DD244447A1 - CIRCUIT ARRANGEMENT FOR DC VOLTAGE MONITORING - Google Patents

Abstract

Schaltungsanordnung zur Gleichspannungsueberwachung in Stromversorgungseinrichtungen zum Schutz der Verbraucher vor Unterspannung. Ziel der Erfindung ist es, eine einfache und kostenguenstige Schaltungsanordnung zu realisieren. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung mit selbstaetiger Wiedereinschaltung zu schaffen, die einen wirksamen Schutz der nachgeschalteten Verbraucher vor Unterspannung gewaehrleistet und ein schnelles und sicheres Erkennen des jweiligen Spannungszustandes ermoeglicht. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass der Emitter eines Transistors Massepotential fuehrt, die Basis des Transistors ueber die Reihenschaltung eines ersten Widerstandes und einer Z-Diode in Durchlassrichtung an den Schleifer eines Einstellreglers angeschlossen ist, der einerseits an Masse liegt und andererseits ueber einen zweiten Widerstand mit dem Pluspol einer zu ueberwachenden Spannung verbunden ist, und der Kollektor des Transistors zum einen ueber eine Freilaufdiode in Durchlassrichtung und zum anderen, parallel zu der Freilaufdiode, ueber ein Relais und einer Lichtemitterdiode in Sperrichtung an den Pluspol der zu ueberwachenden Spannung angeschlossen ist. Fig. 1Circuit arrangement for DC voltage monitoring in power supply devices to protect consumers from undervoltage. The aim of the invention is to realize a simple and cost-effective circuit arrangement. The object of the invention is to provide a circuit arrangement with self-reclosing, which ensures effective protection of downstream consumers from undervoltage and allows fast and reliable detection of jweiligen voltage state. According to the invention the object is achieved in that the emitter of a transistor ground potential leads, the base of the transistor via the series connection of a first resistor and a Zener diode in the forward direction to the slider of a setting is connected, which is on the one hand to ground and on the other hand via a second Resistor is connected to the positive pole of a voltage to be monitored, and the collector of the transistor via a freewheeling diode in the forward direction and the other, connected in parallel to the freewheeling diode, via a relay and a light emitting diode in the reverse direction to the positive pole of the voltage to be monitored. Fig. 1

Description

Hierzu 1 Seite ZeichnungenFor this 1 page drawings

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Oft ist es erforderlich, eine Gleichspannung zu überwachen und ein Überschreiten der unteren oder oberen Toleranzgrenze zu signalisieren. Bekannte Spannungskontrollschaltungen verwenden zur Überwachung von zwei Grenzwerten einer Spannung zwei getrennte Komparatorschaltungen. Zur Vereinigung der beiden Ausgangssignale der Komparatoren wird zusätzlich ein logisches Gatter benötigt. Diese Lösungen sind sehr aufwendig und teuer. Das DD-AP 150276 beschreibt eine Schaltungsanordnung zur Regelüberwachung, insbesondere von Versorgungsspannungen. An einen als Komparator geschalteten Operationsverstärker sind an dessen Eingängen zwei Spannungsteiler angeschlossen. An beiden Spannungsteilern wird die Spannung so eingestellt, daß die Eingangsspannung Null und die Ausgangsspannung negatives Sättigungspotential annimmt. Wird von der Eingangsspannung ein bestimmter positiver Pegel überschritten, schaltet der Komparator in den Zustand mit positiver Sättigungsspannung am Ausgang. Desgleichen wird bei Unterschreitung eines bestimmten negativen Pegels am Eingang, am Ausgang positives Sättigungspotential eingestellt. Die Ansprechpegel können über die Durchbruchspannungen von zwei vorhandenen Z-Dioden festgelegt werden. Des weiteren sind Schaltungsanordnungen zur Überwachung der Bordspannung in Kraftfahrzeugen bekannt.Often it is necessary to monitor a DC voltage and signalize exceeding the lower or upper tolerance limit. Known voltage control circuits use two separate comparator circuits to monitor two limits of voltage. To combine the two output signals of the comparators, a logic gate is additionally required. These solutions are very expensive and expensive. DD-AP 150276 describes a circuit arrangement for regulating monitoring, in particular of supply voltages. To an operational amplifier connected as a comparator, two voltage dividers are connected to the inputs. At both voltage dividers, the voltage is adjusted so that the input voltage assumes zero and the output voltage negative saturation potential. If a certain positive level is exceeded by the input voltage, the comparator switches to the state with positive saturation voltage at the output. Likewise, if a certain negative level is undercut at the input, positive saturation potential is set at the output. The response levels can be set by the breakdown voltages of two existing Zener diodes. Furthermore, circuit arrangements for monitoring the on-board voltage in motor vehicles are known.

