DE3324819C2 - - Google Patents
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- DE3324819C2 DE3324819C2 DE19833324819 DE3324819A DE3324819C2 DE 3324819 C2 DE3324819 C2 DE 3324819C2 DE 19833324819 DE19833324819 DE 19833324819 DE 3324819 A DE3324819 A DE 3324819A DE 3324819 C2 DE3324819 C2 DE 3324819C2
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- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
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- H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
- H03K17/08—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage
- H03K17/082—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit
- H03K17/0826—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit in bipolar transistor switches
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung mit
einer eine Last schaltenden, steuerbaren elektronischen
Schalteinrichtung, insbesondere einem Transistor, mit einer
Spannungsquelle, mit einer Last, mit einem Überlastsensor
im Lastkreis, mit einer periodische Einschaltsignale für
die Schalteinrichtung erzeugenden Signalquelle und mit
einer Speichereinrichtung, die aufgrund von Signalen des
Überlastsensors, die eine Überlastung anzeigen, das
Durchschalten der Einschaltsignale der Signalquelle
verhindert.
Eine derartige Schaltungsanordnung ist aus der DE 22 58 898
B2 als Teil eines Transistorwechselrichters
bekanntgeworden. Diese vorbekannte Schaltungsanordnung
weist eine Speichereinrichtung auf, die aufgrund von
Signalen eines Überlastsensors, die eine Überlastung
anzeigen, das Durchschalten der Einschaltsignale der
Signalquelle verhindert.
In der dortigen Speichereinrichtung wird das Überlastsignal
gespeichert, das von einem Trigger erzeugt wird, wenn der
Spannungsabfall an einem Meßwiderstand einen vorgegebenen
Grenzwert überschreitet. Das Steuersignal dient bei der
vorbekannten Schaltungsanordnung zur Rücksetzung des
Speichers. Die Speicherung des Überlastsignals hat zur
Folge, daß bei der Ermittlung einer Überlastung im
Laststromkreis die lastschaltenden Bauelemente weiterhin
ständig mit der durch den dortigen Taktgeber erzeugten
Frequenz leitend geschaltet werden. Sofern die Überlastung,
z. B. durch einen Kurzschluß noch vorliegt, wird in diesem
Fall durch den Trigger das Speicherglied neu gesetzt, was
zur Abschaltung der Transistoren führt.
Diese vorbekannte Schaltungsanordnung weist jedoch den
Nachteil auf, daß z. B. während eines länger andauernden
Kurzschlusses die dortigen Transistoren unnötig hoch
elektrisch und damit thermisch belastet werden, was trotz
der dort vorgesehenen Überlastsicherung zu einer
Beschädigung der Transistoren führen kann.
Aus der DE 31 35 805 A1 ist eine Schaltungsanordnung
bekanntgeworden, die insbesondere als stromgeregelte
Endstufe für elektromagnetische Verbraucher verwendet
werden kann. Diese Schaltungsanordnung weist jedoch keinen
Überlastsensor auf.
Die Erfindung hat zum Ziel, einen elektronischen Schalter
für Gleichstrom zu schaffen, der über einen Steuereingang
elektronisch angesteuert werden kann und der
potentialgetrennte oder nicht potentialgetrennte Ohmsche,
kapazitive, induktive und/oder gemischte Lasten schalten
kann, wobei eine aktive Überwachung des Lastkreises und
eine Begrenzung des Laststromes auf einen höchstzulässigen
Grenzwert gesichert sein soll.
Zu diesem Zweck ist die Schaltungsanordnung der eingangs
genannten Art dadurch gekennzeichnet, daß die
Speichereinrichtung das Steuersignal speichert und an die
Schalteinrichtung weitergibt und bei Überlastung des
Lastkreises durch den Überlastsensor zurückgesetzt wird,
daß eine weitere Einrichtung vorgesehen ist, die das
Steuersignal periodisch in die Speichereinrichtung
einliest, daß die weitere Einrichtung von der Signalquelle
gespeist wird und daß die weitere Einrichtung als
Frequenzteiler ausgebildet ist, der die Frequenz des
Taktsignals der Signalquelle herabsetzt. Es wird hierdurch
erreicht, daß im Überlast- oder Kurzschlußfall bei
eingeschalteter Last diese sofort abgeschaltet wird, und
daß sie aber andererseits wieder eingeschaltet wird, falls
die Störung durch Überlastung bzw. Kurzschluß nicht mehr
vorliegt.
