DE3332940C1

DE3332940C1 - Schaltungsanordnung zum Erfassen der Ausfallzeit einer Versorgungsspannung

Info

Publication number: DE3332940C1
Application number: DE19833332940
Authority: DE
Inventors: Siegfried Ing.(grad.) 7154 Althütte Lechler
Original assignee: ANT Nachrichtentechnik GmbH
Current assignee: Bosch Telecom GmbH
Priority date: 1983-09-13
Filing date: 1983-09-13
Publication date: 1984-07-19

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Erfassen der Ausfallzeit einer Versorgungsspannung. Eine solche Anordnung ist beispielsweise bekannt aus der DE 30 49 047 Al.

Beim Gegenstand der DE 30 49 047 A1 wird ein elektronischer Zahler bei Versorgungsspannungsausfall ge-

•"■H-i ^lU'^{r so} ' aufwärts zählt bis die Versorgungs-

^lU'^{r so}

.spannung wiederkehrt. Der bei dieser Anordnung vorgesehene elckiionische Zähler benötigt Speiscenergie auch bei ausgefallener Versorgungsspannung. Die Speisccncrgie wird einem Akkumulator entnommen. Aufgabe der Erfindung ist es, die Schaltungsanordnung eingangs genannter An so auszubilden, daß keine zusätzliche Speisequelle bei Versorgungsspannungsausfall benötigt wird. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst, ίο In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung beschrieben.

• Aus der EP 12 985 Al ist ein Dual-Slope-Integrator an sich bekannt. Sein Integrationskondensator wird von einer unbekannten Eingangsspannung bis zum Überlaufwert eines Zählers aufgeladen. Eine nachfolgende Auswcrteschallung (Komparator) beendet den Zählvorgang und hält den Zählerinhall fest. Die beim Abschalten festgehaltene Restspannung wird nun an den Integratoreingang gelegt und lädt den Integrationskondensator bis zum Überlauf eines zweiten Zählers auf. Die EP 12 985 Al gibt allerdings keine Anregung wie die Entladung des Integrationskondensators ausgewertet werden könnte, geschweige denn wie die Ausfallzeit einer Versorgungsspannung damit erfaßt werden könnte.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zeichnet sich durch hohe Zuverlässigkeit und einfachen Aufbau aus. Sie läßt sich vorteilhaft zum Vorheizen einer Senderöhre, insbesondere einer Wanderfeldröhre, verjo wenden. Die Senderöhren in Sendeverstärkern hoher Leistung werden vor dem Anlegen der Betriebshochspannung für eine bestimmte Zeit vorgeheizt (TELE-FUNKEN Weitverkehr und Kabeltechnik, Jahrbuch 75/76, Seiten 189 rechte Spalte und 190). Bei kurzzeitigen Unterbrechungen der netzseitigen Versorgungsspannung, beispielsweise bis zu 15 Minuten, wird die Senderöhre nicht beheizt. Aus diesem Grunde muß nach Beendigung der Netzunterbrechung die Senderöhre wieder vorgeheizt werden. Hierfür ist eine der Netzausfallzeit proportionale Zeit thirr/ ■ K zu messen. Da während dieser Zeit die Versorgungsspannungen fehlen, muß entweder die elektronische Schaltung zum Erfassen der Netzausfallzeit aus einem Akkumulator versorgt werden oder, wie es die Erfindung aufzeigt, eine Schaltungsanordnung vorgesehen sein, die ohne zusatzliehe Speisequelle die Ausfallzeit erfaßt.

Die Erfindung hat weiterhin den Vorteil, daß der Einfluß des Integrationskondensators auf die Erfassung der Ausfallzeit sehr gering ist. Der Integrator arbeitet bei geladenem Integrationskondensator in Sättigung. Es ergibt sich daher ein Temperatur- und Bauelementeeinfluß auf die erfaßte Ausfallzeit. Falls dieser Einfluß stört, ist die Schaltungsanordnung nach Anspruch 5 zu verwenden. Die Integratorspannung wird dort über eine V) Rückführschleife konstant auf einer Spannung kurz unter dem Sättigungspunkt des Integrators gehalten.

Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung nun näher erläutert. Es zeigt J

F i g. 1 eine prinzipielle Schahungsanordnung, bo Fig. 2 Spannungsverläufe von Signalen gemäß Fig. 1,

Fig.3 eine crfindungsgcmäße Schaltungsanordnung mit höherer Genauigkeit,

Fig. 4 Spannungsverläufc von Signalen gemäß b^r) F i g. 3 und

Fig.5 eine prinzipielle Anordnung zum Vorheizen einer Wanderfeldröhre.

In Fig. I ist die zu erfassende

mit Uo bezeichnet. Sie wird dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers VS über den Widerstand R 1 zugeführt. Dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers VS wird eine Teilspannung von Un über einen Spannungsteiler, bestehend aus den Widerständen R 2 und /?3, zugeführt. Der Spannungsteiler R 2, R 3 wird so dimensioniert, daß die Eingangsspannung U 2 am invertierenden Eingang um etwa 20 mV höher ist als die Eingangsspannung Ul am nichtinvertierenden Eingang. Im Gegenkopplungszweig des Operationsverstärkers VS befindet sich der lnlegrationskondensator Cl des aus Operationsverstärker VS und Integrationskondensator Cl bestehenden Integrators 5/. Beide Anschlußpole des Integrationskondensators C/sind über die Relaiskontakte rl und r2 vom Operationsverstärker KSabtrennbar. Jeweils ein Anschlußpol des Integrationskondensators C/ist über einen Entladewiderstand R 4 bzw. R 5 gegen Masse geschaltet. Das Widerstandsnetzwerk, gebildet aus R 4 und R 5, ist sehr hochohmig ausgelegt. Beispielhafte Werte für die Entladewiderstände sind 20 ΜΩ und für den Integrationskondensator 10 μΡ. An der Versorgungsspannung Uu liegt auch ein Relais R, welches bei vorhandener Versorgungsspannung Un angezogen ist und die Relaiskontakte rl und r2 geschlossen hält. In diesem Schallzustand lädt sich der Integrationskondensator CI auf bzw. hält seinen geladenen Zustand, wenn er voll aufgeladen ist. Bei Ausfall der Versorgungsspannung, vgl. Spannungsverlauf von Ui) in F i g. 2, öffnen sich die Relaiskontakte rl und r2 und der Integrationskondensator Clentlädt sich während der Netzausfallzeit Tnetz über die Widerstände /?4 und R5, vgl. Spannungsverlauf von U_c in Fig.2. Die Abtrennung des Integrationskondensators CI wird über die Relaiskontakte rl und r2 zweipolig vorgenommen, damit keine Leckströme vom Integrationskondensator CI auf die Beschaltungswidcrstände des Operationsverstärkers VSabfließen können und die Messung der Ausfallzeit verfälschen. Die Lade- und Entladezeitkonstanten des Integrationskondensators Cl sind so bemessen, daß die Aufladung und Entladung des Integrationskondensalors Cl annähernd linear erfolgt. Durch die Einstellung des Widerstandes R 1 kann die Ladezeit an die Entladezeit angepaßt werden. Bei Wiederkehr der Versorgungsspannung Uq lädt sich der Integrationskondensator Cl über die nun wieder geschlossenen Relaiskontakte r 1 und r 2 auf. Während dieser Wiederaufladung führt der Ausgang des Integrators SI eine Dreieckspannung, vgl. Spannungsverlauf von U 3, deren Dauer bei Anpassung der Lade- an die Entladezeit genauso groß ist wie die Ausfallzeit Theta der Versorgungsspannung Uq oder zumindest proportional dazu. Aus der Dreieckspannung U3 wird in einer an den Integrator SI anschließenden Auswerteschaltung AS ein Rechteckimpuls gebildet, dessen Dauer proportional zur Ausfallzeit der Versorgungsspannung U_n ist. Die Auswerteschaltung AS besteht aus einem Komparator K 1, dessen Schwellwert in die Nähe der Ausgangsspannung im Normalzustand gelegt ist. Der Normalzustand ist dabei als der Zustand definiert, bei dem die Versorgungsspannung Uq vorhanden ist und der Integrationskondensator CI voll aufgeladen ist. Maßgebend für die Einstellung dieses Schwellwertes sind die Spannungsteilerwiderstände R6 und Rl am invertierenden Eingang des Komparators K 1, sowie der Vorwiderstand R 8 des nichtinvertierenden Eingangs und der Widerstand R 9 im Rückführkreis von K 1. Den Rechteckimpuls am Ausgang des Komparators K 1 zeigt F i g. 2 ebenfalls, vgl. Ausgangsspannung Ua- Seine Dauer ist mit Ta bezeichnet. Anstelle der Auswertung der Ausgangsspannung des Integrators SI ist es auch möglich, die Klemmenspannung am Integrationskondensator CI auszuwerten. Eine solche Realisierungsmöglichkeit, die