Luminizenzdioden zeigen Unterspannung, Überspannung und Nennbatteriespannung an und werden in den meisten Fällen durch Transistoren angesteuert. Die in den Schaltungsanordnungen enthaltenen Z-Dioden dienen der Spannungsstabilisierung. Nachteilig ist bei diesen bekannten technischen Lösungen, daß meistens eine zusätzliche Spannungsversorgung für die Schaltungsanordnungen notwendig ist, wobei eine Rohstromversorgung aus einer Drehstrombrücke nicht ausreicht, bei Anwendung mehrerer Überwachungsschaltungen für unterschiedliche Potentiale keine galvanische Trennung gewährleistet wird, im Fehlerfall keine Signalausgabe über einen potentialfreien Relaiskontakt erfolgt und der Schwellwert der zu überwachenden Spannung nicht voreinstellbar ist.Luminous diodes indicate undervoltage, overvoltage and nominal battery voltage and are in most cases driven by transistors. The Z-diodes contained in the circuit arrangements are used for voltage stabilization. A disadvantage of these known technical solutions that usually an additional power supply for the circuits is necessary, with a Rohstromversorgung from a three-phase bridge is not sufficient, when using multiple monitoring circuits for different potentials no electrical isolation is guaranteed, no signal output via a potential-free relay contact occurs in case of error and the threshold value of the voltage to be monitored can not be preset.

Die DD-PS 61820 beschreibt eine Schaltungsanordnung zur Meldung der Unterschreitung eines unteren Grenzwertes einer Spannung. Beim Erreichen eines unteren Grenzwertes einer Spannung spricht ein Meldeorgan periodisch an und die Ansprechfrequenz nimmt beim weiteren Absinken der Spannung zu. ·DD-PS 61820 describes a circuit arrangement for reporting the undershooting of a lower limit of a voltage. When a lower limit value of a voltage is reached, a signaling element responds periodically and the response frequency increases as the voltage drops further. ·

Die DD-PS 74848 beinhaltet einen Schwellwertschalter für einen oberen und unteren Grenzwert einer Gleichspannung. Ein in der Schaltungsanordnung integrierten Schmitt-Trigger wird zur Bewertung eines oberen Schwellwertes so mit einem weiteren Transistor ergänzt, daß dieser Transistor mit dem zweiten Transistor des Schmitt-Trigger eine bistabile Einheit bildet, die zur Bewertung eines unteren Schwellwertes geeignet ist.DD-PS 74848 includes a threshold switch for an upper and lower limit of a DC voltage. A Schmitt trigger integrated in the circuit arrangement is supplemented for evaluating an upper threshold value with a further transistor such that this transistor forms with the second transistor of the Schmitt trigger a bistable unit which is suitable for evaluating a lower threshold value.

Diese beiden Lösungen basieren auf einem anderen Prinzip der Spannungsüberwachung. Bei der einen Lösung wird die zu überwachende Spannung mit einer konstanten Spannung verglichen und Abweichungen von dieser Spannung werden signalisiert. Die andere Lösung beinhaltet u.a. einen Schmitt-Trigger als Schwellwertschalter. Der schaltungstechnische Aufwand dieser Lösungen ist groß. Der Schwellwert der zu überwachenden Spannung ist nicht voreinstellbar und damit wird die Anwendung auf eine Spannung begrenzt. Unterschiedliche Potentiale sind nicht galvanisch voneinander getrennt. Es ist eine technische Lösung zur Spannungsüberwachung bekannt, bei der über Lichtemitterdioden (LED) mehrere Spannungen überwacht werden können. Der positive Anschluß einer solchen zu überwachenden Spannung ist über eine Diode in Durchlaßrichtung und über eine Parallelschaltung eines Relais und eines Elytkondensators mit dem negativen Anschluß dieser Spannung verbunden. Die Schließer aller Relais sind zu einer sog. Schließerkette verschaltet. Nach jedem Relaisschließer ist die Anode einer LED angeschlossen. Die Katoden aller LED sind miteinander verbunden. Sind die zu überwachenden Spannungen vorhanden, leuchten alle LED. Fällt eine der zu überwachenden Spannungen aus, ist die Schließerkette unterbrochen, die dieser Spannung zugeordnete LED erlischt und mit ihr alle nachfolgenden LED.These two solutions are based on another principle of voltage monitoring. In one solution, the voltage to be monitored is compared with a constant voltage and deviations from this voltage are signaled. The other solution includes i.a. a Schmitt trigger as a threshold switch. The circuit complexity of these solutions is great. The threshold value of the voltage to be monitored can not be preset and thus the application is limited to a voltage. Different potentials are not galvanically separated. A technical solution for voltage monitoring is known in which several voltages can be monitored via light-emitting diodes (LED). The positive terminal of such a voltage to be monitored is connected via a diode in the forward direction and via a parallel connection of a relay and an Elytkondensators with the negative terminal of this voltage. The make contacts of all relays are connected to a so-called make-contact chain. After each relay closer the anode of an LED is connected. The cathodes of all LEDs are connected to each other. If the voltages to be monitored are present, all LEDs light up. If one of the voltages to be monitored fails, the make-up chain is interrupted, the LED assigned to this voltage goes out and with it all subsequent LEDs.