Dabei wird bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
nicht wie bei der vorbekannten Schaltungsanordnung das
Überlastsignal sondern das Steuersignal gespeichert. Bei
einer Überlastung des Lastkreises wird demnach
erfindungsgemäß der Speicher durch die weitere Einrichtung
zurückgesetzt. Diese Umkehr des im Speicher gespeicherten
und des den Speicher rücksetzenden Signals gegenüber der
vorbekannten Schaltungsanordnung ermöglicht es, eine
weitere Einrichtung vorzusehen, die von der Signalquelle
gespeist wird und die als Frequenzteiler ausgebildet ist,
welcher die Frequenz des Taktsignals der Signalquelle
herabsetzt.
Dadurch daß die weitere Einrichtung als Frequenzteiler
ausgebildet ist, wird z. B. im Falle eines Kurzschlusses
und damit einer Überlastung im Laststromkreis die
Schalteinrichtung nicht mit der gleichen Wechselfrequenz
eingeschaltet wie im Normalfunktionsfall, sondern mit einer
dem Teilerverhältnis des Frequenzteilers der weiteren
Einrichtung entsprechenden geringeren Frequenz. Durch diese
Maßnahme kann eine Überlastung der Schalteinrichtung
weitgehend vermieden werden und z. B. aufgrund der längeren
Abkühlphase zwischen den Einschaltversuchen durch die
weitere Einrichtung die Zeitdauer, für die die
Schalteinrichtung auch im Falle eines Kurzschlusses
eingeschaltet bleibt, gegebenenfalls länger bemessen
werden, um z. B. den Anlaufstrom von elektrischen
Glühlampen oder Elektromotoren nicht als Überlastung im
Laststromkreis zu erfassen.
Weitere Ausbildungen und Verbesserungen der Erfindungen
gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Im nachfolgenden wird die Erfindung anhand von
Ausführungsbeispielen, die aus den Zeichnungen hervorgehen,
näher erläutert:
Fig. 1 zeigt das Blockschaltbild eines
Ausführungsbeispiels,
Fig. 2 zeigt das Prinzipschaltbild der gesamten
Schaltungsanordnung; in den
Fig. 3 bis 8 sind die einzelnen Baugruppen des
Prinzipschaltbilds gemäß Fig. 2 im einzelnen dargestellt,
Fig. 9 zeigt ein Diagramm der Steuersignale,
Fig. 10 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel, nämlich
einen Umschalter anstelle eines Einschalters.
Wie aus Fig. 1 hervorgeht, liegt ein Überlastsensor (1)
zum Feststellen einer Überlastung im Lastkreis mit der
eigentlichen Last (5), z. B. einer elektrischen Heizung
oder einem Gleichstrommotor, in Reihe. Weiter liegt im
Lastkreis eine Endstufe (4), die den gesamten Lastkreis
schaltet und die die steuerbare elektronische
Schalteinrichtung enthält. Es ist weiter eine Signalquelle
(2) vorgesehen, die periodisch Einschaltsignale für die
elektronische Schalteinrichtung erzeugt und die mit der die
Schalteinrichtung enthaltende Endstufe (4) verbunden ist,
zweckmäßigerweise über eine Treiberstufe (6). Ferner ist
eine Speichereinrichtung (3) vorgesehen, die mit dem
Überlastsensor (1) zum Feststellen einer Überlastung
verbunden ist und die aufgrund von Signalen dieses
Überlastsensors, die eine Überlastung, z. B. einen
Kurzschluß anzeigen, das Durchschalten der Signale der
Signalquelle (2) zu der zu schaltenden Schalteinrichtung in
der Endstufe (4) verhindert, zweckmäßigerweise durch
Eingriff in die Treiberstufe (6), wie in Fig. 1
dargestellt. Es kann ferner, wie gestrichelt dargestellt,
eine weitere Einrichtung (7) vorgesehen sein, die mit der
Signalquelle (2) verbunden ist und die das Steuersignal
periodisch in die Speichereinrichtung (3) einliest, die das
Steuersignal speichert und die bei Überlastung des
Lastkreises zurückgesetzt wird.
Fig. 2 zeigt ein vollständiges Schaltbild eines
Ausführungsbeispiels, das im wesentlichen mit dem
Blockschaltbild gemäß Fig. 1 übereinstimmt. Die gesamte
Schaltanordnung hat fünf Anschlüsse. An den mit + U und dem
Erdungszeichen gekennzeichneten Klemmen liegt die
Versorgungsspannung, an der Klemme (St) eine Steuerspannung
und an den Klemmen (9 und 11) der Lastkreis, soweit er
außerhalb der Schaltungsanordnung liegt, d. h. also die
Stromversorgung und die Last selber.
