DD213078A1

DD213078A1 - Komparator zur strombereichsueberwachung

Info

Publication number: DD213078A1
Application number: DD24703283A
Authority: DD
Inventors: Michael Dobrowolny; Siegfried Fahrmeyer; Werner Jablonski
Original assignee: Inst Regelungstechnik
Priority date: 1983-01-05
Filing date: 1983-01-05
Publication date: 1984-08-29

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Komparator zur Strombereichsueberwachung und findet Anwendung fuer die Ueberwachung der Funktion und zur Identifizierung von Schaltungen und Schaltkreisen. Ziel der Erfindung ist die Erkennung eines Stromsignals innerhalb eines grossen Bereiches, dessen Begrenzung bei Erreichen des oberen Stromwertes und die Konstanthaltung des Spannungsabfalls ueber der Komparatorschaltung. Aufgabe der Erfindung ist die Entwicklung einer einfachen Komparatorschaltung fuer die Ueberwachung eines Strombereiches von mehreren Zehnerpotenzen unter Verwendung von Grundschaltungen, wie Stromspiegel, Stromquelle und Spannungstrigger. Geloest wird die Aufgabe im wesentlichen durch die erfindungsgemaesse Beschaltung des Stromspiegels mit Widerstaenden, Dioden sowie Transistoren, deren Kollektoren mit dem Spannungstrigger verbunden sind. Der Uebergang vom Leitzustand in den Sperrzustand am ersten Transistor loest den unteren Triggerpunkt aus, der Leitzustand des zweiten Transistors loest den oberen Triggerpunkt aus. Anwendungsgebiet: Prueftechnik, Rechentechnik, Messtechnik.

Description

Erfinder: ~ Berlin, 4.01.83

Dipl.-Ing. Michael Dobrowolny WP G 05 F/247 032

Dipl.-Ing. Siegfried Pahrmeyer

Dipl.-Ing. Werner Jablonski

Zustellungsbevollmächtigte:

Institut für Eegelungstechnik im Kombinat VEB EAW Berlin-Treptow "Friedrich Ebert" Büro für Schutzrechte

G 01 E 19/165

Komparator zur Strombereichsüberwachung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Komparator zur Strombereichs— überwachung, der mehrere Dekaden überstreichen kann und fin— det Anwendung für die Überwachung der Punktion und zur Identifizierung von Schaltungen und Schaltkreisen.

Charakteristik der bekannten technischen lösungen

In der DS 2517174 sind Stromübersetzerschaltungen dargestellt. Diese auch als Stromspiegelschaltungen bekannten Schaltungen haben nach dem Stand.der Technik ein Übersetzungsverhältnis von 0,5 ... 0,9. Es wird gezeigt, wie durch schaItungstechnische Maßnahmen eine Verbesserung auf 0,8 ... 1 erzielt werden kann. Diese Stromspiegel werden vielfach als zentraler Schaltungsteil für Stromkomparatoren eingesetzt. Eine Strom-Überwachung mit der unbeschalteten Stromübersetzerschaltung ist nicht möglich.

Eine entsprechende Anordnung eines Stromkomparators ist in der DE-OS 2944657 dargestellt. Der Meßstrom wird hier auf den ersten Eingang und ein einstellbarer Strom aus einer Stromquelle auf den zweiten Eingang einer Stromspiegelschaltung gegeben. Der Komparator triggert, wenn der Meßstrom den Wert der Stromquelle erreicht. Über eine Rückkopplung ist eine -Hysterese für den Triggerpunkt einstellbar. Nachteil dieses Stromkomparators ist, daß eine Bereichsüberwachung nicht möglich ist. Zum Schutz gegen auftretende hohe Eingangsströme

sind.keine Maßnahmen vorgesehen. Mit einem Widerstand im Meßstromkreis könnte die Zerstörungssicherheit des Eomparators erzielt werden, jedoch ist damit auch die Eingangsspannung vom Eingangsstrom abhängig.

