DE2422176A1

DE2422176A1 - Stoerungssicherer oszillatorkreis

Info

Publication number: DE2422176A1
Application number: DE2422176A
Authority: DE
Inventors: Jun James H Franz
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1973-05-11
Filing date: 1974-05-08
Publication date: 1974-11-28
Also published as: FR2229165B1; FR2229165A1; CH583938A5; BR7403718D0; AU477165B2; SE7406318L; ZA742423B; JPS5015207A; SE397615B; AU6837674A; JPS5521521B2; IT1013901B; CA983107A; BE814825A; US3842334A; GB1471731A; AR203558A1

Description

Westinghouse Electric Corporation
Pittsburgh, Pa., V. St. A.

Storungssicherer Os ζi1latorkreis

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Fahrzeugsteuerungssysteme, insbesondere auf eine in Verbindung damit eingesetzte Schaltung, die eine Gleichstrom-Ausgangsspannung nur in Abhängigkeit von einem periodischen Signaleingang abgibt.

In einem System wie einem Fahrzeugsteuerungssystem, bei dem eine störungssichere Arbeitsweise gefordert wird, müssen konsequenterweise alle Systemkomponenten störungssicher sein. Aus Definitions-

■3

gründen sei festgelegt, das im vorliegenden Rahmen eine Systemkomponente als störungssicher angesehen wird, wenn eine Störung oder ein Ausfallen einer einzelnen Komponente des Systems die Abwesenheit oder zumindest eine beträchtliche Amplitudenverringerung des Signalausgangs von der Systemkomponente bedingt.

Die vorliegende Erfindung schafft ein fehlersicheres oder störungssicheres System, in dem ein Oszillator einen Signalausgang gefor-

409848/0367

derter Amplitude nur in Abhängigkeit von der Erfassung eines gelieferten periodischen Signals abgibt. Der Signalausgang des Oszil-.lators wird gleichgerichtet, so daß ein storungssieheres Aktivierungssignal resultiert. Für den Fall, daß eine einzelne Komponente ausfällt oder einer Störung unterliegt, wird das gleichgerichtete Signal nicht mehr langer erzeugt oder zumindest erheblich hinsichtlich seines Signalniveaus verringert.

Ein störungssicherer Oszillatorkreis für die Abgabe eines störungssicheren Signalausgangs mit vorgegebenem Niveau ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch eine erste Einrichtung zur Abgabe eines periodischen Signals, eine zweite Einrichtung zur Abgabe eines Gleichstromsignals in Abhängigkeit von der Abgabe des periodischen Signals sowie durch eine Oszillatoreinheit, die einen Signalausgang mit vorgegebenem Niveau nur in Abhängigkeit von der Abgabe des Gleichstromsignals liefert.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild und eine schematische Wiedergabe einer störungssicheren Treiberschaltung entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 schematisch ein Schaltbild einer störungsfreien Treiberschaltung entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und

409848/0367

Fig. 3A - 3G zum besseren Verständnis der Erfindung Signalkurven, wie sie in den Fig. 1 und 2 an den dort analog bezeichneten Punkten auftreten.

Im einzelnen läßt Fig. 1 ein Blockschaltbild und eine schematische Wiedergabe einer störungssicheren Treiberschaltung erkennen, die erfindungsgemäß aufgebaut ist. Die Bezeichnungen 3A - 3G in Fig. bzw. 2 geben die Schaltungspunkte an, an denen die mit dem Diagramm 3A - 3G wiedergegebenen Signalverläufe jeweils anzutreffen sind. Eine Quelle 2 periodischer Signale liefert ein periodisches Signal (vgl, Fig. 3A) an einen Detektor 4, und in Abhängigkeit davon liefert der Detektor 4 ein erstes Gleichstromsignal (vgl. Fig. 3B) als Erregerpotential an einen Oszillator 6. Solange der Oszillator 6 das erste Gleichstromsignal über seinen Eingang erhält, bleibt er erregt und liefert einen Signalausgang (vgl. Fig. 3F) an die Primärwicklung 8 eines Transformators 10, der über eine Sekundärwicklung 12 einen Signaleingang an einen Gleichrichter 14 liefert, der seinerseits ein zweites Gleichstromsignal (vgl. Fig. 3G) an einen Kondensator wie den Vierpolkondensator 16 abgibt, der das zweite Gleichstromsignal mit einer Last 18 koppelt, die beispielsweise von einem Relais gebildet sein kann.