Die von der Klemme (St) in das Gerät führende Leitung (L1)
liegt über einen Widerstand (R33) an einer Steuerleitung
(L2) und über einen Widerstand (R34) an Masse. Mit der
Steuerleitung (L2) ist der Überlastsensor (1) verbunden
sowie die Signalquelle (2) sowie die weitere Einrichtung
(7), die als Frequenzteiler ausgebildet ist und die das
Steuersignal periodisch in die Speichereinrichtung (3)
einliest. Eine weitere Steuerleitung (L3) verbindet den
Ausgang (S3) der Signalquelle (2) mit dem Eingang (S3) des
Frequenzteilers (7) sowie mit einem Eingang (S3) der
Treiberstufe (6). Über eine Leitung (L4) sind ein Ausgang
(S4) des Überlastsensors (1) mit einem Eingang (S4) der
Speichereinrichtung (3) verbunden, über eine weitere
Steuerleitung (L5) der Ausgang (S5) des Frequenzteilers (7)
mit dem Eingang (S5) der Speichereinrichtung (3). Der
Ausgang (S6) der Speichereinrichtung (3) ist über eine
Leitung (L6) mit dem Eingang (S6) der Treiberstufe (6)
verbunden. Von der Treiberstufe (6) führen zwei
Steuerleitungen (L7 und L8) über entsprechende Aus- und
Eingänge (S7 und S8) zur Endstufe (4), die die schaltende
elektronische Schalteinrichtung enthält. Der Eingang (S9)
der Endstufe (4) ist mit der äußeren Klemme (9) verbunden,
während der Ausgang (S10) der Endstufe (4) über eine
Leitung (L10) mit dem Eingang (S10) des Überlastsensors (1)
verbunden ist, dessen Ausgang (S11) wiederum mit der
äußeren Klemme (11) verbunden ist.
Die Wirkungsweise dieser Schaltungsanordnung gemäß Fig. 2
ist nun wie folgt:
Ist die Signalleitung (L1) nicht von außen beschaltet, so sorgt der Widerstand (R34) dafür, daß die Signalleitung (L1) und damit auch die Signalleitung (L2) definiert den Wert logisch 0 annimmt. Der Widerstand (R33) schützt die folgenden Schaltungsteile vor Spannungsspitzen auf der Signalleitung (L1).
Ist die Signalleitung (L1) nicht von außen beschaltet, so sorgt der Widerstand (R34) dafür, daß die Signalleitung (L1) und damit auch die Signalleitung (L2) definiert den Wert logisch 0 annimmt. Der Widerstand (R33) schützt die folgenden Schaltungsteile vor Spannungsspitzen auf der Signalleitung (L1).
Nimmt die Signalleitung (L1) infolge eines angelegten
Signals den Wert logisch 1 an, so werden die Baugruppen (1,
2 und 7) aktiviert. Die Signalquelle (2) erzeugt nun ein
Taktsignal, das über die Leitung (L3) an die Baugruppen (6
und 7) weitergegeben wird. Das Steuersignal, das über die
Leitung (L6) von der Speichereinrichtung (3) zur
Treiberstufe (6) übertragen wird, ist zunächst logisch 0
und verhindert damit eine Taktausgabe der Treiberstufe (6)
an die Endstufe (4). Der Frequenzteiler (7) erzeugt infolge
der Ansteuerung über die Leitung (L3) auf der Leitung (L5)
einen kurzen Impuls, der an die Speichereinrichtung (3)
weitergegeben wird, die diesen Impuls speichert, woraufhin
ihr Ausgangssignal am Ausgang (S6) auf logisch 1 geht und
damit die Treiberstufe (6) aktiviert. Die Treiberstufe (6)
liefert daraufhin das taktende Signal der Signalquelle (2)
an die Endstufe (4) weiter, wobei dies Signal einmal
invertiert und einmal nicht invertiert über die Leitungen
(L7 und L8) weitergegeben wird.
Liegen die beiden Taktsignale an den Eingängen (S7 und S8)
der Endstufe (4), so wird diese Baugruppe mit der in ihr
enthaltenen elektronischen Schalteinrichtung durchgeschaltet, d. h.
also, der Laststrom beginnt zu fließen, das Steuersignal
an der Klemme (St) hat also die Schaltungsanordnung
durchgeschaltet und damit den Laststrom eingeschaltet.
