Es ist üblich, Einrichtungen der Nachrichtenübertragungstechnik hinsichtlich ihres Betriebszustandes zu überwachen und Betriebsstörungen zu signalisieren. Derartige Einrichtungen zur Störungssignalisierung sind z.B. aus der Siemens-Zeitschrift 48 (1979), Beiheft "Nachrichten-Übertragungstechnik", Seiten 334 und 335 bekannt. Dabei wird z.B. der Ausfall von Versorgungsspannungen, die zur Versorgung nachrichtentechnischer Geräte dienen, angezeigt.
Man kann z.B. für Stromversorgungsgeräte der Nachrichtenübertragungstechnik den Normalzustand und den Fehlerfall dadurch signalisieren, daß als Normalzustandssignal Erdpotential gegen eine Speisespannung durchgeschaltet wird und daß im Fehlerfall dieses Signal abgeschaltet wird und dafür als Fehlerzustandssignal Erdpotential gegen dieselbe Speisespannung geliefert wird. Zweckmä-Bigerweise werden dabei die Fehlerzustandssignale mit Hilfe eines Anzeigeelementes zur Anzeige gebracht. Die Betriebsspannung für die Signalisierungsschaltung selbst ist zweckmäßigerweise unabhängig von der genannten Speisespannung der Signalauswertung.
Verwendet man für die zu überwachenden Geräte Überwachungsschaltungen mit offenem Kollektorausgang, so läßt sich durch Parallelschalten der Ausgänge für die Fehlermeldungen auf einfache Weise eine ODER-Verknüpfung erzielen. Zur Steuerung der Signalisierungseinrichtung ist dann eine Signalisierungsschaltung erforderlich, die in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen der Überwachungsschaltungen am betreffenden Ausgang Erdpotential liefert und gegebenenfalls einen Fehlerzustand optisch anzeigt.
Man kann die Signalisierungsschaltung für eine bestimmte Betriebsspannung bemessen und mit verschieden großen Vorwiderständen in groben Stufen über interne Brücken oder Änderung der Gestellverdrahtung an die jeweils zur Verfügung stehende Betriebsspannung anpassen, was jedoch mit einem zusätzlichen Aufwand verbunden ist. Sieht man für die Betriebsspannung einen Spannungsregler vor, so ergibt sich bereits im Normalzustand eine unerwünscht große Verlustleistung.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Signalisierungsschaltung derart auszubilden, daß sie in einem großen Bereich der Betriebsspannung mit möglichst geringem Leistungsverbrauch zuverlässig arbeitet.
Gemäß der Erfindung wird die Signalisierungsschaltung zur Lösung dieser Aufgabe derart ausgebildet, daß zwischen dem ersten Ausgang und Bezugspotential eine Schaltstrecke eines ersten elektronischen Schalters und zwischen dem zweiten Ausgang und Bezugspotential eine Schaltstrecke eines zweiten elektronischen Schalters angeordnet ist und daß die Signalisierungsschaltung eine an eine Betriebsspannungsquelle angeschlossene Konstantstromschaltung mit einer daran angeschlossenen Parallelschaltung aus einem ersten Strompfad und einem zweiten Strompfad enthält und daß der erste elektronische Schalter durch den im ersten Strompfad fließenden Strom und der zweite elektronische Schalter durch den im zweiten Strompfad fließenden Strom leitend steuerbar ist und daß die beiden Strompfade in Abhängigkeit von den Eingangskriterien derart steuerbar sind, daß beim ersten Eingangskriterium der erste Strompfad leitend und der zweite Strompfad gesperrt und beim zweiten Eingangskriterium der zweite Strompfad leitend und der erste Strompfad gesperrt ist.
Bei Anwendung dieser Maßnahmen gibt die Signalisierungsschaltung in dem einen Schaltzustand Bezugspotential am ersten Ausgang und im anderen Schaltzustand Bezugspotential am anderen Ausgang ab. Bei dem jeweils nicht mit Bezugspotential verbundenen Ausgang ist der zugeordnete elektronische Schalter geöffnet bzw. hochohmig.