s außerdem durch spezielle zusätzliche Schaltungsmaßnahmen eine höhere Genauigkeit aufweist, wird nachfolgend beschrieben.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig.3 gelangt die zu erfassende Versorgungsspannung Uo über den Widerstand R 10 zum invertierenden Eingang des Operationsverstärkers VS. Diese dem invertierenden Eingang zugeführte Gleichspannung liegt in der Höhe der positiven Versorgungsspannung Uq, so daß der Ausgang des Integrators S/ auf negativem Potential liegt. Der Integrationskondensator CI ist wieder über die beiden Relaiskontakte rl und r2 mit dem Operationsverstärker VS verbindbar. Die Entladung des Integrationskondensators CI erfolgt hier über das Widerstandsnetzwerk, bestehend aus R It, R 12, R 13 und R 14. Die Serienschaltung von R 11 und R 12 verbindet den dem invertierenden Eingang von VS nächstgelegenen Anschlußpol von CI mit Masse. Die Serienschaltung von R 13 und R 14 verbindet den dem Ausgang des Operationsverstärkers VS nächstgelegenen Anschlußpol von CI mit Masse.

Das Relais R liegt im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 nicht direkt an der Versorgungsspannung Ua, sondern ist über die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors TS an U₀ angeschlossen. Die

jo Basisvorspannung erhält der Transistor TS über den Spannungsteiler R 15, R 16 und über den Spannungsabfall an der Zenerdiode Z1. Bei Ausfall der Versorgungsspannung LO, vgl. F i g. 4, 1. Zeile, wird TS gesperrt, da keine Basisvorspannung mehr erzeugt wird. Das Relais

j5 R wird dadurch stromlos und die Relaiskontakte r 1 und r2 trennen den Integrationskondensator C/vom Operationsverstärker VS zweipolig ab. Der Integrationskondensator C/entlädt sich dann über das hochohmige Widerstandsnetzwerk R 11, R 12, R 13 und R 14. Dieses Widerstandsnetzwerk ist wie zuvor so bemessen, daß die Entladung annähernd linear erfolgt. Über den Vorwiderstand R 10 läßt sich wie beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 die Lade- an die Entladezeitkonstante anpassen. In Abweichung zum Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 wird nun nicht das Ausgangssignal des Integrators S/ weiter ausgewertet, sondern die Spannung über dem Integrationskondensator CI. Dazu ist jeweils ein Verbindungspunkt der Serienschaltungen R 11, R 12. bzw. R 13, R 14 mit je einem Eingang einer ersten Verstärkerstufe Vl verbunden. Die Verstärkerstufe Vl besteht aus einem über den Widerstand R 17 gegengekoppelten Operationsverstärker. An den Ausgang von Vl schließt sich eine weitere Verstärkerstufe V2 an, die ebenfalls über ein Widerstandsnetzwerk gegengekoppelt ist. An den Ausgang von V2 schließt sich die Auswerteschaltung AS an. Sie besteht wie zuvor aus einem Komparator K 1, dessen Schwellwert wiederum in die Nähe der Ausgangsspannung bei Normalzustand gelegt ist. Zur Vermeidung eines Temperatur- und Bauelementeeinflusses auf die zu erfassende Ausfallzeit ist in der Schaltung nach F i g. 3 eine Spannungsrückführung des Integrators S/ vorgesehen. Dazu ist ein weiterer Komparator K 2 vorgesehen, der im Normalzustand (Versorgungsspannung Uo vorhanden und lntegrationskondensator CI voll aufgeladen) über eine weitere Verstärkerstufe V3 den Integrator S/ auf einer Spannung kurz unter dem Sättigungspunkt konstant hält.