Liegt der Laststrom innerhalb eines zulässigen Bereichs, so
tritt am Ausgang (S4) des Überlastsensors (1) das Signal
logisch 0 auf und die Speichereinrichtung (3) bleibt
unbeeinflußt. Im Falle des Überschreitens eines
vorgegebenen Wertes des Laststromes, d. h. also im
Überlast- bzw. Kurzschlußfall, spricht der Überlastsensor
(1) an und erzeugt das Signal logisch 1, das über die
Signalleitung (L4) die Speichereinrichtung (3) zurücksetzt.
Dies hat zur Folge, daß sofort auch das Ausgangssignal der
Speichereinrichtung (3) an der Klemme (S6) umgekehrt wird
und damit die Treiberstufe (6) sperrt. Damit wird
verhindert, daß Taktimpulse an die Endstufe (4) gelangen.
Die Endstufe (4) unterbricht sofort den Laststromkreis und
schaltet so die Last ab. Die in der Endstufe (4) enthaltene
elektronische Schalteinrichtung, z. B. ein
Transistor, wird in so kurzer Zeit abgeschaltet, daß seine
Zerstörung, insbesondere durch Erwärmung, vermieden wird.
Da die Signalleitung (L2) weiterhin das Steuersignal
überträgt, arbeiten die Baugruppen (2 und 7) weiter, d. h.
also, über die Steuerleitung (L5) wird alsbald ein neuer
Impuls auf die Speichereinrichtung (3) übertragen und setzt
den Speicher neu, womit, wie zuvor beschrieben, der
Einschaltvorgang erneut eingeleitet wird. Ist der Störfall
noch gegeben, so wird die Speichereinrichtung (3) von dem
Überlastsensor (1) her sofort zurückgesetzt, die Last also
sofort wieder ausgeschaltet, ehe die in der Endstufe (4)
enthaltene elektronische Schalteinrichtung durch
Überlastung gestört werden kann. Ist die Überlastung des
Lastkreises dagegen inzwischen beseitigt (z. B. ein einen
Kurzschluß verursachendes Werkzeug wieder weggenommen), so
bleibt die Last eingeschaltet.
Die gesamte Schaltanordnung gemäß Fig. 2 tastet also im
Überlast- oder Kurzschlußfall periodisch die Last ganz
kurzzeitig auf, so daß erreicht wird, daß zu dem Zeitpunkt,
zu dem der Überlast- oder Kurzschlußfall wieder beseitigt
ist, die Last erneut für Dauer eingeschaltet wird.
Wird das Steuersignal an der Klemme (St) wieder
weggenommen, so werden über die Steuerleitung (L2) die
Baugruppen (1, 2 und 7) gesperrt. Es wird kein periodisches
Einschaltsignal (Taktsignal) mehr erzeugt. Die Last wird
abgeschaltet.
Die Feststellung des Überlastfalles kann z. B. durch
Messung des Laststromes aber auch durch Messung des
Spannungsabfalls an der Last oder auch des Spannungsabfalls
an der Schalteinrichtung erfolgen. In Fig. 3 ist eine
Stromabfrage dargestellt, die z. B. anstelle des
Überlastsensors (1) gemäß Fig. 2 eingesetzt werden kann.
Es werden die gleichen Bezeichnungen für die Anschlüsse
verwendet. Es kann also einfach das Ausführungsbeispiel
gemäß Fig. 3 an der vorgesehenen Stelle in die
Schaltungsanordnung gemäß Fig. 2 eingesetzt werden, und es
können entsprechend die Ausführungsbeispiele gemäß den
Fig. 4 bis 8 an den entsprechenden Stellen eingesetzt
werden, und es werden alle diese Teile miteinander
korrespondierend arbeiten. Selbstverständlich können auch
teilweise andere Baugruppen eingesetzt werden, wie z. B.
eine Spannungsabfrage anstelle einer Stromabfrage, wobei
teilweise diese neuen Baugruppen ohne weitere Veränderung
der anderen Baugruppen einfach alternativ eingesetzt werden
können, während manche alternativen Baugruppen leichte
Modifikationen der mit ihnen korrespondierenden Baugruppen
erforderlich machen.
Ein Hallsensor (HS) wird dadurch eingeschaltet, daß an dem
Eingang (S2) das Signal logisch 1 geschaltet wird. Der
Hallsensor (HS) ist in einem magnetischen Kreis angeordnet,
dessen Fluß vom Laststrom zwischen den Anschlüssen (S10 und
S11) abhängt, z. B. mit Hilfe einer vom Laststrom
durchflossenen Spule. Durch geeignete Dimensionierung wird
erreicht, daß von einem bestimmten, als Überlaststrom
definierten Strom ab der Hallsensor schaltet und am Ausgang
(S4) das gewünschte Signal abgibt. Die Diode (D2) dient
beim Abschalten der Last zum Vernichten der Energie des
magnetischen Kreises.