Nachteilig bei dieser Lösung, auf die sich die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung unmittelbar aufbaut, ist, daß durch die optischen Anzeigemittel nicht eindeutig erkennbar ist, ob nur eine oder mehrere Spannungen ausgefallen sind. Die einzelnen Spannungen sind nicht einstellbar, sondern werden durch den Ansprechwert der Relais festgelegt. Der Schwellwert bei Spannungsabsenkung ist nicht erfaßbar und somit bietet diese Lösung keinen wirksamen Schutz der Verbraucher vor Unterspannung.A disadvantage of this solution, to which the circuit arrangement according to the invention builds up directly, is that is not clearly recognizable by the optical display means, whether only one or more voltages have failed. The individual voltages are not adjustable but are determined by the response value of the relays. The threshold voltage drop is not detectable and thus this solution does not provide effective protection of consumers from undervoltage.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist es, eine einfache und kostengünstige Schaltungsanordnung zur Gleichspannungsüberwachung zu realisieren. ' .The aim of the invention is to realize a simple and inexpensive circuit arrangement for DC voltage monitoring. '.

-2- 244447 Darlegung des Wesens der Erfindung-2- 244447 Explanation of the essence of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zur Gleichspannungsüberwachung mit selbsttätiger Wiedereinschaltung zu schaffen, die einen wirksamen Schutz der nachgeschalteten Verbraucher vor Unterspannungen gewährleistet und ein schnelles und sicheres Erkennen des jeweiligen Spannungszustandes ermöglicht. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Emitter eines Transistors Massepotential führt, die Basis des Transistors über die Reihenschaltung eines ersten Widerstandes und einer Z-Diode in Durchlaßrichtung an den Schleifer eines Einstellreglers angeschlossen ist, die einerseits an Masse liegt und andererseits über einen zweiten Widerstand mit dem Pluspol einer zu überwachenden Spannung verbunden ist, und der Kollektor des Transistors zum einen über eine Freilaufdiode in Durchlaßrichtung und zum anderen, parallel zu der Freilaufdiode, über ein Relais und einer Lichtemitterdiode in Sperrichtung an den Pluspol der zu überwachenden Spannung angeschlossen ist.The object of the invention is to provide a circuit arrangement for DC voltage monitoring with automatic reclosing, which ensures effective protection of downstream consumers from undervoltages and allows fast and reliable detection of the respective voltage state. According to the invention the object is achieved in that the emitter of a transistor ground potential leads, the base of the transistor via the series connection of a first resistor and a Zener diode in the forward direction to the slider of a setting is connected, which is on the one hand to ground and the other via a second Resistor connected to the positive pole of a voltage to be monitored, and the collector of the transistor is connected via a freewheeling diode in the forward direction and on the other, parallel to the freewheeling diode, via a relay and a light emitting diode in the reverse direction to the positive pole of the voltage to be monitored.

