schlechtes dynamisches Verhalten.In a known circuit arrangement of this kind for effecting an explosion protection in the event of an overvoltage, the power limiting unit consists of a resistor connected in the output line between the voltage increase unit and the electronic module as a current limiting element and two connected between the output line and the ground, Zener diodes connected in parallel as voltage limiting elements. These build a generated by the voltage booster unit in the event of an error overvoltage by heat, which can be dissipated only consuming. The Zener diodes work as overvoltage protection or voltage limiting elements too imprecise and are as passive components large and expensive to manufacture. In addition, one of the power supply unit downstream fuse blow and thus put the circuit inoperative, so that the assigned electronic module can not be powered with energy. The known circuit arrangement has by the Zener diodes function restrictions for the electronic module, in battery operation a reduced operating time because of their electrical power loss and a resulting poor dynamic behavior.
Der Erfindung liegt von daher die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der gattungsgemäßen Art zur Leistungs- begrenzung einer elektronischen Baugruppe zu schaffen, bei der diese Nachteile behoben sind.The invention is therefore an object of the invention to provide a circuit arrangement of the generic type for power limitation of an electronic module, in which these disadvantages are eliminated.
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, dass die Leistungsbegrenzungs-Einheit mindestens einen Spannungsdetektor zur Ermittlung einer Überspannung und zur Ausgabe eines Schaltsignals beim Überschreiten eines Schwellwertes der Überspannung aufweist und dass in der Versorgungsleitung zwischen der Energieversorgungs-Einheit und der Spannungserhöhungs-Einheit mindestens ein mit dem Spannungsdetektor über eine Abschaltleitung verbundenes Schaltelement vorgesehen ist, das zum Unterbrechen der Energieversorgung zur elektronischen Baugruppe aufgrund eines Schaltsignals des Spannungsdetektors beim Überschreiten des Schwellwertes der Überspannung dient.To achieve this object, the invention provides that the power limiting unit has at least one voltage detector for detecting an overvoltage and for outputting a switching signal when a threshold value of the overvoltage is exceeded, and at least one in the supply line between the power supply unit and the voltage booster unit is provided with the voltage detector via a shut-off switching element connected, which is used to interrupt the power supply to the electronic module due to a switching signal of the voltage detector when exceeding the threshold value of the overvoltage.
Erfindungsgemäß wird die zu begrenzende Spannung mit aktiven Bauelementen überwacht . Steigt die Spannung über einen definierten Schwellwert an, erfolgt eine Abschaltung der Energieversorgungs-Einheit. Es kann ein enges Abschaltfenster vorgesehen werden. Es entfällt ein hoher Energieumsatz. Eine der Energieversorgungs-Einheit nachgeschaltete Sicherung spricht nicht an. Mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung wird die aus Sicherheitsbestimmungen über den Explosionsschutz resultierende und erforderliche Begrenzung der Spannung in der Schaltungsanordnung erfüllt, ohne dass die Nachteile der bekannten Schaltungsanordnungen auftreten.According to the invention, the voltage to be limited is monitored by active components. If the voltage rises above a defined threshold value, the power supply unit is switched off. It can be provided a close shutdown window. It eliminates a high energy expenditure. One of the power supply unit downstream fuse does not respond. With the circuit arrangement according to the invention, the safety regulations on the explosion protection resulting and required limitation of the voltage in the circuit arrangement, without the disadvantages of the known circuit arrangements occur.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. So weist erfindungsgemäß die Leistungsbegrenzungs-Einheit zwei Spannungsdetektoren auf und in der Versorgungsleitung zwischen der Energieversorgungs-Einheit und der Spannungserhöhungs-Einheit sind zwei Schaltelemente in Reihe geschaltet und mit je einem Spannungsdetektor über je eine Abschaltleitung verbunden. Damit wird eine für den Explosionsschutz erforderliche doppelte Sicherheit erreicht.Further advantageous embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims. Thus, according to the invention, the power limiting unit has two voltage detectors and in the supply line between the power supply unit and the voltage booster unit, two switching elements are connected in series and each connected to a voltage detector via a respective cut-off line. This achieves twice the safety required for explosion protection.