In Fig. 4 ist die Endstufe (4) dargestellt, welche die
eigentliche Schalteinrichtung enthält. Als
Schalteinrichtung wird ein Leistungstransistor verwendet,
der im Ausführungsbeispiel als N-Kanal-enhancement-MOS-
Leistungstransistor (FET1) ausgebildet ist. Auf der
Schaltseite ist er durch eine Zenerdiode (D2) gegen
Spannungsspitzen geschützt. Da ein Transistor von diesem
Typ eine Steuerspannung benötigt, die deutlich über der
Schaltamplitude von logischen Gattern liegt, die an einer
C-MOS- oder TTL-Versorgung betrieben werden, ist eine
Spannungsvervielfacherschaltung erforderlich. Sie wird aus
den Kapazitäten (C10 und C11) und den Dioden (D6, D7 und
D9) gebildet. Durch die gegenphasige Ansteuerung an den
Anschlüssen (S7 und S8) sind nur zwei Kapazitäten
erforderlich. Zweckmäßigerweise wird der in der
Vervielfacherschaltung benötigte Siebkondensator von der
Gate-Source-Kapazität des Transistors (FET1) gebildet. Es
wird erreicht, daß durch das Ausnutzen der Energien von
zwei Steuersignalen der Transistor (FET1) sehr schnell
eingeschaltet werden kann.
Auch der Abschaltvorgang wird beschleunigt, insbesondere
damit im Falle einer Überlastung, insbesondere bei
Kurzschluß, keine Überlastung des Schalttransistors (FET1)
eintritt. Hierzu dienen die Diode (D8), der Widerstand (R5)
und der Transistor (FET4), der ebenfalls als N-Kanal
enhancement-MOS-Kleinsignaltransistor ausgebildet ist. Beim
Auftasten der Endstufe (4) mit den beiden Taktsignalen an
den Anschlüssen (S7 und S8) sperren die negativen Impulse
des Signals (8) über die Diode (D8) den Transistor (FET4),
der damit einen schnellen Einschaltvorgang gestattet. Beim
Abschalten der Taktsignale geht der Transistor (FET4)
sofort in den leitenden Zustand über, da über den
Widerstand (R5) sein Gate aufgeschaltet wird. Die Gate-
Source-Ladung des Transistors (FET1) fließt schnell über
den Transistor (FET4) ab, was ein schnelles Abschalten
bewirkt.
Die Zenerdiode (D3) zwischen Gate- und Source-Anschluß des
Transistors (FET1) bewirkt, daß der impulsförmige
Maximalstrom der Lastseite auf einen zulässigen Wert
begrenzt wird. Die Zenerspannung der Zenerdiode (D3) weist
einen Wert auf, der identisch ist mit der Gate-Source-
Spannung des Transistors (FET1), bei der der Maximalstrom
noch nicht überschritten ist.
In Fig. 5 ist die Signalquelle (2) dargestellt, welche
periodisch Einschaltsignale erzeugt, welche also als
Taktgenerator arbeitet. Die Signalquelle (2) wird aus einem
Ringoszillator mit den Gattern (G24, G25 und G26) gebildet
sowie einem Gatter (G23) zur Pufferung. Der Ausgang dieses
Gatters bildet das Ausgangssignal am Signalausgang (S3).
Die Signalquelle (2) erzeugt nur dann Impulse, wenn am
Signaleingang (S2) das Signal logisch 1 liegt, also nur
dann, wenn das äußere Steuersignal den Befehl zum Schalten
der Schaltanordnung gibt.
In Fig. 6 ist die Treiberstufe (6) dargestellt. Sie
besteht aus den beiden Gattern (G16 und G17), die in der
dargestellten Weise miteinander verbunden sind. Liegt das
Signal am Signaleingang (S6) auf logisch 1, so werden die
Gatter geöffnet, und das Taktsignal am Steuereingang (S3)
wird auf den Signalausgang (S7) invertiert und auf den
Signalausgang (S8) nicht invertiert durchgeschaltet. Es
werden also zwei gegenphasige Taktsignale erzeugt, die als
Ansteuersignal für die Endstufe (4) dienen. Liegt das
Signal am Steuereingang (S6) auf logisch 0, so werden keine
Impulse durchgelassen.
In Fig. 7 ist die weitere Einrichtung (7) dargestellt, die
einen Frequenzteiler darstellt. Der Teiler enthält zwei
Zählstufen (Z31 und Z32). Er teilt das Signal, das an
seinem Signaleingang (S3) steht, d. h. also, das Signal,
das vom Taktgenerator der Signalquelle (2) geliefert wird.