Durch die erfindungsgemäBen Maßnahmen ergibt sich der Vorteil, daß die Signalisierungsschaltung bei geringer Verlustleistung aus Betriebsspannungsquellen mit sehr unterschiedlichen Nennwerten der Spannung gespeist werden kann und sich daher besonders universell verwenden läßt. Da parallel angeordnete, gleichzeitig in Funktion befindliche Schaltungsteile weitgehend vermieden sind, ergibt sich dabei eine besonders geringe Verlustleistung.
In Weiterbildung der Erfindung wird die Signalisierungsschaltung derart ausgebildet, daß ein erstes Eingangskriterium ein vorgegebenes Steuerpotential und ein zweites Steuerkriterium ein offener Eingangsstromkreis ist und daß der erste Strompfad die gesteuerte Strecke eines Transistors enthält, der mit einer Steuerelektrode an einen Eingang für die Steuerkriterien geführt ist und daß die beiden Strompfade jeweils einen nichtlinearen Zweipol nach Art einer Z-Diode enthalten, der oberhalb einer vorgegebenen Spannungsschwelle leitend und unterhalb der vorgegebenen Spannungsschwelle gesperrt ist und daß die Spannungsschwelle des im ersten Strompfad liegenden ersten nichtlinearen Zweipols kleiner als die Spannungsschwelle des im zweiten Stromzweig liegenden zweiten nichtlinearen Zweipols ist.
Der Transistor kann dabei z.B. ein bipolarer Transistor oder ein Feldeffekttransistor sein, wobei die Emitter-Kollektor-Strecke bzw. die Source-Drain-Strecke des Transistors im ersten Strompfad liegt. Als nichtlinearer Zweipol nach Art einer Z-Diode kann insbesondere eine Anordnung aus mindestens einer Diode und/oder wenigstens einer Z-Diode dienen.
Zweckmäßigerweise liegt bei wenigstens einem der elektronischen Schalter die Steuerstrecke in einem der beiden parallen Strompfade, insbesondere zusammen mit einem parallel zur Steuerstrecke angeordneten Widerstand.
Es kann sich ferner als zweckmäßig erweisen, bei wenigstens einem der elektronischen Schalter die Steuerstrecke über wenigstens eine Transistorstufe an den zugeordneten Strompfad anzuschließen.
Die Konstantstromquelle kann z.B. eine Konstantstromdiode oder eine Stabilisierungsschaltung sein, bei der der an einem Strommeßwiderstand auftretende Spannungsabfall mit der Zenerspannung einer Z-Diode verglichen wird. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird die Signalisierungsschaltung derart ausgebildet, daß die Konstantstromschaltung durch eine in Serie zu der Parallelschaltung des ersten und zweiten Strompfades angeordnete und zusammen mit der Parallelschaltung an die Betriebsspannungsquelle angeschlossene Stromstabilisierungsschaltung gebildet ist, die die gesteuerte Strecke eines ersten Transistors und einen dazu in Serie angeordneten Widerstand enthält und bei der parallel zu dem Widerstand die Steuerstrecke eines zweiten Transistors liegt, dessen Kollektor unmittelbar mit dem Steueranschluß des ersten Transistors und über einen Widerstand mit einer Betriebsspannungsquelle verbunden ist. Insbesondere ist der erste Transistor ein Feldeffekttransistor und der zweite Transistor ein bipolarer Transistor.
Durch diese Maßnahmen ergibt sich der Vorteil, daß die Signalisierungsschaltung auch bei vergleichsweise kleinen Betriebsspannungen zuverlässig arbeitet. Insbesondere ergibt sich eine in besonderem Maße reduzierte Verlustleistung.
