DE3347484C2

DE3347484C2 -

Info

Publication number: DE3347484C2
Application number: DE19833347484
Authority: DE
Inventors: Dragan Dipl.-Ing. Kosic; Joze Dipl.-Ing. Laibach/Ljubljana Yu Marusic
Original assignee: Iskra-Sozd Elektrokovinske Industrije Nsolo Laibach/ljubljana Yu
Current assignee: Iskra-Sozd Elektrokovinske Industrije Nsolo Laibach/ljubljana Yu
Priority date: 1982-12-31
Filing date: 1983-12-29
Publication date: 1987-07-23
Also published as: YU293182A; DE3347484A1; CH663302A5

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Anpassen von Eingangssignalen an einen logischen Signalpegel gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Eine derartige Schaltungsanordnung zum Anpassen von Eingangssignalen an einen logischen Signalpegel ist aus der US-Z-"Electronics", Band 43, 8. Juni 1970, Heft 12, Seite 98 bekannt. Die bekannte Schaltungsanordnung ist so ausgebildet, um einen Spannungsabfall der Speisespannung unter einen bestimmten Spannungspegel zu signalisieren. Dabei sind der Speisestromkreis und die Steuerungslogik der Schaltung kapazitiv gekoppelt, sind also galvanisch getrennt, wodurch nur eine dynamische, d. h. durch Impulse erfolgende Signalisierung möglich ist.

Aus der DE-Z-"automatik", 15. Jg., März 1970, Heft 3, Seite 76 ist eine Rechenschaltung bekannt, bei der ein Operationsverstärker Verwendung findet. Die dabei verwendeten Operationsverstärker sind als Komparatorschaltung mit fester Bezugsspannung ausgeführt, wobei eine positive Rückkopplung über Widerstände vorgesehen ist, um dadurch die Empfindlichkeit bzw. die Hysterese des Komparators einstellen zu können. Die Schaltgeschwindigkeit und die Stabilität des Komparators hängen jedoch von den Eigenschaften der betreffenden integrierten Schaltung selbst ab.

Beim Stand der Technik kann man die bekannten Schaltungen in drei Gruppen aufgliedern, deren Merkmale sind:

1) Galvanisch getrennte Eingänge
2) Keine galvanisch getrennten Eingänge
3) Spannungsform und -größe:
- - Wechselspannung
- - Gleichspannung
- - Spannungswerte: 12, 24, 48, 110 und 220 V.

Man gelangt schnell zum Schluß, daß es schwierig ist, eine Universalschaltung zu bauen, die allen Anforderungen genügt, mit minimalen Änderungen von Schaltelementenwerten.

4) Die Möglichkeit, Störungseinflüsse auf die logischen oder Prozeßdaten-Schaltungen zu verhindern. Es werden Lösungswege benutzt, basierend auf:
- a) Hystereseeigenschaften des Eingangs
- b) störungsfilternder Zeitkonstante am Eingang
- c) Kombination von a und b
- d) Strombelastung des signalerzeugenden Generators, was ein "Filtern" der aus dem Netz stammenden Störungen zur Folge hat.

Die bekannten Lösungen mit oben angeführten Lösungswegen haben einige Vorteile und Nachteile, die beste darunter ist diejenige, die die Firma Siemens in ihr freiprogrammierbares System S5-030 eingebaut hat. Der Schaltplan ist in Fig. 1 dargestellt.

Ein Eingangssignal wird am Spannungsteiler R 9-R 10 so geteilt, daß am Eingang des ersten Verstärkers 0J1 eine eingangsspannungsabhängige Spannung erhalten wird (s. Fig. 1). Diese Spannung wird auf den Ausgang des Verstärkers übertragen und stellt die logische Eins ("1") dar, mit einem Wert von +5 V. Das RC-Filter filtert die beim Umschalten erzeugten Störungen (Spannungssprung) und hält gleichzeitig den Ausgang des Verstärkers 0J1 vom Einschwingen ab.

