DD238897A1 - ELECTRONIC THERMAL SWITCH FOR MONITORING AN AC - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektronischen Schwellwertschalter zur Ueberwachung eines Wechselstromes, der beim Ueberschreiten eines unteren Pegelwertes mit kleiner Zeitverzoegerung ein eindeutiges Signal abgibt, wobei die zu ueberwachenden Stroeme um Groessenordnungen unterschiedlich sein koennen. Die Loesung soll einen geringen Bauelementeaufwand erfordern. Aufgabe ist, einen elektronischen Schwellwertschalter zur Ueberwachung eines Wechselstromes unter Verwendung eines Optokopplerbauelementes, das senderseitig mit antiparallelen Dioden beschaltet ist und empfaengerseitig einen Schwellwertschalter ansteuert so zu veraendern, dass ohne Konstantspannungsquelle ein eindeutiges Signal abgegeben wird. Erfindungsgemaess sind in Reihe mit dem Senderbauelement des Optokopplers ein erster Widerstand und parallel zu dieser Reihenschaltung ein zweiter, vorzugsweise einstellbarer Widerstand als Stromteiler angeordnet und die Betriebsspannung ist ueber die Parallelschaltung eines dritten Widerstandes mit einem Kondensator an den Eingang des eine Schalthysterese besitzenden Schwellwertschalters und ueber das Empfaengerbauelement des Optokopplers gegen Masse angeschlossen. Fig. 1The invention relates to an electronic threshold value for monitoring an alternating current, which emits a clear signal when exceeding a lower level value with a small time delay, wherein the currents to be monitored can be different by size orders. The solution should require a low component cost. Task is an electronic threshold for monitoring an alternating current using an optocoupler component, which is connected to the transmitter side with anti-parallel diodes and the receiver side a threshold switches so controls that without a constant voltage source a clear signal is issued. According to the invention in series with the transmitter component of the optocoupler, a first resistor and parallel to this series a second, preferably adjustable resistor is arranged as a current divider and the operating voltage via the parallel connection of a third resistor with a capacitor to the input of a switching hysteresis possessing threshold and over Receiver component of the optocoupler connected to ground. Fig. 1

Description

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft einen elektronischen Schwellwertschalter zur Überwachung eines Wechselstromes, der beim Überschreiten eines unteren Pegelwertes mit kleiner Zeitverzögerung ein eindeutiges Signal abgibt, wobei die zu überwachenden Ströme um Größenordnungen unterschiedlich sein können. Die Erfindung kann bei Geräten der Schutztechnik in Industrieanlagen und in automatischen Telefonanrufbeantwortern eingesetzt werden, wenn z. B. der Nachweis der Stromaufnahme eines Tonbandgerätes erfolgen muß.The invention relates to an electronic threshold for monitoring an alternating current, which emits a clear signal when a lower level value is exceeded with a small time delay, wherein the currents to be monitored may be different orders of magnitude. The invention can be used in devices of protection technology in industrial plants and in automatic telephone answering machines, if z. B. the proof of power consumption of a tape recorder must be done.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Bekannt ist, den Strom über Stromwandler und Bürdenwiderstand zu erfassen, gleichzurichten und über Siebglieder einer Schaltstufe zuzuführen. Die Stromwandler übernehmen die Funktion der Potentialtrennung und Signalanpassung.It is known to detect the current through the current transformer and load resistance, rectify and supply via Siebglieder a switching stage. The current transformers assume the function of potential separation and signal adaptation.

In WP 122756 werden die Nachteile der obigen Anordnung erkannt und eine gewisse Verbesserung in der Form durchgeführt, daß der Strom nicht erst am Bürdenwiderstand in eine Spannung umgeformt, sondern direkt mit dem Strom einer Konstantstromquelle an einem Transistoreingang verglichen wird. Zur Vermeidung eines wiederholten Schaltens durch den pulsierenden Gleichstrom wird ein RC-Glied vor einem weiteren Transistor angeordnet.In WP 122756, the disadvantages of the above arrangement are recognized and some improvement is made in the form that the current is not first converted to a voltage at the load resistor, but directly compared with the current of a constant current source at a transistor input. To avoid repeated switching by the pulsating direct current, an RC element is arranged in front of another transistor.

Als Nachteil ist neben dem Einsatz von Stromwandlern der relativ große Schaltungsaufwand anzusehen.The disadvantage is to be considered in addition to the use of current transformers of relatively large circuit complexity.