Für den Fall, daß die Signalisierungsschaltung Fehlerzustandskriterien anzeigen soll, wird sie zweckmäßigerweise derart ausgebildet, daß die Signalisierungsschaltung eine an den zweiten Strompfad angeschlossene weitere Konstantstromschaltung enthält, die durch einen im zweiten Strompfad fließenden Strom aktivierbar ist und daß eine Serienschaltung aus der zweiten Konstantstromschaltung und einem Anzeigeelement an die Betriebsspannungsquelle angeschlossen ist. Dabei lassen sich in der Signalisierungsschaltung bereits vorhandene Schaltmittel in vorteilhafter Weise zusätzlich ausnutzen, daß die zweite Konstantstromschaltung als gesteuerten Widerstand einen zugleich einer Steuerstufe für den zweiten elektronischen Schalter angehörenden Transistor und als Vergleichsnormal den im zweiten Strompfad angeordneten nichtlinearen Zweipol enthält.
Besonders vorteilhaft ist eine Verwendung der Signalisierungsschaltung in Verbindung mit mehreren Überwachungseinrichtungen mit offenem Kollektorausgang, derart, daß die offenen Kollektorausgänge am Eingang der Signalisierungsschaltung vielfach geschaltet sind.
Die Erfindung wird anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Es zeigen
Bei der in Fig. 1 gezeigten Signalisierungsschaltung sind die beiden als elektronische Schalter dienenden Transistoren 2 und 1 jeweils mit ihrem Emitter unmittelbar mit dem Masseanschluß a verbunden. Der Kollektor des Transistors 1 ist an den ersten Ausgang A1, der Kollektor des Transistors 2 an den zweiten Ausgang A2 geführt. Der Transistor 1 ist mit seiner Basis an den ersten Strompfad 1a, die Basis des Transistors 2 an den zweiten Srompfad 2a angeschlossen.
Die Signalisierungsschaftung wird mit der Versorgungsspannung US1 gespeist. Die Versorgungsspannungsquelle 9 liegt mit ihrem Pluspol am Masseanschluß a und mit dem Minuspol am Versorgungsspannungsanschluß b, der über den Kaltleiter 7 an den Schaltungspunkt c geführt ist.
Zwischen den Schaltpunkt c und dem Masseanschluß a, d.h. an der um den Spannungsabfall am Kaltleiter 7 verminderten Betriebsspannung -Usi liegt eine Serienschaltung aus der Konstantstromschaltung 4 und den beiden parallel zueinander angeordneten Strompfaden 1 a und 2a.
Die Konstantstromschaltung 4 ist als Stabilisierungsschaltung ausgebildet, die als gesteuerten Widerstand die Drain-Source-Strecke des MOS-Feldeffekttransistors 43 enthält. Die Drain-Elektrode des Feldeffekttransistors 43 liegt am Verbindungspunkt d der Strompfade 1 a und 2a. Die Source-Elektrode des Feldeffekttransistors 43 ist über den Widerstand 44 an den Schaltungspunkt c geführt. Der npn-Transistor 42 liegt mit seinem Emitter am Schaltungspunkt c, mit seiner Basis an der Source-Elektrode des Feldeffekttransistors 43 und mit seinem Kollektor am Gate des Feldeffekttransistors 43. Der Kollektor des Transistors 42 ist ferner über den Widerstand 41 mit dem Masseanschluß a verbunden.
Die Serienschaltung aus Source-Drain-Strecke des Feldeffekttransistors 43 und Widerstand 44 bildet einen Zweipol mit sehr großem differentiellen Widerstand und wirkt für die beiden einander parallelen Strompfade 1 a und 2a als Konstantstromquelle.
Der erste Strompfad 1 a enthält den Transistor 13, dessen Emitter mit der Drain-Elektrode des Feldeffekttransistors 43 verbunden ist. Parallel zur Basis-Emitter-Strecke des Transistors 13 liegt der Widerstand 32. Die Basis des Transistors 13 ist über den Widerstand 31 an den Steuereingang E der Schaltungsanordnung geführt. Der Kollektor des Transistors 13 ist über diein Durchlaßrichtung gepolte Z-Diode 12 an die Basis des Transistors 1 geführt. Parallel zur Basis-Emitter-Strecke des Transistors 1 liegt der Widerstand 11.