Es ergeben sich daher einige Nachteile. Der Toleranzbereich der Eingangsspannung beträgt 20-30 V. Falls das Eingangssignal außerhalb dieses Toleranzbereiches liegt, sollte die Eingangsstufe nicht zerstört werden. Bei dieser Schaltung kann dies jedoch passieren, wenn das Eingangssignal etwa 8 V beträgt, denn dann ist die Spannung am Eingang des Verstärkers 0J1 ca. 2,5 V, wodurch der erste Verstärker im linearen Bereich arbeitet und er wegen der großen Verlustleistung zerstört werden kann. Steigt aber die Eingangsspannung über 58 V, so ist die Spannung am Eingang des Verstärkers 0J1 größer als 18 V, was genügt, um ihn zu zerstören. Die Spannung über 58 V am Eingang der Eingangsschaltung liegt außerhalb der Toleranz, kann aber unter Industrieverhältnissen sehr schnell auftreten, z. B. bei der Abschaltung einer induktiven Last. Außer diesem wesentlichen Nachteil ist auch die Filterschaltung so ausgeführt, daß die Verzögerungszeit tz (s. Fig. 2) sehr stark variiert, abhängig von der Nennumschaltspannung des Verstärkers 0J2, die von Fall zu Fall (bei Integrierschaltungen) sehr verschieden ist. Diese Spannung kann 33 bis 67% der Speisespannung betragen, wodurch die Verzögerung von 1,58 bis 4,39 ms variiert. Eine kürzere Zeit bedeutet zu schlechte Filterung des Eingangssignals, die längste Zeit aber eine unerwünschte Verlangsamung des Systems.

Aus dem obigen ist ersichtlich, daß die Eingangsstufen in Industriesteuerungen sehr oft unentbehrlich sind. Die bisherigen Lösungen lösen einige an sie gestellte Forderungen, andere aber nicht; anders ausgedrückt - es gibt keine Lösung, die mehrere erforderliche Eigenschaften einschließen würde.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine Schaltungsanordnung zum Anpassen von Eingangssignalen an einen logischen Signalpegel der angegebenen Gattung zu schaffen, die möglichst universell eingesetzt werden kann und die eine Anpassung von sowohl einer Gleichspannung mit sehr stark schwankendem Spannungswert als auch einer Wechselspannung mit stark unterschiedlichen Amplituden an einen logischen Signalpegel durchzuführen vermag, und die gleichzeitig auch den augenblicklichen Zustand eines Eingangssignales zu signalisieren vermag.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs aufgeführten Merkmale gelöst.

Durch die vorliegende Erfindung wird eine Schaltungsanordnung geschaffen, die nicht nur eine zuverlässige Signalisierung des logischen Zustandes des Eingangssignales zu liefern vermag, sondern auch Eingangsspannungen mit relativ großen Spannungsamplituden zu verarbeiten vermag.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Schaltbild einer bekannten Schaltungsanordnung,

Fig. 2 ein zugehöriges Zeitdiagramm,

Fig. 3 ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung und

Fig. 4 ein zugehöriges Zeitdiagramm.

Bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 3 sind zwischen eine Eingangsklemme VH und einem positiven Eingang A einer integrierten Schaltung bzw. eines Komparators IC eine Diode D 1 und ein Widerstand R 1 seriengeschaltet. Zwischen deren gemeinsamen Punkt und Masse ist ein Widerstand R 2 angeschlossen. Mit dem positiven Eingang A der Schaltung IC ist eine Diode D 2 gekoppelt, die mit ihrem anderen Ende an eine Spannung +V angeschlossen ist. Zwischen positivem Eingang A und Komparatorausgang C der Schaltung IC ist ein Kondensator C 1 geschaltet. Ein Punkt E der Schaltung IC ist an +V angeschlossen. Der gemeinsame Punkt eines Widerstands R 7, eines Widerstands R 6 und des Komparatorausgangs C der Schaltung IC ist mit einer Ausgangsklemme IZ verbunden. Zwischen Masse und dem negativen Eingang B ist ein Kondensator C 2 geschaltet. Eine Parallelschaltung von Widerständen R 3 und R 4 ist zwischen Masse und dem negativen Eingang B der Schaltung IC angeschlossen. Ein Widerstand R 5 ist zwischen +V und den gemeinsamen Punkt der Widerstände R 3 und R 4 und des negativen Eingangs B geschaltet. Der Widerstand R 7 ist zwischen dem Komparatorausgang C und + V angeschlossen. Der Punkt D der Schaltung IC ist mit Masse verbunden. Die Reihenschaltung des Widerstandes R 6 und einer LED-Diode LD ist zwischen dem Komparatorausgang C und Masse geschaltet.