Fig. 2 ist ein schematisches Schaltbild der störungs- oder fehlersicheren Treiberstufe. Der Detektor 4 enthält Kondensatoren 20 und 22 sowie Dioden 24 und 26. Er ist mit dem Oszillator 6 über einen Widerstand 28 verbunden.

4098 4 8/0 3 67

2^22176

Der Oszillator 6 enthält Transistoren 30 und 32 sowie 34 und 36. Ein Rückkopplungspfad 38 ist zwischen dem Kollektor 40 des Transistors 34 und der Basis 42 des Transistors 32 angeordnet und weist Widerstände 44 und 46 sowie einen Kondensator 48 auf. Die Basis des Transistors 30 ist an eine erste Quelle für ein Referenzpotential wie Masse und an eine Seite eines Kondensators 52 angeschlossen, dessen andere Seite mit einer zweiten Quelle für ein Referenzpotential -V verbunden ist. Der Kollektor 54 des Transistors 30 ist mit der Quelle -V über einen Widerstand 56 und mit der Basis 58 des Transistors 36 verbunden. Der Kollektor 60 des Transistors 32 ist mit der Quelle -V über einen Widerstand 62 und mit der Basis 64 des Transistors 34 verbunden.

Der Gleichrichter 14 weist Dioden 66 und 6 8 auf. Die Last, die in diesem Fall einen elektronischen Schalter umfaßt, weist einen Thyristor 70, fcenerdioden 72 und 74, einen Transistor 76 und Widerstände 78, 80 auf, wobei der Schalter eine Ausgangsklemme 82 enthält, die mit einem Relais oder einer ähnlichen Einrichtung in Verbindung stehen kann.

Wie zuvor erwähnt, ist der Oszillator 6 nicht in der Lage zu schwingen und insofern ein Ausgangssignal abzugeben, wenn das den Emittern 84 und 86 der Transistoren 30 bzw. 32 zugeführte Gleichstromsignal fehlt. Dies ist deshalb der Fall, weil die Basen der letztgenannten Transistoren an die Schaltungsmasse und ihre Kollektoren an das -V-Referenzpotential angeschlossen sind, welches die Transistoren in Sperrichtung vorspannt, wenn ein den jeweiligen

40984Ö/Ü367

Emittern zugeführtes positives Potential fehlt.Wenndem Eingang des Detektors 4 ein periodisches Signal (vgl. Fig. 3A) zugeführt wird, sorgt der Detektor 4 für eine Gleichrichtung des periodischen Signals und für die Abgabe eines Gleichstrom-Signalniveaus an die Emitter der Transistoren 30 und 32 über den Widerstand 28 (vgl. Fig. 3B). In Abhängigkeit von dem Gleichstrom-Signalniveau werden die Transistoren 30 und 32 abwechselnd leitend, so daß sie Strom an die Basen 58 und 64 der Transistoren 36 bzw. 34 liefern (vgl. Fig. 3C und 3D), so daß die letztgenannten Transistoren abwechselnd leitend werden können.

In Abhängigkeit von der abwechselnden Leitung der Transistoren 34 und 36 werden Spannungsimpulse abwechselnd an die jeweiligen Anschlüsse der Primärwicklung 8 des Transformators 10 (vgl. Fig. 3E und 3F) abgegeben, so daß in der Sekundärwicklung 12 entsprechende Spannungsimpulse induziert werden. In Abhängigkeit von den induzierten positiven Spannungsimpulsen der Sekundärwicklung werden die Dioden 66 und 68 des Gleichrichters 44 abwechselnd leitend, so daß sie eine erste Klemme des Vierpolkondensjdators 16 (vgl. Fig, 3G) mit einem Gleichstrom-Signalniveau beaufschlagen» Der Signal-Rückkopplungspfad 38 sorgt dafür, daß an die Basis 42 des Transistors 32 ein Signal rückgekoppelt wird, um die Oszillatorwirkung des Oszillators 6 aufrechtzuerhalten.