Die Periodendauer dieses heruntergeteilten Signals wird so
eingestellt, daß sie im Überlast- oder Kurzschlußfall der
Zeit entspricht, die zwischen zwei Auftastimpulsen vergeht.
Die Zeit ist wählbar, indem ein geeigneter Teilerausgang
verwendet wird. Da ein normaler Binärzähler Ausgangssignale
mit 50% Einschaltdauer erzeugt, wird die Impulsbreite des
Ausgangssignals gekürzt, indem über die Gatter (G27, G28,
G29 und G30) ein Reset-Signal für den Teiler erzeugt wird.
Die Impulsbreite wird ebenfalls durch Wahl eines
entsprechenden Zählerausgangs eingestellt. Die Gatter (G30
und G29) dienen zur Verzögerung des Reset-Signals.
Fig. 8 zeigt die Speichereinrichtung (3). Sie besteht im
wesentlichen aus den Gattern (G18 bis G22). Das aus den
Gattern (G18 und G19) gebildete --Flipflop wird gesetzt,
wenn ein kurzer positiver Impuls am Signaleingang (S5)
auftritt und über das Gatter (G22) auf das Flipflop gegeben
wird. Der Ausgang des Gatters (G19) bildet das
Ausgangssignal am Signalausgang (S6). Das Gatter (G20)
dient dazu zu verhindern, daß während der Zeit, in der der
Impuls, der vom Signaleingang (S5) kommt, anliegt, eine
Signalinformation des Überlastsensors (1) an das --
Flipflop gelangen kann. Während dieser Zeit wird die
Stromabfrage nicht beachtet. Auf diese Weise werden
Lastimpulse beim Einschalten ausgeblendet. Dies setzt
voraus, daß die Impulsbreite an der Signalleitung (L5)
nicht so groß gewählt wird, daß der Schalttransistor (FET1)
gefährdet wird.
Unmittelbar nach dem Impuls auf der Signalleitung (L5) wird
über die Gatter (G20 und G21) die Stromabfrage aktiviert.
Der aus den Gattern (G18 und G19) gebildete --Flipflop
wird im Überlastungsfall über die Signalleitung (L4)
zurückgesetzt. Dies führt dann, wie beschrieben, zum
Abschalten des Schalttransistors (FET1).
Wie ersichtlich, sind alle Bauelementekombinationen so
gewählt, daß möglichst nicht nur einzelne Baugruppen,
sondern die gesamte Schaltungsanordnung gemäß Fig. 2 als
integrierte Schaltung ausgebildet werden kann. Auf diese
Weise besteht die Möglichkeit, die zunächst recht aufwendig
erscheinende Schaltungsanordnung dennoch wirtschaftlich
herzustellen und damit einen elektronischen Schalter zu
schaffen, der ein elektromagnetisches Relais mit allen
seinen Vorteilen ersetzen kann und zusätzlich die Vorteile
elektronischer Bauelemente aufweist.
Wie aus den beschriebenen Ausführungsbeispielen hervorgeht,
ist die gesamte Schaltungsanordnung, insbesondere auch als
Vorbedingung für eine leichte Integration, konsequent in
nur einer Art von Gattern, nämlich NAND-Gattern aufgebaut.
Selbstverständlich können auch andere Gatter in
entsprechender Verknüpfung verwendet werden. Es können auch
zumindest Teile der Schaltungsanordnung so aufgebaut
werden, daß sich eine Programmierbarkeit ergibt, z. B.
durch Wahl der passenden Ausgänge der Zähler (Z31 und Z32).
Ein weiterer Vorteil der Schaltungsanordnung besteht darin,
daß sie teilweise unter Verwendung von Mikroprozessoren
verwirklicht werden kann und auch daß bei der Verwendung
von Mikroprozessoren für andere Steuerungsaufgaben das so
geschaffene elektronische Relais von diesen mit angesteuert
werden kann. Es lassen sich somit, insbesondere in der
Kraftfahrzeugtechnik, verhältnismäßig komplexe Steuerungen
vereinfacht aufbauen, indem die Leistungsstufe in die
eigentlichen Steuerungsstufen mit einbezogen wird.
