DD145350A1 - DEVICE FOR VOLTAGE MONITORING - Google Patents

Abstract

Einrichtung zur Spannungsüberwachung von hochstabilisierten Spannungen für die Speisung integrierter Schaltkreise, welche beim Über- bzw. Unterschreiten eines bestimmten Grenzwertes der zu überwachenden Spannung Signale -abgibt bzw. eine Zwangsabschaltung dieser Spannung herbeiführt. Siel ist es, mit geringen Anforderungen an die Betriebsspannung auszukommen. Aufgabe ist es, einen integrierten ■Spannungsstabilisator so einzusetzen, daß seine Vorteile voll für die Spannungsüberwachung genutzt werden können. Hierzu wird die Beschaltung eines integrierten Spannungsstabilisators aufgezeigt. - Figur -Device for voltage monitoring of highly stabilized Voltages for the supply of integrated circuits, which at Exceeding or falling below a certain limit of monitoring voltage signals-outputs or a forced shutdown this tension causes. Siel is it, with low requirements to get along with the operating voltage. Task is to have an integrated ■ Use the voltage stabilizer in such a way that its advantages are fully sufficient for the voltage monitoring can be used. For this purpose, the Wiring of an integrated voltage stabilizer shown. - Figure -

Description

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Titel der ErfindungTitle of the invention

Einrichtung zur SpannungsüberwachungDevice for voltage monitoring

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Überwachung von hochstabilisierten Spannungen für die Speisung integrierter Schaltkreise, welche beim Über- bzw. Unterschreiten eines bestimmten Grenzwertes der zu überwachenden Spannung Signale abgibt bzw. eine Zwangsabschaltung dieser Spannung herbeiführt.The invention relates to a device for monitoring highly stabilized voltages for the supply of integrated circuits, which emits signals when exceeding or falling below a certain limit of the voltage to be monitored or brings about a forced shutdown of this voltage.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen In dem WP 93 795 wird eine Stromüberwachungseinrichtung gezeigt, bei der der Spannungsabfall über einen Meßwiders land den Eingängen eines Differenzverstärkers zugeführt wird. Hierbei wird der Differenzverstärker mit steiler Kennlinie betrieben, welcher durch eine Mitkopplung ein Hystereseverhalten aufgeprägt ist. Die benötigte Spannungsquelle, aus der über ein Potentiometer eine Spannung zur Einstellung des Ansprechwertes des Differenzverstärkers gewonnen wird und deren Konstanz die Genauigkeit der Ansprechquelle entscheidend bestimmt, wird ebenso wie die Betriebsspannung des Differenzverstärkers als gegeben vorausgesetzt* Die Stabilität dieser beiden Spannungsquellen, die nur mit entsprechend hohem Schaltungsaufwand zu erreichen ist, ist bestimmend für die Genauigkeit des Ansprechwertes der Schaltung. Außerdem ist bei Ausfall dieser zusätzlichen Spannungsquellen die Punktion nicht mehr gewährleistet.Characteristic of the known technical solutions In the WP 93 795 a current monitoring device is shown, in which the voltage drop over a Meßwiders land is fed to the inputs of a differential amplifier. Here, the differential amplifier is operated with steep characteristic, which is impressed by a positive feedback hysteresis behavior. The required voltage source, from which a voltage for setting the response value of the differential amplifier is obtained via a potentiometer and their constancy determines the accuracy of the response source crucial, as well as the operating voltage of the differential amplifier is given as given * The stability of these two voltage sources, which only with appropriate high circuit complexity is reached, which determines the accuracy of the pickup value of the circuit. In addition, in case of failure of these additional power sources, the puncture is no longer guaranteed.

