DD234776A3

DD234776A3 - Schaltungsanordnung zur folgesteuerung stabilisierter betriebsspannungen

Info

Publication number: DD234776A3
Application number: DD27119084A
Authority: DD
Inventors: Werner Bethke
Original assignee: Deutsche Post Rfz
Priority date: 1984-12-20
Filing date: 1984-12-20
Publication date: 1986-04-16

Abstract

Auf dem Gebiet der Stromversorgung von elektronischen Schaltungen mit mehreren Betriebsspannungen ist vielfach zur Vermeidung verbotener Spannungszustaende eine Abhaengigkeit und Folge einzuhalten. Mit dem Ziel einer wesentlichen Aufwandsverminderung ergab sich die Aufgabe, eine neue Verbindung weniger technischer Mittel zu finden, die mehrere erforderliche Wirkungen miteinander verbindet. Dies wird mit der Erfindung dadurch erreicht, dass ein Optokoppler mit seinem Strahlungsemitter an eine Teilspannung der zu ueberwachenden Betriebsspannung angeschlossen ist, die der Flussspannung seiner Lichtemitterdiode entspricht und mit seinem Strahlungsempfaenger in den Steuer- bzw. Regelkreis der Stabilisierungsschaltung der erst in Folge zu steuernden Betriebsspannung eingeschaltet ist. Die Erfindung ist fuer beliebige Folgeschaltungen, insbesondere fuer die Stromversorgung von Anlagen der Datenverarbeitung bzw. Rechentechnik anwendbar. Fig. 1

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft die Stromversorgung von solchen elektronischen Schaltungen mit mehreren Betriebsspannungen, die bei ungeeigneter Einschalt- bzw. Hochlauffolge und beim Ausfall bzw. einer Absenkung einer Betriebsspannung verbotene bzw. gefährdende Zustände annehmen. Derartige elektronische Schaltungen kommen in fast allen Gebieten der Technik vor, in denen elektronische Bauelemente und integrierte Schaltungen in komplexen Schaltungsstrukturen eingesetzt sind, insbesondere in digitalen Schaltungen der Datenverarbeitung und Studiotechnik sowie Schaltungen der Rechentechnik.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Zur Vermeidung unzulässiger Betriebszustände in solchen Schaltungen sind Schaltungen allgemein bekannt, die für den Einschaltvorgang in die Zeitkonstanten der Siebglieder eingreifen, um eine gewünschte Folge zu erzielen. Elektronische Zeitschalter für Folgesteuerung nutzen die Zeitkonstante eines RC-Netzwerkes zur Anzugs- oder Abfallverzögerung eines Relais oder einer Schaltungsanordnung aus Halbleiterbauelementen aus. Aus einfachen Grundschaltungen sind zahlreiche Schaltungen für die verschiedensten Anwendungsgebiete und Genauigkeitsklassen entwickelt, die sich im praktischen Betrieb bewährt haben. Der Aufwand ist dabei, je nach geforderter Zeitkonstanz und Anpassung an den jeweiligen Verwendungszweck, mehr oder weniger groß. Solche Schaltungen erfordern eine Zeitkonstantenumschaltung, um auch beim Ausschaltvorgang den unzulässigen Betriebszustand auszuschließen, und sie sichern nicht gegen den Ausfall bzw. die Absenkung einer erforderlichen Betriebsspannung bei Defekten.

Eine andere einfache allgemein bekannte Maßnahme ist der Einsatz von elektromechanischen oder elektronischen Schaltern in den Betriebsspannungsleitungen, die einer anderen Betriebsspannung erst nachfolgen dürfen, welche von der bzw. von den vorher erforderlichen Betriebsspannungen gesteuert sind. Ein Schutz gegen unzulässige Absenkung der ersten Betriebsspannung ist mittels Schwellspannungselementen im Steuerkreis möglich. Der Aufwand ist, insbesondere bei Betriebsspannungen unterschiedlicher Polarität, erheblich.