InWP 155226 wird eine Schaltung beschrieben, die beim Unterschreiten einer Spannung, durch Kombination von Spannungsverdoppler und Schwellwertschalter ein Signal abgibt. Als Nachteil ist die nicht dargestellte Umwandlung des Stromes in eine Spannung und der hohe Schaltungsaufwand anzusehen.InWP 155226 a circuit is described, which outputs a signal when falling below a voltage by combining voltage doubler and threshold switch. A disadvantage is the unconverted conversion of the current into a voltage and the high circuit complexity.

Aus der DD-PS 154042 (G 01 R 19/165) ist eine Schaltungsanordnung zur elektrischen Strommessung in Fernsprechanlagen bekannt.From DD-PS 154042 (G 01 R 19/165), a circuit arrangement for electrical current measurement in telephone systems is known.

Zur Speisestrombewertung von Teilnehmeranschlüssen wird an die beiden Adern der Femsprechanschlußleitung ein Optokoppler angeschaltet, dem eine abgleichbare Netznachbildung und eine amplitudenbegrenzende Diodenanordnung vorgeordnet sind. Die Empfängerseite des Optokopplers wird mit einer Konstantspannung versorgt. Durch einen einstellbaren Basiswiderstand wird der Kollektorstrom des Optokopplers vorgegeben. Das über den Optokoppler übertragene Signal wird über einen Verstärker einem Schwellwertschalter zugeführt. Die Ausgabe des Ausgangssignals erfolgt über eine Anpaßschaltung. Diese Anordnung erfordert einen hohen Schaltungsaufwand.For supply current evaluation of subscriber lines an optocoupler is connected to the two wires of the Femsprechanschlußleitung, which are preceded by a tunable network simulation and an amplitude-limiting diode array. The receiver side of the optocoupler is supplied with a constant voltage. By an adjustable base resistance of the collector current of the optocoupler is specified. The signal transmitted via the opto-coupler is fed via an amplifier to a threshold value switch. The output of the output signal via a matching circuit. This arrangement requires a high circuit complexity.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines elektronischen Schwellwertschalters mit geringem Bauelementeaufwand, der beim Überschreiten eines unteren Pegelwertes eines Wechselstromes, ein eindeutiges Signal abgibt, wobei die Amplituden der zu überwachenden Ströme um Größenordnungen unterschiedlich sein können.The aim of the invention is to provide an electronic threshold switch with low component cost, which emits a clear signal when exceeding a lower level value of an alternating current, wherein the amplitudes of the currents to be monitored may be different orders of magnitude.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Die technische Aufgabe, die durch die Erfindung gelöst wird.The technical problem which is solved by the invention.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektronischen Schwellwertschalter zur Überwachung eines Wechselstromes unter Verwendung eines Optokopplerbauelementes, das senderseitig mit antiparallelen Dioden beschaltet ist und empfängerseitig einen Schwellwertschalter ansteuert so zu verändern, daß ohne Konstantspannungsquelle ein eindeutiges Signal abgegeben wird.The invention has the object of providing an electronic threshold for monitoring an alternating current using an optocoupler component, which is connected to the transmitter side with anti-parallel diodes and the receiver side a threshold value switches so to change that without a constant voltage source, a clear signal is issued.

Merkmale der ErfindungFeatures of the invention

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Widerstandsstromteiler aus einem ersten Widerstand in Reihe mit dem Senderbauelement des Optokopplers und parallel zu dieser Reihenschaltung ein zweiter, vorzugsweise einstellbarer Widerstand den Strom durch den Optokoppler beeinflußt und auf der Empfängerseite des Optokopplers der vom Optokoppler aufgeprägte Strom direkt zur Aufladung eines Kondensators benutzt und die Spannung über dem Kondensator mit der zu ihr entgegengesetzt gerichteten Betriebsspannung über einen gemeinsamen parallel zum Kondensator liegenden dritten Widerstand am Eingang der mit einer Hysterese behafteten Schwellwertschaltstufe liegen, wobei die Kondensatoraufladung wesentlich durch den aufgeprägten Strom mit kleiner Zeitkonstante und die Kondensatorentladung wesentlich durch den dritten Widerstand mit großer Zeitkonstante erfolgt, so daß durch die Hysterese der Schwellwertschaltstufe immer ein eindeutiges Signal beim Überschreiten des unteren Pegelwertes eines Wechselstromes von der Schaltungsanordnung abgegeben wird.The object is achieved in that a resistance current divider from a first resistor in series with the transmitter device of the optocoupler and parallel to this series circuit a second, preferably adjustable resistance affects the current through the optocoupler and on the receiver side of the optocoupler of the impressed current from the optocoupler used to charge a capacitor and the voltage across the capacitor with the operating voltage directed to her opposite a third common resistor lying parallel to the capacitor at the input of the afflicted with a hysteresis threshold switching, the capacitor charging significantly by the impressed current with a small time constant and the Capacitor discharge essentially takes place through the third resistor with a large time constant, so that by the hysteresis of the threshold value switching stage always a clear signal when exceeding the lower Level value of an alternating current is delivered by the circuit arrangement.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen:The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. The accompanying drawings show:

Fig. 1: erfindungsgemäße Schaltungsanordnung Fig.2: SignalverläufeFig. 1: circuit arrangement according to the invention Fig.2: waveforms

Der zu überwachende Wechselstrom I fließt mit der negativen Stromhalbwelle I₁ über VD, während die positive Halbwelle sich als І2 durch Widerstand R₁ und Optokoppler OK₁, als Strom I3 durch den vorzugsweise einstellbaren Widerstand R2 und als Strom I₄ durch die Dioden VD₂ und VD₃ aufteilt. Der Nennstrom der Dioden VD₁ bis VD₃ beträgt ein Vielfaches des Nennstromes der Sendediode im Optokoppler. Der Spannungsabfall über der Reihenschaltung der Dioden VD₂ und VD₃ ist größer als der Spannungsabfall über der Sendediode des Optokopplers OK₁, so daß bei kleinen Strömen die gesamte positive Stromhalbwelle sich als Ströme I3 plus I₂ aufteilt und mit dem einstellbaren Widerstand R₂ die Stromteilung beeinflußt wird. Mit steigendem Wechselstrom I übernehmen die Dioden VD₂ und VD₃ auch eine Stromteilerfunktion und begrenzen die über ihr liegende Spannung mit ihrem Spannungsabfall. Der Widerstand R₁ ist so gewählt, daß bei Nennstrom durch die Dioden VD₂, VD₃ der Nennstrom der Sendediode des Optokopplers OK₁ nicht überschritten wird. Der durch die Sendediode des Optokopplers OK₁ fließende Strom I₁ wird entsprechend dem Übertragungsfaktor auf die Empfängerseite übertragen und führt direkt zur Aufladung des Kondensators C. Durch geeignete Wahl des Widerstandes R₃ wird die Kondensatoraufladung nur wenig beeinflußt, während die Kondensatorentladung durch den Widerstand R₃ wesentlich bestimmt wird, so daß auch bei lückendem Strom I₂ die Welligkeit der Spannung U_E über dem Kondensator C innerhalb der Schalthysterese überlicher C-MOS-Schmitt-Trigger bleibt, wie die dargestellten Zeitabläufe zeigen. Ein weiterer Vorteil der Schaltungsanordnung liegt im Einschaltzeitpunkt, weil über den Widerstand R₃ sofort ohne Umladevorgänge die Betriebsspannung Ub am Eingang E der SchwelIwertstufe D anliegt, die über der oberen Schaltspannung U₅₂ liegt. Beim Vorliegen eines Stromes I beginnt die Kondensatoraufladung mit entgegengerichteter Polarität zur Betriebsspannung U_B und erst beim Unterschreiten der Schaltspannung U_s1 schaltet die Schaltstufe D in die andere Ausgangslage um, wie am Verlauf der Ausgangsspannung U_A am Ausgang A gemäß Fig. 2 zu erkennen ist. Die vorliegende Schaltungsanordnung erfaßt die Überschreitung des unteren Pegelwertes eines Wechselstromes I, der in der Größenordnung der Ansprechempfindlichkeit des verwendeten Optokopplers OK₁ liegt kann von wesentlich größeren Strömen, entsprechend dem Nennstrom der parallel geschalteten Dioden VD₁ bis VD₃, durchflossen werden. Mit dem erfindungsgemäßen elektronischen Schwellwertschalter zur Überwachung eines Wechselstromes wurde eine einfache Lösung gefunden, die die gestellten Anforderungen erfüllt. Er kann überall da eingesetzt werden, wo Wechselströme überwacht werden müssen und bei Überschreitung eines unteren Pegelwertes ein eindeutiges Signal benötigt wird. Die Erfindung kann bei Geräten der Schutztechnik in Industrieanlagen, in der Fernmeldetechnik usw. eingesetzt werden.The to be monitored alternating current I flowing to the negative current half-cycle I ₁ through VD, during the positive half wave as І2 by resistor R ₁ and optocoupler OK _1, as the current I3 through the preferably adjustable resistor R2 and a current I ₄ through the diode VD ₂ and VD ₃ splits. The rated current of the diodes VD ₁ to VD ₃ is a multiple of the rated current of the transmitting diode in the optocoupler. The voltage drop across the series connection of the diodes VD ₂ and VD ₃ is greater than the voltage drop across the emitting diode of the optocoupler OK ₁ , so that at low currents, the entire positive current half wave as currents I3 plus I ₂ divided and with the adjustable resistor R ₂ the Electricity division is affected. With increasing AC I, the diodes VD ₂ and VD ₃ also take over a current divider function and limit the voltage lying above their voltage drop. The resistor R ₁ is chosen so that at rated current through the diodes VD ₂ , VD _3, the rated current of the transmitting diode of the optocoupler OK _{1 is} not exceeded. The current flowing through the transmitting diode of the optocoupler OK ₁ current I ₁ is transmitted to the receiver side according to the transmission factor, and leads to the charging of the capacitor C. By a suitable choice of resistor R _3, the capacitor charge is little affected, while the capacitor discharge through the resistor R _{3 is} substantially determined, so that even with lückendem current I _2, the ripple of the voltage U _E across the capacitor C within the switching hysteresis more C-MOS Schmitt trigger remains, as the illustrated time courses show. A further advantage of the circuit arrangement lies in the switch-on time, because the operating voltage Ub at the input E of the threshold value D, which lies above the upper switching voltage U _52, is applied immediately via the resistor R ₃ without any need for transshipment operations. In the presence of a current I, the capacitor charging begins with opposite polarity to the operating voltage U _B and only when _falling below the switching voltage U _s1 , the switching stage D switches to the other starting position, as can be seen in the course of the output voltage U _A at the output A shown in FIG , The present circuit detects the exceeding of the lower level value of an alternating current I, which is in the order of the sensitivity of the optocoupler used OK ₁ can be traversed by much larger currents, corresponding to the rated current of the parallel-connected diodes VD ₁ to VD ₃ . With the electronic threshold switch according to the invention for monitoring an alternating current, a simple solution was found that meets the requirements. It can be used wherever alternating currents must be monitored and when a lower level value is exceeded, a clear signal is required. The invention can be used in devices of protection technology in industrial plants, in telecommunications, etc.