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Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist es, eine Einrichtung zur Über- und Unterspannungserkennung zu schaffen, die bei geringem Schaltungsaufwand und geringen Anforderungen an die Betriebsspannung eine hohe langzeitkonstanz und TemperaturStabilität des Schwellwertes garantiert.The aim of the invention is to provide a device for over- and undervoltage detection, which guarantees a high long-term stability and temperature stability of the threshold value with low circuit complexity and low demands on the operating voltage.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen integrierten Spannungsstabilisator, der mit einer in großen Toleranzen veränderbaren Betriebsspannung arbeitet, so einzusetzen, daß er den Anforderungen der Spannungsüberwachung gerecht wird.The invention has for its object to provide an integrated voltage stabilizer, which operates with a variable voltage operating voltage in such a way that it meets the requirements of voltage monitoring.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß zur Erzeugung eines Überspannungssignals, eines Unterspannungssignals und eines Überspannungsabschaltsignals jeweils ein integrierter Spannungsetabilisator eingesetzt wird, welcher eine Referenzspannungsquelle, einen Differenzverstärker mit steiler Kennlinie und eine Transistorkaskade aufweist, daß der Differenzverstärkerkennlinie durch eine Rückkopplung eine Hysteresecharakteristik aufgeprägt wird und daß der Spannungssprung am Ausgang über Z-Dioden einmal auf Schmitt-Trigger zur Gewinnung der Schwellwertsignale und zur Gewinnung des Überspannungsabschaltsignals auf einen Transistor geführt wird, wobei die Rückkopplung über einen Widerstand und einen Transistor direkt auf den. invertierenden Eingang des Schaltkreises vorgenommen wird. Durch den Einsatz des integrierten Spannungsstabilisatorsschaltkreises zur Spannungsüberwaellung ergeben sich eine Reihe von Vorteilen. Es kann als Betriebsspannung die zu überwachende Spannung selbst bzw. eine unstabilisierte Spannung, aus welcher die zu überwachende Spannung gewonnen wird, verwendet werden. Daraus resultiert eine hohe Zuverlässigkeit der Überwachungsschaltung, da bei Ausfall dieser Speisespannung die zu überwachende Spannung ebenfalls ausgefallen ist und sich eineAccording to the invention the object is achieved in that for generating an overvoltage signal, an undervoltage signal and a Überspannungsabschaltsignals each an integrated voltage stabilizer is used, which has a reference voltage source, a differential amplifier with steep characteristic and a transistor cascade that the differential amplifier characteristic is impressed by a feedback hysteresis and that the voltage jump at the output via Z-diodes once on Schmitt trigger for obtaining the threshold signals and for obtaining the Überspannungsabschaltsignals is fed to a transistor, wherein the feedback via a resistor and a transistor directly to the. inverting input of the circuit is made. The use of the integrated voltage stabilizer circuit for voltage overflow results in a number of advantages. It can be used as the operating voltage, the voltage to be monitored itself or an unstabilized voltage, from which the voltage to be monitored is obtained. This results in a high reliability of the monitoring circuit, since in case of failure of this supply voltage to be monitored voltage has also failed and a

Schwellwertkontrolle erübrigt. Somit ist keinerlei Aufwand für zusätzliche Spannungsquellen erforderlich.Threshold control is unnecessary. Thus, no effort for additional power sources is required.

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Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt ein Schaltbild de r Spannung sübe rwa chung se inri chtung.The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment. The accompanying drawing shows a circuit diagram of the voltage control unit.

Der Hauptbestandteil der Spannungsüberwachungseinrichtung ist ein integrierter Spannungsstabilisator 1; 2; 3· Dieser Schaltkreis ist vom Hersteller als Baustein zur Realisierung von-Spannungsstabilisierungsschaltungen vorgesehen. Der zweckentfremdete Einsatz dieses Schaltkreises für den vorliegenden Anwendungsfall bringt die erwähnten Vorteile. Der Schaltkreis 1; 2; 3 enthält als wesentliche Funktionsgruppen eine hochkonstante Referenzspannungsquelle, einen Differenzverstärker und eine Transistorkaskade als Endstufe.The main component of the voltage monitor is an integrated voltage stabilizer 1; 2; 3 · This circuit is provided by the manufacturer as a building block for the realization of voltage stabilization circuits. The misused use of this circuit for the present application brings the mentioned advantages. The circuit 1; 2; 3 contains as essential functional groups a highly constant reference voltage source, a differential amplifier and a transistor cascade as the final stage.