In noch weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist jeder Spannungsdetektor ein Bauelement mit interner Referenzquelle und einen Spannungsteiler zur Realisierung des Schwellwertes auf. Ferner ist zwischen der Energie- versorgungs-Einheit und den Schaltelementen ein Verpolungsschutz angeordnet.In a further embodiment of the invention, each voltage detector has a component with an internal reference source and a voltage divider for realizing the threshold value. Furthermore, a reverse polarity protection is arranged between the power supply unit and the switching elements.
Schließlich sind die Spannungsdetektoren als STM1061- Bauelemente und die Schalter und der Verpolungsschutz als Feldeffekttransistoren (MOSFET) ausgebildet.Finally, the voltage detectors are designed as STM1061 components and the switches and the reverse polarity protection as field effect transistors (MOSFET).
Die Erfindung ist nachfolgend an Hand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles einer Schaltungsanordnung zur Leistungsbegrenzung einer elektronischen Baugruppe näher erläutert. Es zeigt:The invention is explained in more detail below with reference to an embodiment of a circuit arrangement shown in the drawings for limiting the power of an electronic module. It shows:
Fig. 1 eine Schaltungsanordnung gemäß dem Stand der Technik,1 shows a circuit arrangement according to the prior art,
Fig. 2 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung und Fig. 3 das Ausführungsbeispiel der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung.Fig. 2 is a block diagram of the circuit arrangement according to the invention and Fig. 3 shows the embodiment of the circuit arrangement according to the invention.
Die Schaltungsanordnung gemäß dem Stand der Technik nach Fig. 1 zur Leistungsbegrenzung einer elektronischen Baugruppe 1 umfasst eine Energieversorgungs-Einheit 2 in Form einer Batterie mit einer AbgabeSpannung von z. B. 3V, eine Spannungserhöhungs-Einheit 3 zur Erzeugung einer höheren Spannung von z. B. 5V, eine Ausgangsleitung 4 zwischen der Spannungserhöhungs-Einheit 3 und der elektronischen Baugruppe 1, einen in die AusgangsIeitung 4 eingeschalteten Widerstand 5 und zwei in von der Ausgangs- leitung 4 abzweigende Leitungen 6, 7 eingesetzte, parallel geschaltete Zenerdioden 8, 9. Der Widerstand 5 und die beiden Zenerdioden 8, 9 bilden eine Leistungsbegrenzungs- Einheit 10 zur Strom- und Spannungsbegrenzung.The circuit arrangement according to the prior art according to FIG. 1 for limiting the power of an electronic module 1 comprises a power supply unit 2 in the form of a battery with a delivery voltage of z. B. 3V, a voltage booster unit 3 for generating a higher voltage of z. B. 5V, an output line 4 between the voltage booster unit 3 and the electronic module 1, a switched-on in the output line 4 resistor 5 and two in the output line 4 branched lines 6, 7 used parallel Zener diodes 8, 9th The resistor 5 and the two Zener diodes 8, 9 form a power limiting unit 10 for current and voltage limiting.
Die Zenerdioden 8, 9 bauen eine von der Spannungserhöhungs-Einheit 3 im Fehlerfalle erzeugte Überspannung durch Wärme ab, die nur mit großem Aufwand abgeführt werden kann. Die Zenerdioden 8, 9 arbeiten als Spannungsbegrenzungs- und Überspannungsschutzelemente zu ungenau und sind als passive Bauelemente groß und teuer in der Herstellung. Außerdem kann eine der Energieversorgungs-Einheit 2 nachgeschaltete, nicht dargestellte Sicherung durchbrennen und die Schaltungsanordnung außer Funktion setzen, so dass die elektronische Baugruppe 1 nicht mehr mit Energie versorgt werden kann. Aufgrund der Verwendung von Zenerdioden resultieren Funktionseinschränkungen für die angeschlossenen elektronische Baugruppe, bei Batteriebetrieb eine reduzierte Betriebszeit wegen einer elektrischen Verlustleistung und insgesamt ein schlechtes dynamisches Verhalten. Zur Behebung dieser Nachteile ist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung gemäß den Fig. 2 und 3 vorgesehen.The Zener diodes 8, 9 reduce an overvoltage generated by the voltage booster unit 3 in the event of a fault by heat, which can be dissipated only with great effort. The Zener diodes 8, 9 work as voltage limiting and overvoltage protection elements too inaccurate and are as passive components large and expensive to manufacture. In addition, one of the power supply unit 2 downstream blown fuse, not shown, and put the circuit inoperative, so that the electronic module 1 can not be supplied with energy. Due to the use of Zener diodes result in functional restrictions for the connected electronic module, in battery operation a reduced operating time due to electrical power loss and overall poor dynamic behavior. To remedy these disadvantages, the circuit arrangement according to the invention as shown in FIGS. 2 and 3 is provided.