Bekannt sind auch Anordnungen für Stromkomparatoren, z.B. BS-OS 2459155 und OE-OS 3034023, mit dem gemeinsamen Merkmal, daß der Meßstrom durch einen ohmsohen Widerstand fließt, über dem der Komparator zur Auswertung der Stromhöhe angeschlossen ist. Zur Überwachung eines Strombereiches ist der Anschluß von zwei Komparatoren, mit unterschiedlichen Triggerschwellen bei entsprechendem Aufwand prinzipiell möglich. Fachteil derartiger Anordnungen sind die sich aus Schwankungen des Meßstromes ergebenen Speisespannungss.chwankungen. Die Punktionssicherheit nachfolgender zu überwachender Schaltungen und Schaltkreise ist nicht mehr in₍jedem Pail gewährleistet. Weiterhin würde eine wünschenswerte Begrenzung des Meßstromes durch eine Erhöhung des ohmsehen Widerstandes eine noch stärkere Beeinflussung der Speisespannung ergeben.

In der DE-OS 3119923 ist ein Bereichskomparator dargestellt, der ein Pehlersignal abgibt, wenn das Meßsignal unterhalb oder oberhalb wählbarer Grenzen liegt. Dieser Komparator arbeitet mit zwei Differenzverstärkern, deren Ausgänge auf eine Stromspiegelschaltung führen. Diese lösung ist nicht anwendbar, wenn das Meßsignal ein Sxromsignal ist.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist die Erkennung eines Stromsignals, das innerhalb eines bestimmten großen Bereiches liegt, wobei beim Erreichen des oberen Stromwertes eine Begrenzung erfolgen soll. Weiterhin soll der durch das Stromsignal hervorgerufene Spannungsabfall über der Komparatorschaltung konstant sein.

Wesen der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, einen einfachen Komparator zur überwachung'eines mehrere Zenerpotenzen überstreichenden

Strombereiches zu entwickeln, der bekannte Grundschaltungen, die auch als Hybridbauelemente zurVerfügung stehen, wie Stromspiegel, Konstantstromquelle und Spannungskomparator_?nutzt. Diese Aufgabe ?/ird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Meßstrom auf einen Eingang des Komparators geführt ist. Dieser Eingang ist über einen zweiten Widerstand mit dem Primäreingang der Stromspiegelschaltung verbunden. Der Eingang ist weiterhin über einen ersten Widerstand mit der Basis eines zweiten !Transistors und über eine Zenerdiode und eine Diode in Sperrichtung mit dem Emitter des zweiten Transistors und mit Masse verbunden.. Die Katoden der Dioden sind auf die Verbindungsleitung von Stromspiegelschaltung und Konstantstromquelle und über eine dritte Diode, die der Kompensation der zweiten Diode dient, auf den Emitter eines ersten Transistors geführt. Der Sekundäreingang der Stromspiegelschaltung ist mit der Basis des ersten Transistors verknüpft und weiter über ei-. nen dritten Widerstand mit der positiven Betriebsspannung verbunden. Die Kollektoren der beiden Transistoren sind über einen vierten Widerstand ebenfalls auf die Betriebsspannungsleitung und einen Spannungstrigger geführt, an dessen Ausgang das Komparatorausgangssignal ansteht. Im folgenden soll die Wirkungsweise der Anordnung beschrieben .werden. Entsprechend dem Wirkprinzip einer Stromspiegelschaltung entspricht der in den Sekundäreingang fließende Strom Ip dem mit dem Übertragungsfaktor ti multiplizierten Primärstrom I^, wobei der Übertragungsfaktor von der gewählten speziellen Stromspiegelschaltung abhängt und zwischen 0,5 ... 1 liegt. Im Meßstrombereich 0^1 ^ unterer Triggerpunkt ist die Zenerdiode gesperrt. Der Strom I_M = I,. reicht nicht aus, um über den Stromspiegel den ersten Transistor zu sperren. Am Eingang des Spannungstriggers liegt low-Signal und an seinem Ausgang wird ebenfalls low-Signal abgegeben. Die Differenz zwischen dem Konstantstrom I_n der Strömte

quelle und^dem Meßstrom I,, fließt über die zweite Diode nach Masse. Das durch diese Diode angehobene Potential wird durch die dritte Diode im Emitterzweig des ersten Transistors kompensiert, so daß am Spannungstrigger keine negative Spannung anliegt.