Allen bekannten Schaltungsanordnungen für elektronische Folgeschaltungen haftet der gemeinsame Nachteil an, daß eine Reihenoder Kettenschaltung nur mit umfangreichen äußeren Schaltungsergänzungen möglich ist.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht in einer entschiedenen Verringerung des Aufwandes für die Funktionen der richtigen Folgesteuerung der Betriebsspannungen beim Ein- und Ausschalten und der Überwachung der für die Steuerung maßgeblichen Betriebsspannung auf Ausfall und Absenkung.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Ausgehend von dieser Zielstellung zeigte eine Analyse der technischen Mängelursachen, daß der Aufwand aus dem proportionalen Anwachsen der verwendeten technischen Mittel mit der Steigerung der erforderlichen Überwachungs- und Abhängigkeitseffekte resultiert. Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, eine neue Verbindung weniger technischer Mittel zu finden, die mehrere Effekte miteinander verbinden bzw. die Mitbenutzung ohnehin für andere Zwecke notwendiger Mittel zu ermöglichen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in den Steuer- bzw. Regelkreis der Stabilisierungsschaltung der erst in Folge zu steuernden Betriebsspannung der Strahlungsempfänger eines Optokopplers eingeschaltet ist, dessen Strahlungsemitter über einen Widerstand, mit einer solchen Teilspannung der vorher erforderlichen und zu überwachenden Betriebsspannungsquelle verbunden ist, deren Untergrenze der Flußspannung der Lichtemitterdiode entspricht.

Die Verbindung mit der Stabilisierungsschaltung besteht vorteilhaft in der Einschaltung des als Strahlungsempfängers dienenden Fototransistors in den Kollektor-Basis-Kreis eines in Darlingtonschaltung mit dem Längstransistor der Stabilisierungsschaltung verbundenen Transistors.

Um die Schaltungsanordnung an beliebige zu überwachende Betriebsspannungen ohne Eingriff in diese und genauer anzupassen, besteht eine vorteilhafte Weiterbildung zur Erzeugung der Teilspannung darin, der Strahlungsemitterdiode einen spannungsabhängigen Widerstand, insbesondere eine Zenerdiode, vorzuschalten, deren Summenspannung von Flußspannung der Lichtemitterdiode und Zenerspannung der erforderlichen Mindestspannung der zu überwachenden Betriebsspannung entspricht. Besonders für zu schützende Schaltungen mit Eigenzeiten, die eine zusätzliche Zeitfolge erfordern, besteht eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung in einem Kondensator, der zwischen die Verbindung des Widerstandes mit dem spannungskonstanten Teil der Schaltung und Bezugspotential eingeschaltet ist.

Der neue Effekt der Erfindung besteht darin, daß der Optokoppler neben seiner üblichen Potentialtrennfunktion durch seine besondere Art seiner Einschaltung alle wesentlichen Funktionen der Folgesteuerung mit übernimmt, da anstelle der üblichen

Stromsteuerung im annähernd linearen Steuerbereich eine Spannungsansteuerung erfolgt, bei der die relativ hohe und konstante Flußspannung der Leuchtdiode zum Spannungsvergleich herangezogen ist. Erst wenn die Teilspannung der zu überwachenden Betriebsspannung die Flußspannung erreicht, beginnt die Leuchtdiode Licht zu emittieren. Ist diese Flußspannung gleich der Teilspannung der erforderlichen Mindestgröße der Betriebsspannung, bleibt der Strahlungsempfänger gesperrt, bis diese erreicht ist bzw. sie wieder unterschreitet. Der Vorwiderstand begrenzt nur bei maximaler Betriebsspannung den Strom durch die Leuchtdiode. Mit der Erfindung ist es damit auch möglich, niedrige Spannungen zu überwachen, wie z. B. TTL-Spannung, bei der die Teilspannung durch Vorschaltung einer zweiten Leuchtdiode geeigneter Flußspannung erzeugt sein kann.

Die Einschaltung des Strahlungsempfängers in den Kollektor-Basiskreis des Darlingtontransistors bewirkt einen steilen Übergang vom Sperrzustand zur Sollbetriebsspannung, da zwischen der Bezugsspannung und dem Ausgang nur die niedrigen und konstanten Basis-Emitter-Spannungen liegen, sobald die Transistoren leitend sind.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der dazugehörigen Zeichnung zeigen:

- die Fig. 1: eine ausgeführte Schaltung und

- die Fig. 2: den charakteristischen Verlauf der Ausgangsspannung U_A in Abhängigkeit von der Steuerspannung U_st. Das Ausführungsbeispiel zeigt eine solche Ausführungsform der Erfindung, die für die Überwachung einer höheren Betriebsspannung vorgesehen ist, nach deren Erreichung erst nach zusätzlicher Zeit die folgende Betriebsspannung angelegt werden darf. Die zu überwachende Betriebsspannung ist nachfolgend als Steuerspannung Us_t und die folgende Betriebsspannung als Ausgangsspannung U_A bezeichnet. Die Steuerspannung U_st liegt an der Reihenschaltung von einem strombegrenzenden Vorwiderstand 1, einer Zenerdiode 2 und der Lichtemitterdiode 4 des Optokopplers 6. Ein Kondensator 3 liegt zur Reihenschaltung von Zenerdiode 2 und Lichtemitterdiode 4 parallel. Die Emitter-Kollektor-Strecke des Fototransistors 5 des Optokopplers ist emitterseitig mit der Eingangsspannung U_E der Stabilisierungsschaltung verbunden, die im Beispiel als negativ gezählt ist. Die als Reihenschaltung dargestellte Stabiiisierungsschaltung, die natürlich auch in anderer bekannter Art aufgebaut sein kann, besteht aus einer Regelschaltung 10, einem Längstransistor 9, einem zu dessen Kollektor-Basis-Strecke parallelliegenden Darlington-Transistor und einem Arbeitswiderstand 7 im Kollektor-Basis-Kreis des Transistors 8, an dessen Basis auch der Vergleichsspanhungsausgang der Regelschaltung 10 liegt. An dem Verbraucher 11 liegt die Ausgangsspannung U_A der Stabilisierungsschaltung.