Das Blockschaltbild nach Fig. 2 zeigt die elektronische Baugruppe 20, insbesondere für einen Bewegungs- /Totmannmelder für Feuerwehrleute, welcher die explosionsgesicherte Schaltungsanordnung zugeordnet ist. Diese besteht aus einer Energieversorgungs-Einheit 21, zwei in einer Versorgungssleitung 22 in Reihe geschalteten Schaltelementen 23, 24, einer Spannungserhöhungs-Einheit 25, die über eine Ausgangsleitung 26 mit der elektronischen Baugruppe 20 verbunden ist, und einer Leistungs- begrenzungs-Einheit 27, die über eine Spannungs-Rückführungsleitung 28 mit der zur elektronischen Baugruppe 20 führenden Ausgangsleitung 26 und über zwei Abschaltleitungen 29, 30 mit den Schaltelementen 23, 24 verbunden ist. Die Leistungsbegrenzungs-Einheit 27 enthält zwei in Fig. 2 nicht dargestellte parallel geschaltete Spannungs- detektoren 31, 32, die mit jeweils einer der beiden Abschaltleitungen 29, 30 und somit mit den Schaltelementen 23, 24 verbunden sind.The block diagram of Fig. 2 shows the electronic module 20, in particular for a motion / dead man's alarm for firefighters, which is associated with the explosion-proof circuit arrangement. This consists of a power supply unit 21, two in a supply line 22 in series switching elements 23, 24, a booster unit 25 which is connected via an output line 26 to the electronic module 20, and a power limiting unit 27, which is connected via a voltage return line 28 with the leading to the electronic module 20 output line 26 and two Abschaltleitungen 29, 30 with the switching elements 23, 24. The power limiting unit 27 includes two voltage detectors 31, 32, not shown in FIG. 2, which are connected to one of the two cutoff lines 29, 30 and thus to the switching elements 23, 24.
Die von der Energieversorgungs-Einheit 21 in Form einer 3V-Batterie gelieferte Spannung wird von der Spannungserhöhungs-Einheit 25 auf 5V erhöht und der elektronischen Baugruppe 20 ohne Verluste zugeleitet. Mit den parallel geschalteten, aktive Komponenten bildenden Spannungsdetektoren 31, 32 der Leistungsbegrenzungs- Einheit 27 wird die zu begrenzende Spannung überwacht. Steigt diese über einen definierten Schwellwert von z. B. 5,8V an, so erfolgt eine Abschaltung durch mindestens eines der Schaltelemente 23, 24 und damit der Energieversorgungs-Einheit 21. Durch Verwendung zweier Spannungsdetektoren 31, 32 in der Leistungsbegrenzungs- Einheit 27 wird eine doppelte Sicherheit für den Fall des Ausfalls einer der Spannungsdetektoren erreicht.The voltage supplied by the power supply unit 21 in the form of a 3V battery is increased by the voltage booster unit 25 to 5V and supplied to the electronic module 20 without loss. With the parallel connected, active components forming voltage detectors 31, 32 of the power limiting unit 27, the voltage to be limited is monitored. If this rises above a defined threshold of z. B. 5.8V, so there is a shutdown by at least one of the switching elements 23, 24 and thus the power supply unit 21. By using two voltage detectors 31, 32 in the power limiting Unit 27 is achieved a double security in the event of failure of one of the voltage detectors.
Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zur Leistungs- begrenzung der elektronischen Baugruppe 20 sind - wie im Blockschaltbild nach Fig. 2 - die Energieversorgungs- Einheit 21 in Form einer 3V-Batterie, die Versorgungsleitung 22, die Ausgangsleitung 26, die Abschaltleitungen 29, 30, die Spannungs-Rückführungsleitung 28, die Schaltelemente 23, 24, die Spannungserhöhungs-Einheit 25 und die Leistungsbegrenzungs-Einheit 27 mit den beiden Spannungs- detektoren 31, 32 vorhanden. In den Leitungsabschnitt 22a der Versorgungsleitung 22 sind zwischen der Energiever- sorgungs-Einheit 21 und den beiden Schaltelementen 23, 24 zusätzlich ein Sicherungselement 33 und ein Verpolungs- schutzelement 34 eingesetzt. Der Leitungsabschnitt 22b der Versorgungsleitung 22 verbindet das zweite Schaltelement 24 mit der Spannungsverstärkungs-Einheit 25.3, the power supply unit 21 in the form of a 3V battery, the supply line 22, the output line 26, the. As in the block diagram of FIG Shutdown lines 29, 30, the voltage return line 28, the switching elements 23, 24, the booster unit 25 and the power limiting unit 27 with the two voltage detectors 31, 32 present. In the line section 22a of the supply line 22, a fuse element 33 and a reverse polarity protection element 34 are additionally inserted between the power supply unit 21 and the two switching elements 23, 24. The line section 22b of the supply line 22 connects the second switching element 24 to the voltage boosting unit 25.
Die beiden Schaltelemente 23, 24 und der VerpolungsschutzThe two switching elements 23, 24 and the reverse polarity protection
34 sind als Feldeffekttransitoren (MOSFET) ausgebildet und mit den Drain-D-Anschlüssen und den Source-S-Anschlüssen mit der Versorgungsleitung 22 bzw. deren Leitungs- abschnitten 22a, 22b verbunden. Der Ground-G-Anschluss des Verpolungsschutzelementes 34 ist mittels einer auch mit der Energieversorgungs-Einheit 21 verbundenen Masseleitung34 are formed as field effect transistors (MOSFET) and connected to the drain-D terminals and the source-S terminals to the supply line 22 and their line sections 22a, 22b. The ground G terminal of the reverse connection protection element 34 is connected by means of a ground line also connected to the power supply unit 21
35 mit der Masse GND verbunden. Die Ground-G-Anschlüsse der beiden Schaltelemente 23, 24 sind mit den zugehörigen Abschaltleitungen 29, 30 und somit mit den Ausgängen der beiden Spannungsdetektoren 31, 32 verbunden.35 connected to the ground GND. The ground G terminals of the two switching elements 23, 24 are connected to the associated cut-off lines 29, 30 and thus to the outputs of the two voltage detectors 31, 32.
Die Spannungserhöhungs-Einheit 25 ist zwischen einem Anschlusspunkt 36 in der Versorgungsleitung 22 und einem Anschlusspunkt 37 in der AusgangsIeitung 26 zur elektronischen Baugruppe 20 eingeschaltet. Die Spannungs- erhöhungs-Einheit 25 umfasst einen Spannungsverstärker 38 vom TYP NCP 1421, dessen Versorgungsspannungseingang BAT mit der Versorgungsleitung 22 und dessen Ausgang OUT mit der Ausgangsleitung 26 verbunden sind. Der Ausgang LX ist über eine Induktivitäts-Spule 39 zur Versorgungsleitung 22 zurückverbunden, welche über den Anschlusspunkt 36 die AusgangsSpannung von 3V von der Energieversorgungs-Einheit 21 liefert. Die Spule 39 bewirkt mittels ihrer Induktivität zusammen mit dem als Schaltregler ausgebildeten Spannungsverstärker 38 die Spannungserhöhung auf die Arbeitsspannung von 5V, die über die Ausgangsleitung 26 und den Anschlusspunkt 37 der elektronischen Baugruppe 20 zugeführt wird.The booster unit 25 is connected between a connection point 36 in the supply line 22 and a connection point 37 in the output line 26 electronic module 20 is turned on. The voltage increase unit 25 comprises a voltage amplifier 38 of the type NCP 1421 whose supply voltage input BAT is connected to the supply line 22 and whose output OUT is connected to the output line 26. The output LX is connected back to the supply line 22 via an inductance coil 39, which supplies the output voltage of 3V from the power supply unit 21 via the connection point 36. The coil 39 causes by means of its inductance together with the designed as a switching regulator voltage amplifier 38, the voltage increase to the working voltage of 5V, which is supplied via the output line 26 and the connection point 37 of the electronic module 20.