Claims (1)

Elektronischer Schwellwertschalter zur Überwachung eines Wechselstromes unter Verwendung eines Optokopplerbauelementes das senderseitig mit antiparallelen Dioden beschaltet ist und empfängerseitig einen Schwellwertschalter ansteuert, gekennzeichnet dadurch, daß in Reihe mit dem Senderbauelement des Optokopplers (OK₁) ein erster Widerstand (Ri) und parallel zu dieser Reihenschaltung ein zweiter, vorzugsweise einstellbarer Widerstand (R₂) als Stromteiler angeordnet sind und die Betriebsspannung (U₈) über die Parallelschaltung eines dritten Widerstandes (R₃) mit einem Kondensator (C) an den Eingang (E) des eine Schalthysterese besitzenden Schwellwertschalters (D) und über das Empfängerbauelement des Optokopplers (OK₁) gegen Masse angeschlossen ist.Electronic threshold switch for monitoring an alternating current using an optocoupler component which is connected on the transmitter side with anti-parallel diodes and receiver side drives a threshold, characterized in that in series with the transmitter component of the optocoupler (OK ₁ ) a first resistor (Ri) and parallel to this series circuit second, preferably adjustable resistor (R ₂ ) are arranged as a current divider and the operating voltage (U ₈ ) via the parallel connection of a third resistor (R ₃ ) with a capacitor (C) to the input (E) of a switching hysteresis possessing threshold (D) and connected via the receiver component of the optocoupler (OK ₁ ) to ground. Hierzu 1 Seite ZeichungenFor this 1 page drawings