In Fig. 9 ist ein Diagramm der Steuersignale und des
Laststromes dargestellt, wie es verschiedenen
Einschaltzuständen des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 2
unter Verwendung der Baugruppen gemäß Fig. 3 bis Fig. 8
entspricht. Es sind jeweils die Spannungszustände (H und L)
auf den Steuerleitungen (L1 bis L9) und der Lastleitung
(L10) über der Zeit dargestellt. Der Zeitpunkt (t1)
entspricht dem Einschaltzeitpunkt. Im Zeitpunkt (t2) ist
der Speicher gesetzt. Im Zeitpunkt (t3) ist der Laststrom
eingeschaltet. Im Zeitpunkt (t4) wird vom Sensor ein
Kurzschluß gemeldet. Im Zeitpunkt (t5) erfolgt ein
Neustart. Im Zeitpunkt (t6) erfolgt eine Sensormeldung. Im
Zeitpunkt (t7) wird wegen des noch vorhandenen
Kurzschlusses das Einschalten des Laststromes weiter
verhindert. Im Zeitpunkt (t8) wird festgestellt, daß der
Kurzschluß nicht mehr vorhanden ist, woraufhin im Zeitpunkt
(t9) der Laststrom wieder eingeschaltet ist.
In Fig. 10 ist ein anderes Ausführungsbeispiel der
Erfindung dargestellt, nämlich eine als Umschalter
arbeitende Schaltungsanordnung. Für gleiche bzw. gleich
wirkende Bauteile wird zwecks Vereinfachung in Fig. 10
dieselbe Wahl von Bezugszeichen wie in Fig. 2 getroffen.
Es ist demzufolge wiederum ein Überlastsensor (1)
vorhanden, eine Einschaltimpulse erzeugende Signalquelle
(2), eine Speichereinrichtung (3) und ein Frequenzteiler
(7). Es sind aber zwei Endstufen (4 und 4′) und zwei
Treiberstufen (6 und 6′) vorhanden. Hinzu kommt eine
Umschaltvorrichtung (U), die mit ihren Ausgängen über
Leitungen (L3′ bzw. L3′′) auf die Treiberstufen (6 bzw. 6′)
einwirkt, während sie ihrerseits über die Leitung (L3) von
der Signalquelle (2) beaufschlagt wird und einem mit (Sel)
bezeichneten Steuereingang unterliegt, der einen Select-
Eingang darstellt und die Einschaltung der einen bzw. der
anderen Endstufe (4 bzw. 4′) ermöglicht. Von der
Speichereinrichtung (3) her wird über die Steuerleitung
(L6) ein enable-Signal in die Umschalteinrichtung (U)
gegeben, das in ähnlicher Weise, wie beim
Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2, durch Zurücksetzen der
Speichereinrichtung (3) von dem Überlastsensor (1) her
gelöscht werden kann und damit den jeweils eingeschalteten
Laststromkreis unterbricht.
Auch dieses Ausführungsbeispiel kann als integrierter
Schaltkreis ausgebildet werden. Es können auf diese und
ähnliche Weise verschiedene Abwandlungen der
Schaltungsanordnung gemäß Fig. 2 bzw. überhaupt des
Grundprinzips der Erfindung geschaffen werden, worin ein
weiterer Vorteil zu sehen ist.
Claims (26)
1. Schaltungsanordnung, mit einer eine Last schaltenden Endstufe, die eine
steuerbare, elektronische Schalteinrichtung (FET1),
insbesondere einen Transistor aufweist, mit einer
Spannungsquelle, mit einer Last (5), mit einem
Überlastsensor (1) im Lastkreis, mit einer periodische
Einschaltsignale für die Schalteinrichtung (FET1)
erzeugenden Signalquelle (2) und mit einer
Speichereinrichtung (3), die aufgrund von Signalen des
Überlastsensors (1), die eine Überlastung anzeigen, das
Durchschalten der Einschaltsignale der Signalquelle (2)
verhindert, dadurch gekennzeichnet, daß die
Speichereinrichtung (3) das Steuersignal speichert und
an die Schalteinrichtung (FET1) weitergibt und bei
Überlastung des Lastkreises durch den Überlastsensor
(1) zurückgesetzt wird, daß eine weitere Einrichtung
(7) vorgesehen ist, die das Steuersignal periodisch in
die Speichereinrichtung (3) einliest, daß die weitere
Einrichtung (7) von der Signalquelle (2) gespeist wird
und daß die weitere Einrichtung (7) als Frequenzteiler
ausgebildet ist, der die Frequenz des Taktsignals der
Signalquelle (2) herabsetzt.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß zwischen die Signalquelle (2) und
die Schalteinrichtung (FET1) eine Treiberstufe (6)
geschaltet ist, und daß die Speichereinrichtung (3),
die das Durchschalten der Einschaltsignale der
Signalquelle (2) verhindert, an die Treiberstufe (6)
angeschlossen ist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Treiberstufe (6) eine logische
Verknüpfung ist oder enthält, die nur bei
gleichzeitigem Vorliegen von Signalen der Signalquelle
(2) und der Speichereinrichtung (3) ein Signal
weiterleitet.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Frequenzteiler (7) als
zweistufiger Teiler ausgebildet ist.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Frequenzteiler (7) Gatter
enthält, die ein reset-Signal erzeugen, das die
Impulsbreite des Ausgangssignals kürzt.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Überlastsensor (1) die Spannung
über eine die Schalteinrichtung (FET1) enthaltende
Endstufe (4) messen kann.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Überlastsensor (1) die Spannung
über der Last (5) messen kann.