Bei dem zweiten Strompfad ist die Drain-Elektrode des Feldeffekttransistors 43 über die in Durchlaßrichtung gepolte Z-Diode 21 und den Widerstand 20 an den Masseanschluß a geführt. Die Basis des Transistors 2 ist an den Verbindungspunkt zwischen Z-Diode 21 und Widerstand 20 angeschlossen, so daß der Widerstand 20 parallel zur Basis-Emitter-Strecke des Transistors 2 liegt.
Der Eingang E der Signaiisierungsschaitung ist an den Kollektor des Transistors 3 angeschlossen, dessen Emitter an die positive Gleichspannung Us2 geführt ist. Die Basis des Transistors 3 ist an die Uberwachungseinrichtung 8 angeschlossen.
Bei leitend gesteuertem Transistor 3 liegt als erstes Steuerkriterium die Steuerspannung Us2 am Eingang E. Bei gesperrtem Transistor 3 ist am Eingang E der Schaltungsanordnung als zweites Steuerkriterium der hohe Sperrwiderstand des Transistors 3 wirksam.
Die Versorgungsspannung von Us1=10 ... 75 V wird zwischen dem Masseanschluß a und dem Versorgungsspannungsanschluß b angelegt. Das den Zustand der Signalisierung bestimmende Signal wird am Anschlußpunkt E wirksam. An den Ausgängen A1 und A2 erscheinen die abgegebenen Signale.
Im Normalzustand wird am Ausgang A1 Masse durchgeschaltet. Im Störungsfall erscheint Masse am Ausgang A2 als Dauersignal. Ein Impulssignal, dessen zugehöriger Ausgang der Übersichtlichkeit wegen in der Figur nicht dargestellt ist, wird in gleicher Weise, jedoch über eine kapazitive Ankopplung, erzeugt.
Die Schaltungsanordnung verwendet als Konstantstromschaltung 4 eine Anordnung zur Stromstabilisierung mit den Transistoren 43, 42 und den Widerständen 44, 41. Die am Widerstand 44 auftretende, dem Strom durch den Transistor 43 proportionale Spannung wird mit der Emitter-BasisSpannung des Transistors 42 verglichen. Die hierdurch erzielte Stromstabilisierung vergleichsweise geringer Genauigkeit istfür die vorliegende Schaltungsanordnung völlig ausreichend.
Uber den Widerstand 41 gelangt die positive, leitend steuernde Spannung an das Gate des Feldeffekttransistors 43, der insbesondere ein Leistungs-MOS-Feldeffekttransistor ist. Die Verwendung eines Feldeffekttransistors ist vorteilhaft, weil gegenüber einem bipolaren Transistor ein wesentlich größerer Wert für den Widerstand 41 gewählt werden kann. Bei einer bevorzugten Bemessung der Stromquelle beträgt der mit der Stromstabilisierungsschaltung stabilisierte Strom im Mittel 2 mA. Das bedeutet bei der maximalen Spannung von 75 V nur 150 mW Leistungsverbrauch.
Die Überwachungseinrichtung 8 dient insbesondere zur Überwachung von Versorgungsspannungen. Wenn im Normalzustand alle Ausgangsspannungen eines Stromversorgungsgerätes in richtiger Größe vorhanden sind, wird von der Uberwachungseinrichtung 8 der Transistor 3 leitend gesteuert, der positives Potential von beispielsweise + 5 V an den Fehlersignaleingang E der Signalisierungsschaltung schaltet. Die Transistoren 13 und 1 werden leitend gesteuert und der Ausgang A1 mit Masse verbunden. Der stabilisierte Strom von 2 mA fließt im ersten Strompfad 1a und dort im wesentlichen als Basisstrom für den Transistor 1 über die Z-Diode 12 und die Emitter-Kollektor- strecke des Transistors 13.
Über den zweiten Strompfad 2a, der durch die Z-Diode 21 und den Widerstand 20 gebildet wird, kann kein Strom fliessen, weil über den ersten Strompfad 1a das Potential am Schaltungspunkt d auf ca. - 3,2 V angehoben ist und damit eindeutig unter der Zenerspannung der Z-Diode 21 liegt. Die Signalisierungsschaltung verbraucht in diesem Normalzustand nur den stabilisierten Strom, dessen Größe zweckmäßigerweise entsprechend der Belastung des Signals am Ausgang A1 bzw. am Ausgang A2 und der minimalen Stromverstärkung des Transistors 1 bzw. 2 gewählt wird und insbesondere 2 mA beträgt.