Die erfindungsgemäße Schaltung ist für Eingangsgleichspannungen von 5 V, 12 V, 24 V sowie für die Wechselspannung im Bereich zwischen 20 V und 50 V verwendbar. Bei der Anpassung an eine unter den angegebenen Spannungen liegende Spannung wird nur der Wert des Widerstands R 4 geändert, siehe Fig. 3.

Bei der Beschreibung der Schaltungsanordnung und ihrer Wirkungsweise wird als Beispiel ein solcher Wert des Widerstands R 4 gewählt, daß die Nenneingangsspannung 24 V beträgt, mit einem Toleranzbereich von 20 bis 30 V. Am negativen Eingang B der Schaltung IC, liegt die zum Vergleich dienende Referenzspannung U _R, die in diesem Beispiel eine Hälfte der Speisespannung (+V) beträgt, wobei +V = U _VH. Die Schaltung IC übt nämlich die Funktion eines Vergleichers aus mit den logischen Ausgangswerten "0" und "1". Wenn die Spannung am positiven Eingang A der Schaltung IC gegen Masse (U _A) der Referenzspannung U _R gleicht, beträgt der Signalwert am Komparatorausgang C der Schaltung IC gleich +5 V, was die logische Eins ("1") darstellt, die um die Zeit

t = R 1 · C 1 · ln 2 (siehe Fig. 4)

in Beziehung zum Eingangssignal verzögert wird. Die Verzögerung wird immer gleich sein, wenn U _R = U _VH/2. Diese Verzögerung stellt auch ein Filter für etwaige Störungen an der Klemme VH dar. Wenn am positiven Eingang A ein Signal erscheint, das kleiner als das Referenzsignal ist, erscheint am Komparatorausgang C die logische Null ("0").

Die Belastung des Eingangs des Komparators IC durch den Widerstand R 1 bzw. durch einen Strom von etwa 5 mA ist eine weitere Maßnahme zum Verhindern von Störungen; gleichzeitig wird der Eingang mit Masse verbunden, falls an der Eingangsklemme kein Signal vorhanden ist. Die LED-Diode LD zeigt den Stand des Eingangssignals U _VH an. Die Diode D 2 schützt den Eingang des Komparators IC vor höheren Spannungen, die an der Eingangsklemme VH der Eingangsschaltung auftreten könnten.

Claims

Schaltungsanordnung zum Anpassen von Eingangssignalen an einen logischen Signalpegel zur Verwendung in logischen Schaltungen und Prozeßdaten-Schaltungen, mit einem Komparator mit einem positiven Eingang und mit einem negativen Eingang, dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen eine Eingangsklemme (VH) und den positiven Eingang (A) des Komparators (IC) eine Reihenschaltung aus einer Diode (D 1) und einem Widerstand (R 1) geschaltet ist,
daß zwischen den Verbindungspunkt von Diode (D 1) und Widerstand (R 1) und Masse ein Widerstand (R 2) angeschlossen ist,
daß an den positiven Eingang (A) des Komparators (IC) eine Diode (D 2) geschaltet ist, die an ihrem freien Ende an ein Spannungspotential (+V) angeschlossen ist, daß zwischen den positiven Eingang (A) und den Komparatorausgang (C) ein Kondensator (C 1) geschaltet ist,
daß weiter der gemeinsame Verbindungspunkt eines zwischen das Spannungspotential (+V) und Masse geschalteten Widerstands-Spannungsteilers (R 7, R 6) mit dem Komparatorausgang (C) verbunden ist,
daß eine Parallelschaltung zweier Widerstände (R 3, R 4) zwischen Masse und den negativen Eingang (B) des Komparators (C) geschaltet ist,
daß zwischen Masse und den negativen Eingang (B) ein Kondensator (C 2) geschaltet ist,
daß ein Widerstand (R 5) zwischen das Spannungspotential (+V) und den negativen Eingang (B) des Komparators (IC) geschaltet ist und
daß der zwischen Komparatorausgang (C) und Masse liegende Widerstand (R 6) des Spannungsteilers (R 6, R 7) mit einer LED-Diode (LD) in Reihe geschaltet ist.