In Fig.4, zweite Zeile, ist die verstärkte Integrator-

spannung Uvi am Ausgang der zweiten Verstärkerstufe V2 dargestellt. Diese Spannung Uv2 wird über den Widerstand R18 dem nichtinvertierenden Eingang des weiteren !Comparators K 2 zugeführt. Eine von der Versorgungsspannung i/p abgeleitete Spannung Uv ist an den invertierenden Eingang von K 2 gelegt — dies geschieht über den Spannungsteiler R 19, R 20. Der Komparator K 2 ist mit einem Widerstand /?21 zwischen dem nichtinvertierenden Eingang und dem Ausgang beschaltet. Der Komparator K 2 wird so dimensioniert, daß er eine kleine Hysterese aufweist. Die Ausgangsspannung Uk des Komparator K 2 ist in F i g. 3 ebenfalls dargestellt. Es ist eine pulsierende Spannung, die nur im Normalzustand, d. h. außerhalb des Lade- und Entladevorgangs des Integrationskondensators CI auftritt. Da diese pulsierende Spannung über die Verstärkerstufe. V3 und den Widerstand R22 auf den nichtinvertierenden Eingang des Integrators 5/ gelangt, pendelt die Spannung Uv2 am Ausgang der zweiten Verstärkerstufe V2 im Normalzustand zwischen den beiden Schwellwerten des weiteren Komparators K 2.

Die Ausgangsspannung U_a, vgl. F i g. 4, des Komparators K1 ist der Ausfallzeit der Versorgungsspannung proportional. Sie kann, wie Fig.5 in einem Prinzipschaltbild zeigt, zur Bestimmung der Vorheizzeit einer Wanderfeldröhre verwendet werden. Im Anodenkreis der Wanderfeldröhre TWT, prinzipiell dargestellt durch eine Spannungsquelle UQA und die Anode A der Wanderfeldröhre, ist eine Torschaltung TT üblicher Bauart vorgesehen, die die Spannungsquelle UQA mit der Ano- jo de A während jener Zeit unterbricht, für die am Ausgang der Auswerteschaltung ASein Rechteckimpuls erscheint, der der Ausfallzeit der Versorgungsspannung - Uo proportional ist.

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Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

40

4^r)

50

55

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum Erfassen der Ausfallzeit einer Versorgungsspannung (L/o), dadurch gekennzeichnet, daß ein Integrator (SI), bestehend aus einem Operationsverstärker (VS) und einem in dessen Gegenkopplungszwcig befindlichen Integrationskondensator (CI) vorgesehen ist, daß sich im Stromkreis des Integrationskondensators (CI) em von der Versorgungspannung (Uo) gesteuerter Schalter (R, r 1, r 2) befindet, der den bei vorhandener Versorgungsspanniing (Uo) geladenen Integrationskondensator (Cl) vom Operationsverstärker (VS) trennt, die Entladung des Integrationskondensators (CI) über ein Widerstandsnetzwerk (R 4, R 5, R 11, R 12, R 13, R 14) einleitet und die Wieder.aufladung des Integrationskondensators (CI) bei Wiederkehr der Versorgungsspannung ermöglicht, und daß der Ausgang des Integrators (SI) oder die Klemmen des Integrationskondensators (CI) mit einer Auswerteschaltung (AS) beschaltet ist/sind, die aus dem Ausgangssignal des Integrators (SI) oder aus der Spannung am Integrationskondensator (CI), ein Signal bildet, dessen Dauer proportional zur Ausfallzeit der Versorgungsspannung (Uo) ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lade- und Entladezeitkonstante des Integrationskondensators (CI) so bemessen ist, daß die Aufladung und Entladung des Integrationskondensators (CI) annähernd linear erfolgt.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Schalter (R. r\,r2) ein an der Versorgungsspannung (U₀) liegendes Relais (R) eingesetzt ist, welches bei vorhandener Versorgungsspannung (Uo) angezogen ist, und daß dieses Relais (R) zwei Kontakte (r 1, r2) aufweist, die den Integrationskondensator (CI) vom Operationsverstärker (VS)zweipolig abtrennen. .

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung (AS) aus einem Komparator (K 1) besteht, dessen Schwellwert etwa der Größe der Ausgangsspannung im Normalzustand, d. h. bei vorhandener Versorgungsspannung CiV₀) entspricht.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Komparator (K 2) mit kleiner Hysterese vorgesehen ist, der das Ausgangssignal des Integrators (SI) oder die Spannung am Integrationskondensator (CI) mit einer von der Versorgungsspannung (Uo) abgeleiteten Spannung (Uv) vergleicht, und daß der Ausgang dieses weiteren Komparators (K 2) an jenen Eingang des Integrators (SI) angeschlossen ist, der nicht mit dem Gegenkopplungszweig beschaltet ist.