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Überlastsensor (1) den Strom im
Laststromkreis messen kann.
9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch
gekennzeichnet, daß der Überlastsensor (1) einen
Hallsensor (HS) enthält, der dem Magnetfeld des
Laststroms ausgesetzt ist.
10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch
gekennzeichnet, daß der Hallsensor (HS) im Lastkreis
eines Transistors (FET15) liegt, der vom Steuersignal
eingeschaltet wird.
11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet daß die Schalteinrichtung (FET1) ein
Transistor, vorzugsweise ein Feldeffekt-Transistor,
ist.
12. Schaltungsanordnung nach Anspruch 11, dadurch
gekennzeichnet, daß ein spannungsbegrenzendes
elektronisches Bauteil an Gate und Source des
Feldeffekt-Transistors (FET1) gelegt ist.
13. Schaltungsanordnung nach Anspruch 11, dadurch
gekennzeichnet, daß ein Gegenkopplungs-Widerstand in
der Emitter- bzw. Source-Leitung des Transistors (FET1)
angeordnet ist.
14. Schaltungsanordnung nach Anspruch 11, dadurch
gekennzeichnet, daß an die Steuerstrecke des
Transistors (FET1) über eine Gleichrichterschaltung,
insbesondere eine Spannungsvervielfacherschaltung, eine
Wechselspannungsquelle gelegt ist.
15. Schaltungsanordnung nach Anspruch 14, dadurch
gekennzeichnet, daß die Treiberstufe (6) als
Wechselspannungsquelle ausgebildet ist.
16. Schaltungsanordnung nach Anspruch 14, dadurch
gekennzeichnet, daß die Gleichrichterschaltung so
ausgebildet ist, daß die Gate-Source-Kapazität des
Leistungs-Feldeffekt-Transistors (FET1) ihren
Siebkondensator bildet.
17. Schaltungsanordnung nach Anspruch 14, dadurch
gekennzeichnet, daß zwei Halbleiterschalter so
geschaltet sind, daß sie gegenphasige Wechselspannungen
erzeugen.
18. Schaltungsanordnung nach Anspruch 14, dadurch
gekennzeichnet daß drei Dioden (D6, D7, D9) und zwei
Kondensatoren (C10, C11′) die
Spannungsvervielfacherschaltung bilden.
19. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß zwei Endstufen (4, 4′) vorgesehen
sind, die über einen vorzugsweise elektronischen
Umschalter (U) betätigt werden können.
20. Schaltungsanordnung nach Anspruch 19, dadurch
gekennzeichnet, daß die beiden Endstufen (4, 4′) je
eine Treiberstufe (6, 6′) besitzen, die an das
Umschaltelement (U) angeschlossen sind, das mit der
Signalquelle (2), der Speichereinrichtung (3) und einer
Steuerleitung (L3) verbunden ist.
21. Schaltungsanordnung nach Anspruch 15, dadurch
gekennzeichnet, daß ein Gleichstromwiderstand parallel
zur Gate-Source-Kapazität geschaltet ist, der so
dimensioniert ist, daß über ihn die Entladung der
Gate-Source-Kapazität in ausreichend kurzer Zeit bei
Abschalten der Steuerwechselspannung erfolgt.
22. Schaltungsanordnung nach Anspruch 21, dadurch
gekennzeichnet, daß der Gleichstromwiderstand ein
Halbleiterschaltelement ist.
23. Schaltungsanordnung nach Anspruch 22, dadurch
gekennzeichnet, daß der Gleichstromwiderstand ein
Feldeffekt-Transistor (FET2) ist.
24. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß zumindest Teile der
Schaltungsanordnung als NAND-Gatter aufgebaut sind.
25. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß zumindest Teile der
Schaltungsanordnung als integrierter Schaltkreis
ausgebildet sind.
26. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung so
dimensioniert ist, daß Mikroprozessorausgänge als
Steuerwechselspannung liefernde Quellen eingesetzt
werden können.
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