Eine mit der Masse GND verbundene Ringleitung 40 verbindet einen Kondensator C120 und zwei weitere Kondensatoren C124 und C125 sowie einen Widerstand R123 und zwei weitere Widerstände R121 und R122 eines Spannungsteilers 45 mit der Masse GND. Der Ein-/Aus-Schaltanschluß EN des Spannungsverstärkers 38 ist über den Widerstand R123 mit der Ringleitung 40 und über den parallel geschalteten Kondensator C121 mit der Masse GND verbunden. Der Referenzspannungsausgang REF ist über einen Kondensator C122 mit der Ringleitung 40 verbunden. Der Masseausgang GND ist an Masse GND gelegt. Der Feedbackausgang FB ist über einen Kondensator C123 mit der Ausgangsleitung 26 verbunden. Der Spannungsteiler 45 aus den Widerständen R121 und R122 ist zwischen der Ausgangsleitung 26 und der Ringleitung 40 geschaltet. Parallel zum Widerstand R121 ist der Kondensator C123 geschaltet. Der Spannungsteiler 45 dient zum Einstellen der AusgangsSpannung von 5V in der Ausgangsleitung 26 zur elektronischen Baugruppe 20.A ring line 40 connected to the ground GND connects a capacitor C120 and two further capacitors C124 and C125 as well as a resistor R123 and two further resistors R121 and R122 of a voltage divider 45 to ground GND. The on / off switching terminal EN of the voltage amplifier 38 is connected via the resistor R123 to the ring line 40 and via the parallel-connected capacitor C121 to the ground GND. The reference voltage output REF is connected to the loop 40 via a capacitor C122. The ground output GND is connected to ground GND. The feedback output FB is connected to the output line 26 via a capacitor C123. The voltage divider 45 of the resistors R121 and R122 is connected between the output line 26 and the ring line 40. Parallel to the resistor R121, the capacitor C123 is connected. The voltage divider 45 serves to set the output voltage of 5V in the output line 26 to the electronic module 20.
Da die Induktivität der Spule 39 im Fehlerfalle auch eine wesentlich höhere AusgangsSpannung erzeugen kann, als die vorgesehene Spannung von 5V, ist die Leistungsbegren- zungs-Einheit 27 vorgesehen, die über die Spannungs- rückführungs-Leitung 28 mit dem Anschlusspunkt 37 in der Ausgangsleitung 26 zur elektronischen Baugruppe 20 verbunden ist. Die Leistungsbegrenzungs-Einheit 27 umfasst die beiden parallel geschalteten Spannungsdetektoren 31 und 32, deren Abschaltleitungen 29 bzw. 30 mit den in die Versorgungsleitung 22 eingesetzten Schaltelementen 23 bzw. 24 verbunden sind. Die Spannungsdetektoren 31, 32 sind identisch aufgebaut und werden nachfolgend gemeinsam beschrieben.Since the inductance of the coil 39 in case of failure, a The output limiting unit 27, which is connected via the voltage return line 28 to the connection point 37 in the output line 26 to the electronic module 20, is provided as the intended voltage of 5V. The power limiting unit 27 comprises the two voltage detectors 31 and 32 connected in parallel, the cutoff lines 29 and 30 of which are connected to the switching elements 23 and 24 inserted into the supply line 22. The voltage detectors 31, 32 are constructed identically and will be described together below.
Jeder Spannungsdetektor 31, 32 umfasst ein STM1061- Bauelement 41, 42, dessen Ausgang OUT mit der Abschalt- leitung 29, 30 verbunden ist. Die Spannungsrückführungs- Leitung 28 ist über eine Diode D105, D106 und einen aus den Widerständen R107, R124 bzw. R108 und R109 bestehenden Spannungsteiler 43, 44 an die Abschaltleitung 29, 30 geführt. Der Mittelpunkt des Spannungsteilers 43, 44 ist mit dem Betriebsspannungs-Eingang VCC des Bauelementes 41, 42 verbunden und über einen Kondensator C104, C107 mit dem Masse-Eingang GND und der Masse GND verbunden. Zwischen der Diode D105, D106 und der Masse GND ist ein weiterer Kondensator C104, C107 eingeschaltet.Each voltage detector 31, 32 comprises an STM1061 component 41, 42 whose output OUT is connected to the cutoff line 29, 30. The voltage feedback line 28 is connected to the cutoff line 29, 30 via a diode D105, D106 and a voltage divider 43, 44 consisting of the resistors R107, R124, R108 and R109. The center of the voltage divider 43, 44 is connected to the operating voltage input VCC of the device 41, 42 and connected via a capacitor C104, C107 to the ground input GND and the ground GND. Between the diode D105, D106 and the ground GND, another capacitor C104, C107 is turned on.