Die Schaltungsanordnung reagiert bereits auf geringe kurzzeitige Unterschreitungen der zulässigen unteren Betriebsspannungsgrenze, die innerhalb der Schaltungsanordnung voreinstellbar ist. Die zu überwachende Spannung ist von anderen Spannungen galvanisch getrennt. Es ist keine zusätzliche Spannungsversorgung notwendig, da die erforderliche Betriebsspannung direkt der zu überwachenden Spannung entnommen wird. Die Rohstromversorgung aus einer Drehstrombrücke ist ausreichend.The circuit already responds to small brief underruns the permissible lower operating voltage limit, which is preset within the circuit. The voltage to be monitored is galvanically isolated from other voltages. No additional power supply is necessary as the required operating voltage is taken directly from the voltage to be monitored. The raw power supply from a three-phase bridge is sufficient.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. Die dazugehörigen Zeichnungen zeigen:The invention will be explained below with reference to an exemplary embodiment. The accompanying drawings show:

Fig. 1: die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung und Fig. 2: ein Anwendungsbeispiel.Fig. 1: the circuit arrangement according to the invention and Fig. 2: an application example.

Fig. 1 zeigt einen Spannungsüberwachungsbaustein 16 mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung. Die Basis eines Transistors 1 ist über die Reihenschaltung eines Widerstandes 2 und einer Z-Diode 3 in Durchlaßrichtung an den Schleifer eines Einstellreglers 4 angeschlossen. Der Einstellregler 4 liegt einerseits an Masse und ist andererseits über einen Widerstand 5 mit einem Anschluß 9 verbunden. Der Kollektor des Transistors 1 ist zum einen über eine Freilaufdiode 6 in Durchlaßrichtung und zum anderen, parallel zu der Freilauf diode 6 über ein Relais 7 und einer Lichtemitterdiode 8 in Sperrichtung mit dem Anschluß 9 verbunden.Fig. 1 shows a voltage monitoring module 16 with the circuit arrangement according to the invention. The base of a transistor 1 is connected via the series connection of a resistor 2 and a Zener diode 3 in the forward direction to the slider of a Einstellreglers 4. The setting controller 4 is on the one hand to ground and on the other hand connected via a resistor 5 to a terminal 9. The collector of the transistor 1 is connected on the one hand via a freewheeling diode 6 in the forward direction and the other, parallel to the freewheeling diode 6 via a relay 7 and a light emitting diode 8 in the reverse direction to the terminal 9.

Die Lichtemitterdiode 8 zeigt den Zustand der zu überwachenden Spannung 18 an, die zwischen Masseanschluß und Anschluß 9 anliegt. Entspricht dieser Spannungswert dem notwendigen Betriebsspannungswert des nachgeschalteten Verbrauchers 17, so leuchtet die Lichtemitterdiode 8 auf. Der Verbraucher 17 wird mit Spannung versorgt. Unterschreitet dieser Spannungswert eine zulässige untere Betriebsspannungsgrenze, so erlischt die Lichtemitterdiode 8, das Relais 7 fällt ab und der Verbraucher 17 wird nicht mehr mit Spannung versorgt.The light emitting diode 8 indicates the state of the voltage to be monitored 18, which is applied between the ground terminal and terminal 9. If this voltage value corresponds to the necessary operating voltage value of the downstream consumer 17, the light-emitting diode 8 lights up. The consumer 17 is supplied with voltage. If this voltage value falls below an admissible lower operating voltage limit, the light emitting diode 8 goes out, the relay 7 drops out and the load 17 is no longer supplied with voltage.

Das Relais 7 und die Lichtemitterdiode 8 werden von dem Transistor 1 angesteuert. Dieser kann nur durchsteuem, wenn die vorgeschaltete Z-Diode 3 leitend ist. Dazu muß die Z-Spannung erreicht sein. Zu dieser Spannung addiert sich die über dem Einstellregler 4 abfallende und damit veränderbare Spannung. Es ist möglich, die zulässige untere Spannungsgrenze mit Hilfe des Einstellreglers 4 voreinzustellen und dem jeweiligen Verbraucher anzupassen.The relay 7 and the light emitting diode 8 are driven by the transistor 1. This can only durchsteuem when the upstream Zener diode 3 is conductive. For this, the Z-voltage must be reached. To this voltage, the falling over the setting 4 and thus variable voltage is added. It is possible to preset the permissible lower voltage limit with the aid of the setting controller 4 and to adapt it to the respective consumer.