Die positive Spannung oder das zweite Gleichstromsignal, das über den Vierpolkondensator 16 zugeführt wird, läßt die Zenerdiode 72 durchbrechen, so daß die Gateelektrode des Thyristors 70 ein

409848/0367

Zündpotential erhält, das den Thyristor zum Leiten bringt und damit die Ausgangsklemme 82 mit dem zweiten Gleichstromsignal beaufschlagt. Kurze Zeit danach wird der Transistor 76 infolge des positiven Potentials an seinem Emitter, das die Vorspannung an der Basis infolge der Zenerdiode 74 übersteigt, leitend, so daß ein Strompfad vom Vierpolkondensator 16 zur Ausgangsklemme 82 hergestellt und damit das dort auftretende positive zweite Gleichstromsignal aufrechterhalten wird.

Wie zuvor erläutert, hört die Schwingung des Oszillators 6 auf, wenn ein die Emitter 84 und 86 der Transistoren 30 bzw. 32 beaufschlagendes positives Gleichstromsignal fehlt. Damit jedoch die Schaltung in einer wirklich störungssicheren Weise arbeitet, besteht die Forderung, daß auch ein positives Gleichstrom-Signalniveau an der Ausgangsklemme 82 fehlt, wenn es zu einer Störung irgendeiner Komponente in der Schaltung gekommen ist, oder daß zumindest an der Ausgangsklemme 82 nur ein verringertes Gleichtrom-Signalniveau zur Verfügung steht. Bezüglich des Detektors läßt sich beobachten, daß für einen Kurzschluß des Kondensators der Kondensator 22 sich nicht auf ein positives Gleichstrom-Signalniveau aufladen könnte, da die Diode 24 alle ins Negative gehenden Impulse in bezug auf die Schaltungsmasse kurzschließen würde. In gleicher Weise würde sich für den Fall einer öffnung des Kondensators 20 für den Ausgang des Detektors 20 ein Leerlaufkreis ergeben. Ebenso wäre, wenn die Dioden 24 oder 26 kurzschließen oder öffnen, der Kondensator 22 nicht in der Lage, sich auf ein ausreichendes positives Gleichstrom-Signalniveau aufzuladen, um die Transistoren 30 und 32 genügend Strom ziehen zu lassen,

409848/0367

so daß der Oszillator 6 schwingen könnte. Ebenso würde jeder der vorerwähnten Fehler den Eingangskreis ziemlich stark belasten. Es ist klar, daß, wenn der Kondensator 22 einen Kurzschluß bilden würde, alle Signale in bezug auf Masse kurzgeschlossen würden und dementsprechend der Oszillator 6 nicht in der Lage wäre zu oszillieren. Wenn der Kondensator 22 öffnen würde, so würde dem Oszillator 6 ein Gleichstromsignal zugeführt, das jedoch in jedem Fall eine Amplitude hätte, die nicht größer ist, als wenn der Kondensator einwandfrei arbeitete, so daß auch diese Situation nicht als unsicherer Zustand angesehen werden kann. Wenn der Widerstand 28 öffnen würde, so könnte der Oszillator bei Abwesenheit des Gleichstromsignals nicht oszillieren, so daß auch dies keinen unsicheren Zustand darstellt. Wenn andererseits der Widerstand 28 einen Kurzschluß bilden würde, so würde der Oszillator 6 bei Abwesenheit periodischer Signale, die dem Eingang des Detektors 4 zugeführt werden, aufhören zu schwingen, was ebenfalls einen sicheren Betriebszustand darstellt.

Es seien nun die Fehler- oder Störungs-Betriebsarten der den Oszillator 6 bildenden Bauelemente betrachtet. Wenn der Kondensator 48 im Signal-Rückkopplungspfad 38 öffnen würde, so besteht eindeutig kein Rückkopplungspfad mehr, so daß unabhängig davon, daß dem Eingang des Detektors 4 ein periodisches Signald zugeführt wird, keine Oszillation auftreten kann. Wenn andererseits der Kondensator 48 einen Kurzschluß bilden würde, so würde die zeitliche Steuerung der Schaltung beeinträchtigt, aber der Oszillator würde weiterhin bei Fehlen eines Signaleingangs für den Detektor zu schwingen aufhören. Wenn der Widerstand 44 öffnen würde, so

409848/036?