Die Wirkungsweise der dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist folgende: Solange die Steuerspannung U_St noch nicht den vorgegebenen Minimalwert U_Stmin erreicht hat, verhindern die hochohmigen Elemente Zenerdiode 2 und Lichtemitterdiode 4 das Zustandekommen eines Stromes. Erst mit dem Erreichen dieses Wertes entsteht ein Steuerstrom l_s, über den Vorwiderstand 1, die Zenerdiode 2 und die Emitterdiode 4, der über seine Fotoemission bewirkt, daß die Emitter-Kollektor-Strecke des Fototransistors 5 im Optokoppler 6 niederohmig wird. Damit wird der Arbeitswiderstand 7 der Regelschaltung 10 wirksam. Der Transistor 8 erhält somit eine Ansteuerung. Die bekannte Stabilisierungsschaltung, bestehend aus der Regelschaltung 10, den Transistoren 8 und 9 und dem Widerstand 7, ist somit funktionsfähig. Am Verbraucher 11 erscheint die stabilisierte Ausgangsspannung U_A- Die Spannungswahl der Zenerdiode 2 bestimmt im wesentlichen den Schaltpunkt der Schaltungsanordnung, der zeitlich nach Aufladung der Siebmittel der zu überwachenden Betriebsspannung liegt. Durch das Zeitglied, bestehend aus dem Widerstand 1 und dem Kondensator 3, kann eine zusätzliche Verzögerung erreicht werden.

Die Fig. 2 zeigt den charakteristischen Verlauf der Ausgangsspannung U_A in Abhängigkeit von der der Steuerspannung U_st. Hat die Steuerspannung U_St zum Zeitpunkt t, den Wert U_stmj_n erreicht, erfolgt das Durchschalten der Schaltungsanordnung. Der Spannungsanstieg der gesteuerten Ausgangsspannung U_A ist natürlich weniger steil, wenn der Stabilisierungsschaltung noch Siebmittel nachgeordnet sind. Der Kondensator 3 beeinflußt die Anstiegsfunktion der Steuerspannung U_s, an der Emitterdiode. Wird die Abhängigkeit einer Betriebsspannung von mehreren Steuerspannungen gefordert, können die Strahlungsempfänger mehrerer Optokoppler in Reihe geschaltet sein. Eine weitere Folge läßt sich realisieren, wenn in einer weiteren Anordnung die Ausgangsspannung U_A als Steuerspannung U_St verwendet ist.

Claims

Erfindungsanspruch:

1. Schaltungsanordnung zur Folgesteuerung stabilisierter Betriebsspannungen, gekennzeichnet dadurch, daß in den Steuer- bzw. Regelkreis der Stabilisierungsschaltung der erst in Folge zu schaltenden Betriebsspannung der Strahlungsempfänger eines Optokopplers eingeschaltet ist, dessen Strahlungsemitter über einen Widerstand mit einer solchen Teiispannung der vorher erforderlichen und zu überwachenden Betriebsspannungsquelle verbunden ist, deren Untergrenze der Flußspannung der Zenerdiode entspricht.
2. Schaltungsanordnung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Strahlungsempfänger, vorzugsweise ein Fototransistor, in den Kollektor-Basis-Kreis eines in Darlingtonschaltung mit dem Längstransistor der Stabilisierungsschaltung verbundenen Transistors liegt.
3. Schaltungsanordnung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Strahlungsemitterdiode ein spannungsabhängiger Widerstand, vorzugsweise eine Zenerdiode, vorgeschaltet ist und daß die Summenspannung von Flußspannung der Lichtemitterdiode und Zenerspannung der erforderlichen Mindestspannung der zu überwachenden Betriebsspannung entspricht, mit der die Reihenschaltung verbunden ist.
4. Schaltungsanordnung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß parallel zur Lichtemitterdiode und gegebenenfalls zur Zenerdiode ein Kondensator geschaltet ist.

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