Die interne Referenzspannung U™™ oder ein Teil davon, je nachdem, ob die zu kontrollierende Spannung kleiner oder größer als die interne Referenzspannung Up-p-pj wird mit der zu kontrolliex^enden Spannung U an den Differenzverstärkereingängen 11; 12; 21; 22; 31; 32 verglichen. Bedingt durch die steile Kennlinie des Differenzverstärker und unterstützt dadurch, daß durch die externe Beschaltung 17; 16; 27; 26; 36; 38; 37 eine Mitkopplung erzeugt wird, weist die Schaltung ein Hystereseverhalten auf.The internal reference voltage U ™™ or a part thereof, depending on whether the voltage to be controlled is smaller or larger than the internal reference voltage Up-p-pj, is controlled by the voltage U to be controlled at the differential amplifier inputs 11; 12; 21; 22; 31; 32 compared. Due to the steep characteristic of the differential amplifier and thereby supports that by the external circuitry 17; 16; 27; 26; 36; 38; 37 a positive feedback is generated, the circuit has a hysteresis behavior.

Beim Überschreiten des entsprechenden Schwellwertes entsteht am Ausgang des Schaltkreises 1; 2; 3, wo im Normalfall ein Pegel von 4 ... 6 Volt anliegt, ein Spannungssprung von mehreren Veit, der über entsprechende Z-Dioden 13; 23; 33 so angepaßt wird, daß damit über einen Schmitt-Trigger 15; 25 ein TTL-angepaßtes Signal UES; US und über einen Transistor 35 ein Überspannung sab schalt signal UESAB erzeugt wird, wovon letzteres den Zündstrom für einen Thyristor liefert, der die zu hohe Spannung U kurzschließt.When exceeding the corresponding threshold arises at the output of the circuit 1; 2; 3, where normally a level of 4 ... 6 volts is applied, a voltage jump of several Veit, via corresponding Zener diodes 13; 23; 33 is adapted so that it via a Schmitt trigger 15; 25 a TTL matched signal UES; US and via a transistor 35 an overvoltage sab switching signal UESAB is generated, the latter of which supplies the ignition current for a thyristor, which short-circuits the voltage U too high.

Die zu kontrollierende Spannung U soll auf Überspannung, Unterspannung kontrolliert werden, wobei ab einer bes tiinmten Überspannung diese Spannung U kurzgeschlossen werden soll. Dazu sind drei im wesentlichen gleich aufgebaute Überwachungseinrichtungen vorgesehen.The voltage U to be controlled is to be controlled for overvoltage, undervoltage, whereby from a bes tiinmten overvoltage this voltage U should be short-circuited. For this purpose, three substantially identically constructed monitoring devices are provided.

Pur die Ütierspannungserkennung wird die zu kontrollierende Spannung U₀ auf den niehtinvertierenden Eingang 11 des Schaltkreises 1 geführt. Die interne Referenzspannung liter einen Spannungsteiler 17; 18 nach WuIl. Von ihm wird der einstellbare Schwellwert abgenommen und an den invertierenden Eingang 12 des !Differenzverstärkers gelegt. Solange die zu überwachende Spannung U mit ihrem Nennwert anliegt, alsoPur the Ütierspannungserkennung the voltage to be controlled U _{0 is performed} on the non-inverting input 11 of the circuit 1. The internal reference voltage liter a voltage divider 17; 18 to WuIl. From it, the adjustable threshold is removed and applied to the inverting input 12 of the differential amplifier. As long as the voltage to be monitored U is applied with its nominal value, ie

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die Spannung am nichtinvertierten Eingang 11 höher als die Spannung am invertierenden Eingang 12 ist, erscheint am Ausgang ein Pegel,der dem Normalfall entspricht. Über die Z-Mode 13 und einen .Widerstand-14 gelangt dieser Pegel, vermindert um den Spannungsabfall über der genannten Z-Diode 13 j an den Eingang eines Schmitt-Triggers 15, der in diesem Pall am Ausgang einen TTL-Pegel "High¹¹ liefert, der zur logischen Auswertung verwendet werden kann.the voltage at the noninverted input 11 is higher than the voltage at the inverting input 12, a level appears at the output which corresponds to the normal case. Via the Z-mode 13 and a resistance-14, this level, reduced by the voltage drop across the said Zener diode 13 j, arrives at the input of a Schmitt trigger 15, which in this Pall at the output has a TTL level "High ¹¹ which can be used for logical evaluation.