würde kein Entladungspfad zu Masse gebildet, und nachdem der Kondensator 48 sich einmal aufgeladen hat, würde die Rückkopplung aufhören und somit die Oszillation nicht mehr aufrechterhalten werden können* Wenn der Widerstand 44 einen Kurzschluß bilden würde, so könnte die Rückkopplung aufrechterhalten werden, aber die Schaltung würde beim Fehlen des Signaleingangs des Detektors 4 zu schwingen aufhören. In der Praxis sind jedoch der Widerstand 44 sowie alle anderen Widerstände der Schaltung robust ausgebildete Zinnoxidwiderstände, die gegenüber Kurzschluß-Fehlern infolge der meisten bekannten Ursachen wie hoher Temperaturen, Stöße, hohe Ströme oder dergleichen im wesentlichen unempfindlich sind. Wenn der Widerstand 46 Öffnen würde, so bestünde wiederum kein Rückkopplungspfad und dementsprechend keine Schwingung. Wenn der Widerstand 46 einen Kurzschluß bilden würde, so würde die Rückkopplung aufrechterhalten, jedoch würde die Schwingung beim Fehlen des Signaleingangs für den Detektor 4 wiederum aufhören» Die Widerstände 56 und 62 sind Ableitwiderstände, so daß ihre öffnung oder Unterbrechung nur eine Verringerung der Wirksamkeit der

der
Schaltung infolge/sich ergebenden langsameren Sperrzeiten der Treiber-Transistoren 34 und 36 bewirken würde. Wenn die Widerstände 56 und 62 einen Kurzschluß bilden würden, so würde die Schaltung beim Fehlen des Signaleingangs für den Detektor 4 weiterhin aufhören zu schwingen. Das ungünstigste Zusammentreffen von Fehlern oder Störungen in den zuvor erwähnten Bauelementen würde es sein, wenn der Widerstand 44 öffnete und der Widerstand 46 sowie der Kondensator 48 einen Kurzschluß bilden wurden. Die Oszillationen würden so lange aufrechterhalten, wie das periodische Eingangssignal anwesend ist. Bei Abwesenheit des Signaleingangs könnte der

409848/0367

Transistor 32 immer noch eingeschaltet werden, nicht aber der Transistor 30. Daher würde der Transfomator 10 in die Sättigung gehen, die Rückkopplung zum Transistor 32 unterbrechen und damit eine Oszillation des Oszillators 6 verhindern.

Pur den Fall einer öffnung bzw. Unterbrechung oder eines Kurzschlusses eines der im Oszillator 6 enthaltenen Transistoren würde der Oszillator bei Abwesenheit des Eingangssignals für den Detektor 4 zu schwingen aufhören oder zumindest eine weitere Schaltkreiskomponente infolge des Kurzschließens oder einer Unterbrechung der Transistoren ausfallen, wobei der Ausfall dieser weiteren Schaltkreiskomponente ±n den Oszillator nicht mehr weiterschwingen läßt, wie das zuvor erläutert wurde.

Da der Transformator 10 Energie von der -V-Spannungsquelle in ein positives Gleichstrom-Signalniveau in Verbindung mit dem Gleichrichter 14 umwandelt, läßt sich beobachten, daß ein Kurzschluß im Transformator nicht in der Lage ist, eine positive Spannung an die Last abzugeben, da die Dioden 66 und 68 das negative Spannungspotential -V blockieren. Es ist klar, daß die öffnung einer Wicklung des Transformators 10 die Beaufschlagung der Last mit Spannung unterbrechen würde. Der Vierpolkondensator 16 ist ein in hohem Maße zuverlässiges störungssicheres Baueelement, da die Aufhebung einer Verbindung einer der vier Anschlüsse innerhalb oder außerhalb des Kondensators im Hinblick auf die Last zu einem offenen Strompfad zwischen dem Transformator 10 und dem Gleichrichter 14 führt. Wenn der Vierpolkondensator selbst einen Kurzschluß bildet oder eine Unterbrechung aufweist, so kann sich im ungünstigsten

A09848/0367

Fall eine Verringerung der Ausgangsspannung ergeben, die zu keinem unsicheren Betriebszustand führt. Die Last 18 erfordert keine Betrachtung im Hinblick auf Störungssicherheit, da sie zumindest teilweise als Bestandteil der Schaltung angesehen werden kann, die durch die störungssichere Treiberschaltung betrieben wird.