Erreicht der Meßstrom den unteren Triggerpunkt, die Eingängsspannung liegt nur minimal unter der Zenerspannung der ersten Diode, wird der Sekundärstrom so groß, daß der erste Transistor gesperrt wird. Damit liegt über dem vierten Widerstand, dem Kollektorwiderstand des zweiten Transistors, ein Spannungssignal am Eingang des Spannungstriggers an. An seinem Ausgang erscheint. high-Signal. Ein weiteres Ansteigen des Singangsmeßstromes bewirkt, daß die Zenerdiode. leitend wird. Sie tibernimmt nunmehr den Differenzstrom von Meßstrom L.. und Primär-

strom I₁ . ·

Die obere Triggerschwelle ist erreicht, wenn der Eingangs— strom !„ gleich dem Strom der Konstantstromquelle I_n ist. Über den ersten Widerstand wird jetzt der zweite Transistor durchgesteuert und am Spannungstrigger liegt low-Signal an. Ein weiteres Ansteigen des Eingangsmeßstromes ist. nun nicht mehr möglich, da er durch die Konstantstromquelle fließen muß und im folgenden begrenzt wird.

Ausführungsbeispiel

In Pig. 1 ist das Prinzipschaltbild des erfindungsgemäßen Komparators zur Strombereichsüberwachung dargestellt. Der Meßstrom L,, ist auf den Eingang E des Komparators.geführt. Dieser ist über einen zweiten Widerstand E2 mit dem ersten Eingang der Stromspiegelschaltung, in den der Primärstrom IT fließt, verbunden. Der zweite Eingang, in den der Sekundärstrom Ip=^r ül. fließt, ist mit der Basis eines ersten Transistors T1 und über einen dritten Widerstand E3 mit der Yersorgungsspannung +U-n verbunden. Der untere Triggerpunkt des Komparators ist erreicht, wenn der erste Transistor T1 in den Sperrzustand geht. An seinem Kollektor und damit am Spannungstrigger 3 steht dann high-Signal an. Es gilt:

^+üB^=Ir^ü"^R3+IJBE T1^+ÜD3.

Daraus ergibt sich als Ansprechstrom (unterer Triggerpunkt)

¹I- ^+UB"^ÜBS T1~^UD3 ü E3

Der zweite Widerstand E2 ist so zu dimensionieren, daß die Eingangsspannung Ug+I^E2, (Ug=Spannung über Stromspiegelschaltung) "beim Erreichen des unteren Triggerpunktes minimal unter der Zenerspannung einer Diode 1)1 (ca. 1V) liegt, die zwischen dem Eingang E und der Verbindungsieitung von Stromspiegelschaltung und Eonstantstromquelle 2 geschaltet ist. Damit entspricht im unteren Sehaltpunkt I_M=I1. Bei diesem Meßstrom und bei kleineren ist die Zenerdiode gesperrt.

liegt I_M unterhalb des Ansprechstroms, reicht 12 nicht aus, um den Transistor T1 zu sperren. Am Spannungstriggerausgang liegt damit low-Signal an. Die Differenz zwischen dem Meßstrom und dem Konstantstrom fließt über eine zweite Diode D2 nach Masse, Diese Diode D2 ist in Reihe zur Zenerdiode D1 geschaltet, jedoch in entgegengesetzter Flußrichtung. Das durch sie auf etwa 0,7V angehobene Potential wird durch eine dritte Diode D3 kompensiert, die zwischen dem Emitter des ersten Transistors T1 und dem Verbindungspunkt der Katoden der Dioden D1 und D2 geschaltet ist. Hierdurch wird erreicht, daß keine negative Spannung am Spannungstrigger 3 anliegt.