Die Funktion des STM1061-Bauelementes 41, 42 ähnelt der eines Komparators mit interner Referenzquelle. Die hier verwendete Referenzspannung beträgt 3,8V (STM1061 - N38WX6F) . Deshalb ist der Spannungsteiler 43, 44 aus den Widerständen R107, R124 bzw. R108, R109 vorgesehen, um einen Schwellwert von größer 3,8V zu realisieren. Zusätzlich dienen die Widerstände des Spannungsteiler 43, 44 als Pull-up Widerstände des Open Drain Active-Low Output. Die Widerstände des Spannungsteiler 43, 44 sind wie folgt dimensioniert: R107, R108 = 6,8K und R109, R 124 = 15K. Die beiden Schaltelemente 23, 24 und das Verpolungsschutz- element 34 sind als selbstsperrende p-Kanal MOSFETs (IRLMS6802) ausgebildet.The function of the STM1061 device 41, 42 is similar to that of a comparator with an internal reference source. The reference voltage used here is 3.8V (STM1061 - N38WX6F). Therefore, the voltage divider 43, 44 of the resistors R107, R124 and R108, R109 is provided to realize a threshold of greater than 3.8V. In addition, the resistors of the voltage divider 43, 44 serve as pull-up resistors of the Open Drain Active-Low Output. The resistances of the voltage divider 43, 44 are as follows dimensioned: R107, R108 = 6.8K and R109, R124 = 15K. The two switching elements 23, 24 and the Verpolungsschutz- element 34 are formed as a self-locking p-channel MOSFETs (IRLMS6802).
Die AusgangsSpannung des Spannungsverstärkers 38 muss aus Gründen der Explosionssicherheit der Schaltungsanordnung auf einen Maximalwert von 5,8V begrenzt werden. Dies wird mit dem Spannungsdetektor 31, 32 und dem Schaltelement 23, 24 in der Versorgungsleitung 22 realisiert. Steigt die AusgangsSpannung des Spannungsverstärkers 25 am Anschlusspunkt 37 über den Schwellwert des Spannungsdetektors 31, 32, so gibt dieser über die Abschaltleitung 29, 30 ein Ausgangssignal aus, welches das zugehörige Schaltelement 23, 24 sperrt und die Versorgungsleitung 22 zum Spannungsverstärker 38 unterbricht. Dies hat zur Folge, dass die AusgangsSpannung des Spannungsverstärkers 38 wieder sinkt.The output voltage of the voltage amplifier 38 must be limited to a maximum value of 5.8 V for reasons of explosion safety of the circuit arrangement. This is realized with the voltage detector 31, 32 and the switching element 23, 24 in the supply line 22. Increases the output voltage of the voltage amplifier 25 at the connection point 37 above the threshold value of the voltage detector 31, 32, it outputs via the cut-off line 29, 30 an output signal which blocks the associated switching element 23, 24 and the supply line 22 to the voltage amplifier 38 interrupts. This has the consequence that the output voltage of the voltage amplifier 38 decreases again.
Zur zusätzlichen Sicherheit der Schaltungsanordnung gegen Überspannungen sind die beiden parallel geschalteten Spannungsdetektoren 31, 32 vorgesehen, die unabhängig voneinander arbeiten. Damit wird eine für den Explosions- schutz erforderliche doppelte Sicherheit für die Schaltungsanordnung bewirkt. Die gesamte Schaltungsanordnung ist in einer nicht dargestellten konkreten Ausführungsform vergossen. For additional safety of the circuit arrangement against overvoltages, the two parallel voltage detectors 31, 32 are provided which operate independently of each other. This results in a double safety required for the explosion protection for the circuit arrangement. The entire circuit is potted in a concrete embodiment, not shown.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
elektronische Baugruppe Energieversorgungs-Einheit Spannungserhöhungs-Einheit Ausgangsleitung Widerstand ,7 Leitung ,9 Zenerdiode Leistungsbegrenzungs-Einheit elektronische Baugruppe Energieversorgungs-Einheit Versorgungsleitung ,24 Schaltelement Spannungserhöhungs-Einheit Ausgangsleitung Leistungsbegrenzungs-Einheit Spannungsrückführungs-Leitung,30 Abschaltleitung ,32 Spannungsdetektor Sicherungselement Verpolungsschutzelement Masseleitung ,37 Anschlusspunkt Spannungsverstärker Induktionsspule Ringleitung ,42 Bauelement ,44 Spannungsteiler Spannungsteiler Power Unit Power Boost Unit Output Line Resistor, 7 Line, 9 Zener Diode Power Limit Unit Electronic Board Power Supply Unit Power Line, 24 Switch Unit Voltage Boost Unit Output Line Power Limit Unit Voltage Feedback Line, 30 Disconnect Line, 32 Voltage Detector Fuse Element Reverse Polarity Protection Element Ground Line, 37 Connection Point Voltage amplifier Induction coil Ring line, 42 component, 44 Voltage divider Voltage divider