Steigt die zu überwachende Spannung U über den eingestellten * Schwellwert an, so schaltet der Differenzverstärker aufgrund seiner steilen Kennlinie in den anderen Zustand um,und am Ausgang des Schaltkreises 1 liegt ein hoher Pegel, der nur um den Spannungsabfall -über der Kollektor-Emitter-Strecke des Ausgangstransistors des Schaltkreises niedriger als die Betriebsspannung U-n ist. Dieser Pegel wird gleichfalls an den Eingang des Schmitt-Triggers 15 angepaßt und als "High" erkannt« Der Schmitt-Trigger 15 zeigt negierendes Verhalten, somit erscheint zur weiteren Auswertung der Pegel "low". Um im G-renzfall das Umschalten des Differenzverstärkers zu unterstützen, erfolgt vom Ausgang des Schmitt-Triggers 15 über den Widerstand 16 eine Rückkopplung in den Spannungsteiler 17; 18 der Referenzspannung. Durch diese Maßnahmen wird der Schaltung das Hystereseverhalten aufgeprägt, womit das Schwingen der Schaltung verhindert wird« Für die Unterspannungserkennung wird ein integrierter Spannungsstabilisatorschaltkreis 2 in ähnlicher Weise wie oben be schaltet. Die Unterschiede bestehen darin, daß der am Spannungsteiler 27; 28 eingestellte Schwellwert unterhalb des Nennwertes der zu Überwachenden Spannung U liegt und damit um den gleichen normalzustand zu erreichen, die zm überwachende Spannung U an den invertierenden Eingang und der Schwellwert an den nichtinvertierenden Eingang des Schaltkreises 2-gelegt wird. Sinkt dieIf the voltage U to be monitored rises above the set * threshold value, the differential amplifier switches to the other state due to its steep characteristic, and at the output of the circuit 1 there is a high level, which is just around the voltage drop across the collector-emitter Distance of the output transistor of the circuit is lower than the operating voltage Un. This level is also adapted to the input of the Schmitt trigger 15 and recognized as "high". The Schmitt trigger 15 shows negating behavior, thus the level "low" appears for further evaluation. In order to support the switching of the differential amplifier in G-renzfall, takes place from the output of the Schmitt trigger 15 via the resistor 16, a feedback in the voltage divider 17; 18 of the reference voltage. By these measures, the circuit is impressed on the hysteresis, thus preventing the oscillation of the circuit. For the undervoltage detection, an integrated voltage stabilizer circuit 2 is switched in a similar manner as above. The differences are that the voltage divider 27; 28 set threshold below the nominal value of the monitored voltage U and thus to reach the same normal state, the zm monitoring voltage U to the inverting input and the threshold to the non-inverting input of the circuit 2-is placed. Is that sinking?

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Spannung U jetzt unter den eingestellten Schwellwert, entspricht die Ausgangsspannung des Schaltkreises der Betriebsspannung TXg. Die Ausv/ertung erfolgt analog der Überspannungs-. erkennung. Die Rückkopplung erfolgt hier, den anderen Pegelverhältnissen entsprechend, vom Eingang des Schmitt-Triggers über den Widerstand 26.Voltage U now below the set threshold, corresponds to the output voltage of the circuit of the operating voltage TXg. The evaluation is analogous to the overvoltage. recognition. The feedback takes place here, according to the other level conditions, from the input of the Schmitt trigger via the resistor 26.