Die Widerstände 2 und 5 begrenzen den Strom in der Schaltungsanordnung. Die Freilaufdiode 6 schließt die induktive Spannungsspitze beim Abschalten des Relais 7 kurz und schützt somit den Transistor 1 wirksam vor Fremdspannung. Der Spannungsüberwachungsbaustein 16 mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung kann zum Beispiel in ein Drehstromdreileiternetz integriert werden (Fig. 2).The resistors 2 and 5 limit the current in the circuit arrangement. The freewheeling diode 6 closes the inductive voltage peak when switching off the relay 7 short and thus protects the transistor 1 effectively against external voltage. The voltage monitoring module 16 with the circuit arrangement according to the invention can be integrated, for example, in a three-phase three-wire network (FIG. 2).

Nach einer Einspeisung für ein Drehstromdreileiternetz 10 schließen sich Primärsicherung 11, Drehstromtransformator 12, Sekundärsicherung 13 und Drehstrombrücke 14 an.After feeding for a three-phase three-wire network 10, primary fuse 11, three-phase transformer 12, secondary fuse 13 and three-phase bridge 14 are connected.

Die nachgeschaltete Sicherung 15 schützt den Verbraucher 17 vor zu hohem Strom, d. h. vor thermischer Überlastung speziell im Kurzschlußfall. Sehr geringe Unterschreitungen von der zulässigen Betriebsspannungsuntergrenze sind von der Sicherung 15 nicht erfaßbar. Auch stellt sie infolge ihrer Trägheit keinen wirksamen Schutz vor geringen, kurzzeitigen Betriebsspannungsunterschreitungen dar. Der Spannungsüberwachungsbaustein 16 ist parallel an die Verbindung zwischen . der Sicherung 15 und dem Verbraucher 17 angeordnet. Von ihm werden geringste Unterschreitungen von der zulässigen Betriebsspannungsuntergrenze erfaßt.The downstream fuse 15 protects the load 17 against excessive current, d. H. against thermal overload especially in case of short circuit. Very small underruns of the permissible operating voltage lower limit are not detectable by the fuse 15. Also, due to its inertia, it does not provide effective protection against small, short-term operating voltage underruns. The voltage monitoring module 16 is connected in parallel to the connection between. the fuse 15 and the consumer 17 arranged. It detects the slightest underruns of the permissible operating voltage lower limit.

Die Rohstromversorgung aus der Drehstrombrücke 14 ist für den Spannungsüberwachungsbaustein 16 ausreichend. Es ist keine zusätzliche Spannungsversorgung notwendig, da die erforderliche Betriebsspannung direkt der zu überwachenden Spannung 18 entnommen wird. Im Fehlerfall erfolgt eine Signalausgabe über einen potentialfreien Reiaiskontakt.The raw power supply from the three-phase bridge 14 is sufficient for the voltage monitoring module 16. There is no additional power supply necessary because the required operating voltage is taken directly from the monitored voltage 18. In the event of a fault, a signal is output via a potential-free Reiaiskontakt.

Claims (1)

Patentanspruch:Claim: Schaltungsanordnung zur Gleichspannungsüberwachung in Stromversorgungseinrichtungen zum Schutz der Verbraucher vor Unterspannung, wobei die zu überwachende Spannung (18) über einen potentialfreien Relaiskontakt gavanisch von anderen Spannungen getrennt ist, gekennzeichnet dadurch, daß der Emitter eines Transistors (1) Massepotential führt, die Basis des Transistors (1) über die Reihenschaltung eines Widerstandes (2) und einer Z-Diode (3) in Durchlaßrichtung an den Schleifereines Einstellreglers (4) angeschlossen ist, der einerseits an Masse liegt und andererseits über einen Widerstand (5) mit einem Anschluß (9) verbunden ist, und der Kollektor des Transistors (1) zum einen über eine Freilaufdiode (6) in Durchlaßrichtung und zum anderen, parallel zu der Freilaufdiode (6), über eine Relais (7) und einer Lichtemitterdiode (8) in Sperrichtung an den Anschluß (9) angeschlossen ist.Circuit arrangement for DC voltage monitoring in power supply devices for the protection of consumers from undervoltage, wherein the voltage to be monitored (18) via a floating relay contact Gavanisch is separated from other voltages, characterized in that the emitter of a transistor (1) ground potential, the base of the transistor ( 1) via the series connection of a resistor (2) and a Zener diode (3) in the forward direction to the grinder of a Einstellreglers (4) is connected, on the one hand to ground and on the other hand via a resistor (5) to a terminal (9) is, and the collector of the transistor (1) on the one hand via a freewheeling diode (6) in the forward direction and on the other, parallel to the freewheeling diode (6), via a relay (7) and a light emitting diode (8) in the reverse direction to the terminal ( 9) is connected.