Claims

Patentansprüche claims
1. Schaltungsanordnung zur Leistungsbegrenzung einer elektronischen Baugruppe, mit einer Energieversorgungs-Einheit, einer Spannungserhöhungs-Einheit und einer Leistungs- begrenzungs-Einheit , die an die Ausgangsleitung zwischen der Spannungsverstärkungs-Einheit und der elektronischen Baugruppe angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsbegrenzungs-Einheit (27) mindestens einen Spannungsdetektor (31, 32) zur Ermittlung einer Überspannung und zur Ausgabe eines Schaltsignals beim Überschreiten eines Schwellwertes der Überspannung aufweist und dass in der Versorgungsleitung (22) zwischen der Energieversorgungs-Einheit (21) und der Spannungserhöhungs- Einheit (25) mindestens ein mit dem mindestens einen Spannungsdetektor (31, 32) über eine Abschaltleitung (29, 30) verbundenes Schaltelement (23, 24) vorgesehen ist, das zum Unterbrechen der Energieversorgung zur elektronischen Baugruppe (20) aufgrund eines Schaltsignals des mindestens einen Spannungsdetektors (31, 32) beim Überschreiten des Schwellwertes der Überspannung dient.A power limiting circuit of an electronic assembly comprising a power supply unit, a booster unit, and a power limiting unit connected to the output line between the voltage booster unit and the electronic module, characterized in that the power limiting unit Unit (27) has at least one voltage detector (31, 32) for detecting an overvoltage and for outputting a switching signal when a threshold value of the overvoltage is exceeded, and that in the supply line (22) between the power supply unit (21) and the voltage booster unit ( 25) at least one with the at least one voltage detector (31, 32) via a shut-off line (29, 30) connected switching element (23, 24) is provided for interrupting the power supply to the electronic assembly (20) due to a switching signal of the at least one voltage detector (31, 32 ) when exceeding the threshold value of the overvoltage is used.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsbegrenzungs-Einheit (27) zwei Spannungsdetektoren (31, 32) aufweist und in der Versorgungsleitung (22) zwischen der Energieversorgungs- Einheit (21) und der Spannungserhöhungs-Einheit (25) zwei Schaltelemente (23, 24) in Reihe geschaltet und mit je einem Spannungsdetektor (31, 32) über je eine Abschaltleitung (29, 30) verbunden sind. 2. A circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the power limiting unit (27) comprises two voltage detectors (31, 32) and in the supply line (22) between the power supply unit (21) and the voltage booster unit (25) two Switching elements (23, 24) connected in series and each having a voltage detector (31, 32) via a respective cut-off line (29, 30) are connected.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Spannungsdetektor (31, 32) ein Bauelement (41, 42) mit interner Referenzquelle und einen Spannungsteiler (43, 44) zur Realisierung des Schwellwertes aufweist.3. Circuit arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that each voltage detector (31, 32) has a component (41, 42) with an internal reference source and a voltage divider (43, 44) for realizing the threshold value.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Energieversorgungs- Einheit (21) und den Schaltelementen (23, 24) ein Verpolungsschutz (34) angeordnet ist.4. Circuit arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that between the power supply unit (21) and the switching elements (23, 24) a reverse polarity protection (34) is arranged.
5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsdetektoren (31, 32) mit STM1061-Bauelementen (41, 42) versehen sind und die Schaltelemente (23, 24) und der Verpolungsschutz (34) als selbstsperrende p-Kanal Feldeffekttransistoren (MOSFET) ausgebildet sind. 5. Circuit arrangement according to one of claims 2 to 4, characterized in that the voltage detectors (31, 32) with STM1061 components (41, 42) are provided and the switching elements (23, 24) and the reverse polarity protection (34) as a self-locking p Channel field effect transistors (MOSFET) are formed.
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