Insgesamt ist damit eine störungssichere Treiberschaltung erläutert worden, die ein Gleichstrom-Signalniveau an ihrem Ausgang nur in Abhängigkeit von einem ihrem Eingang zugeführten periodischen Signal, ferner nur dann liefert, wenn die Bauelemente der Schaltung insgesamt intakt sind.

Patentansprüche:

409848/0367

Claims

Patentanspr flehe ι

Störungssicherer Oszillatorkreis für die Abgabe eines störungssicheren Signalausgangs mit vorgegebenem Niveau, gekennzeichnet durch eine erste Einrichtung zur Abgabe eines periodischen Signals, eine zweite Einrichtung zur Abgabe eines Gleichstromsignals in Abhängigkeit von der Abgabe des periodischen Sinais "sowie durch eine Oszillatoreinheit, die einen Signalausgang mit vorgegebenem Niveau nur in Abhängigkeit von der Abgabe des Gleichstromsignals liefert.
2. Oszillatorkreis nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine weitere Einrichtung zur Abgabe eines zweiten Gleichstrom-Signalniveaus in Abhängigkeit von dem Signalausgang der Oszillatoreinheit.
3. Oszillatorkreis nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Einrichtung einen Transformator (10) mit einer an die Oszillatoreinheit angeschlossenen Primärwicklung sowie einer Sekundärwicklung (12), ferner einen an die Sekundärwicklung des Transformators angeschlossenen Gleichrichter (14) aufweist, der in Abhängigkeit von der Belieferung des Transformators (10) mit dem Signalausgang von der Oszillatoreinheit das zweite Gleichstrom-Signalniveau an seinem Ausgang abgibt.
4. Oszillatorkreis nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine

an den Gleichrichter (14) angeschlossene, in Abhängigkeit von

A098A8/0367

der Lieferung des zweiten Gleichstrom-Signalniveaus mit Energie versorgte Last (18).
5. Oszillatorkreis nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen in Abhängigkeit von der Lieferung des zweiten Gleichstrom-Signalniveaus geschlossenen Schalter.
6. Oszillatorkreis nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Oszillatoreinheit einen ersten und zweiten Transistor (3O_r 32), die mit ihren Basen jeweils an einem ersten Referenzpotential liegen und mit ihrem Emitter (84, 86) bzw. Kollektor untereinander und mit dem Detektor verbunden sind, so daß sie das erste Gleichstromsignal erhalten, ferner einen dritten und vierten Transistor (36, 34) aufweist, wobei der dritte Transistor (36) mit seiner Basis (58) an dem Kollektor (54) bzw. Emitter des ersten Transistors (30) und der vierte Transistor (34) mit seiner Basis (64) an dem Kollektor (60) bzw. Emitter des zweiten Transistors (32) liegt, die Emitter bzw, Kollektoren des dritten bzw. vierten Transistors jeweils an einem zweiten Referenzpotential liegen, ein erster Anschluß der Primärwicklung (8) des Transformators (10) an dem Emitter (40) bzw. Kollektor des vierten Transistors 134) liegt, während ein zweiter Anschluß des Primärwicklung (8) an dem Emitter bzw. Kollektor des dritten Transistors (36) liegt, und daß der Gleichrichter (14) eine erste und eine zweite Diode (66, 68) aufweist, die mit ihren Kathoden oder Anoden untereinander verbunden sind und dann mit ihren Anoden bzw. Kathoden an dem

409848/0367

■- 13 -

ersten bzw. zweiten Anschluß der Sekundärwicklung (12) des Transformators (10) liegen.
7. Oszillatorkreis nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen Rückkopplungspfad (38), der zwischen den Kollektor (40) bzw. Emitter des vierten Transistors (34) und die Basis (42) des zweiten Transistors (32) geschaltet ist.
8. Oszillatorkreis nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen Kondensator (16) , der mit einem ersten Anschluß an der gemeinsamen Verbindung der ersten und zweiten Diode (66_f 68) und mit einem zweiten Anschluß an einem dritten Anschluß der Sekundärwicklung (12) des Transformators (10) liegt, sowie dadurch, daß der dritte Anschluß der Primärwicklung (8) des Transformators (10) mit dem ersten Referenzpotential verbunden ist,
9. Oszillatorkreis nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem dritten und vierten Anschluß des Kondensators (16) eine Last (18) verbunden ist.

09848/0367

L e e r s e i t e