Die Beschaltung des Schaltkreises 3 für die Überspannungsabschaltung entspricht der des Schaltkreises 1, der bei der Überspannungserkennung eingesetzt wird. Hier wird der Ausgangspegel des Schaltkreises 3 über die Z-Diode 33 an einen Spannungsteiler 34; 40 gelegt. Mit dem Y/iderstand 36 und einem Transistor 38 wird eine aktive Rückkopplung erzeugt, d.h. der Kollektor des Transistors 33 wird direkt auf den invertierenden Eingang des Schaltkreises geführt. Durch die hohe Verstärkung der Rückkopplung erhält die Schaltung ein ausgeprägtes Zippverhalten, d. h. nach dem Ansprechen der Schaltung durch das Ansteigen der überwachten Spannung U v/ird auch nach dem AbsinkenThe circuit of the circuit 3 for the overvoltage shutdown corresponds to that of the circuit 1, which is used in the overvoltage detection. Here, the output level of the circuit 3 via the Zener diode 33 to a voltage divider 34; 40 laid. With the resistor 36 and a transistor 38 active feedback is generated, i. the collector of transistor 33 is passed directly to the inverting input of the circuit. Due to the high gain of the feedback, the circuit gets a pronounced Zippverhalten, d. H. after the circuit has responded to the increase in the monitored voltage U v / ird also after the drop

der Spannung U der Normalzustand nicht wieder erreicht, da derthe voltage U of the normal state is not reached again because of

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leitende Transistor 38 den invertierenden Eingang auf Nullpotential hält.conducting transistor 38 keeps the inverting input at zero potential.

Der beim Ansprechen des Schaltkreises 3 auftretende Spannungssprung führt zum öffnen eines weiteren Transistors 35, dessen Axisgangsspannung durch eine Z-Diode 41 begrenzt wird, wodurch Gin nachgeschalteter TTL-Baustein angesteuert werden kann.The voltage jump occurring in response of the circuit 3 leads to the opening of a further transistor 35 whose Axisgangsspannung is limited by a Zener diode 41, whereby Gin downstream TTL module can be controlled.

Claims (1)

Erfindungsanspruch:Invention claim: Einrichtung zur Spannungsuberwaehung, in der Differenzverstärker mit steller Kennlinie eingesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung eines Überspannungεsignals (UES),eines Unterspannung ε signals (US) und eines Überspannungsabsehaltsignals (üESAB) jeweils ein integrierter Spannung sstatdli sat or (1*, 2; 3) eingesetzt wird, welcher eine Referenzspannungsquelle, einen Differenzverstärker mit steiler Kennlinie und eine Transistorkaskade aufweist, daß der Differenzverstärkerkennlinie durch eine Rückkopplung eine Hysteresecharakteristik aufgeprägt wird und daß der Spannungssprung am Ausgang üher Z-Oioden (13"> 23; 33) einmal auf Schmitt-Trigger (15; 25) zur Gewinnung der Schwellwertsignale (UES; US) und zur Gewinnung des Überspannungsabschaltsignals (UESAB) auf einen Transistor (35) geführt wird, Y/o"bei.die Rückkopplung über einen Widerstand 36 und einen Transistor (38) direkt auf den invertierenden Eingang des Schaltkreises (3) vorgenommen wird.Device for voltage overvoltage in which differential amplifiers with a characteristic curve are used, characterized in that in order to generate an overvoltage signal (UES), an undervoltage ε signal (US) and an overvoltage cutoff signal (üESAB) an integrated voltage sstatdli sat or (1 *, 2 3), which has a reference voltage source, a differential amplifier with a steep characteristic and a transistor cascade, that the differential amplifier characteristic is impressed by a feedback hysteresis characteristic and that the voltage jump at the output Z over Zener diodes (13 "> 23, 33) once on Schmitt trigger (15; 25) for obtaining the threshold signals (UES; US) and for obtaining the Überspannungsabschaltsignals (UESAB) is fed to a transistor (35), Y / o "bei.die feedback via a resistor 36 and a transistor ( 38) is made directly to the inverting input of the circuit (3). 1 Salto Zeichnung1 somersault drawing