Erreicht der Eingangsmeßstrom I,, den unteren Triggerpunkt, wird der Sekundärstrom 12 so groß, daß der erste. Transistor T1 gesperrt wird. Damit liegt über einem vierten Widerstand E4, der zwischen dem Verbindungspunkt von Kollektor des ersten Transistors T1, Kollektor eines zweiten Transistors T2 und Eingang des Spannungstriggers3 einerseits und der positiven Versorgungsspannung anderseits angeordnet ist, ein Spannungssignal am Spannungstrigger 3 an. Das Signal an seinem Ausgang A geht in den high-Zustand. Bei geringfügig weiter ansteigendem Strom I„ entspricht die Spannung über dem. zweiten Widerstand E2 plus der Spannung über dem:; Stroms ρ iegel Ug der Zenerspannung der ersten Diode D1. Sie übernimmt nunmehr den Differenzstrom von I.. und 11 . Damit wird der durch I_M

*M i/i

hervorgerufene Spannungsabfall auf die Zenerspannung von .ca. 1V konstant gehalten. Der Maximalstrom H beträgt

E2

— δ

Die obere Triggerschwelle ist' erreicht, wenn I =1 beträgt. Wird eine Stromquelle 2 mit einer scharf geknickten Kennlinie vorausgesetzt, so steigt die Spannung am Eingang E bei I_M>I_n sprunghaft an. Über einen ersten Widerstand E1, angeordnet zwischen dem Eingang E und der Basis des zweiten Transistors T2, wird dieser Transistor T2 durchgesteuert. Am Eingang des Spannungstriggers steht damit O-Signal an.

Eine Einstellung der zu überwachenden Strombereichsgrenzen ist möglich, indem eine variable Eonstantstromquelle eingesetzt und statt des Widerstandes E3 ein Potentiometer angeordnet wird. Durch die völligjunterschiedlichen Eunktionsprinzipien für den Einsatz des unteren und oberen Triggerpunktes kann hier ohne weiteres ein Faktor von 10 realisiert werden. Die Genauigkeit der unteren Schwelle hängt von der gewählten Stromspiegelschaltung und von den Widerstandstoleranzen ab. Die Genauigkeit der oberen Schwelle hängt von der gewählten Stromquelle ab.

Claims

O "? 1 O

Erfindungsanspruch

Komparator zur Strombereiehsüberwachung unter Verwendung von Grundschaltungenjwie Stromspiegel, Stromquelle und Spannungstrigger,, gekennzeichnet dadurch, daß der Eingang (E) des Komparators über einen zweiten Widerstand (E2) mit :dem Primäreingang der Stromspiegelschaltung O), über die Reihenschaltung einer Zenerdiode (D1) und einer in entgegengesetzter Plußrichtung geschalteten Diode (D2) mit Masse und über einen ersten Widerstand (R1) mit der Basis eines zweiten Transistors (T2) verbunden ist, wobei der Yerbindungspunkt der Dioden (D1; D2) mit der Verbindungsieitung von Stromspiegelschaltung (1) und Eonstantstromquelle (2) und über eine dritte Diode (D3) mit dem Emitter eines ersten Transistors (T1) verknüpft ist, daß die Ba'sis dieses Transistors (T1) auf den Sekundär eingang der Stromspiegelschaltung (1) und über einen dritten Widerstand (R3) auf die positive Versorgungsspannung (+U-g) geführt ist und daß die Kollektoren des ersten Transistors (T1) und des zweiten Transistors (T2) über einen vierten Widerstand (R4) mit der positiven Versorgungsspannung C+U-o) und mit einem Eingang des Spannungstriggers (3) verbunden sind.

Hieran 1 Saite Zeichnunc