Bei Ausfall einer Ausgangsspannung des überwachten Stromversorgungsgerätes sperrt die Überwachungsvorrichtung 8 den Transistor 3. Der Transistor 13 erhält keine Ansteuerung mehr, sperrt ebenfalls und sein Emitterpotential wird negativ bis die Zenerspannung der Z-Diode 21 erreicht ist. Der stabilisierte Strom Is wird gewissermaßen auf den zweiten Strompfad 2a umgeschaltet und steuert nun den Transistor 2 leitend, so daß das Erdpotential zum Ausgang A2 durchgeschaltet wird.
Anstelle einer Schmelzsicherung ist als Schutzelement der Kaltleiter 7 vorgesehen. Er begrenzt den Strom bei Kurzschluß oder fehlerhafter Konstantstromschaltung durch eine kräftige Widerstandserhöhung, so daß keine Gefährdung weiterer Bauteile oder Zuleitungen, insbesondere Leiterbahnen, eintreten kann.
Die in Fig. 2 gezeigte Signalisierungsschaltung stimmt mit der nach Fig. 1 weitgehend überein. Abweichend ist der Transistor 2 mit seiner Basis nicht unmittelbar an den zweiten Strompfad 2a angeschlossen. Der Transistor 2 wird vielmehr vom Strompfad 2a aus über die beiden Transistorstufen mit den Transistoren 23 und 63 mittelbar gesteuert. Dabei besteht der zweite Strompfad 2a aus der Z-Diode 21, dem Widerstand 22 und der Basis-Emitter-Strecke des npn-Transistors 23.
Die Drain-Elektrode des Feldeffekttransistor 43 ist über die Emitter-Basis-Strecke des Transistors 23 und die in Durchlaßrichtung gepolte Z-Diode 21 an den Masseanschluß a geführt. Parallel zur Basis-Emitter-Strecke des Transistors 23 ist der Widerstand 22 angeordnet. Der Kollektor 23 ist unmittelbar mit der Basis des pnp-Transistors 63 und über den Widerstand 51 mit dem Masseanschluß a verbunden. Der Transistor 63 ist mit seinem Kollektor über die Leuchtdiode 64 an den Schaltungspunkt c und mit seinem Emitter über den Widerstand 62 und den dazu in Serie angeordneten Widerstand 61 an den Masseanschluß a geführt. Die Basis des Transistors 2 liegt am Verbindungspunkt der Widerstände 61 und 62.
Über den zweiten Strompfad 2a, der von der Z-Diode 21 und der Emitter-Basis-Strecke des Transistors 23 gebildet wird, kann kein Strom fließen weil über den ersten Strompfad 1 a das Potential am Emitter des Transistors 23 auf ca. - 3,2 V angehoben ist und damit eindeutig unter der Zenerspannung der Z-Diode 21 liegt. Die Signalisierungsschaltung verbraucht in diesem Normalzustand nur den stabilisierten Strom, dessen Größe zweckmäßigerweise entsprechend der Belastung des Signals am Ausgang A1 und der minimalen Stromverstärkung des Transistors 1 bzw. 2 gewählt wird und insbesondere 2 mA beträgt.
Wird der stabilisierte Strom ls auf den zweiten Strompfad 2a umgeschaltet, so steuert er den Transistor 23 leitend. Als Folge davon wird auch der Transistor 63 angesteuert. Dieser Transistor 63 bildet mit der Z-Diode 21 und dem Widerstand 62 eine weitere Stromstabilisierungsschaltung. Die weitere Stromstabilisierungsschaltung führt der auf der Kollektorseite des Transistors 64 angeordneten Leuchtiode 64, die eine Gerätestörung optisch anzeigt, einen stabilisierten Strom von insbesondere 10 mA zu. Auf der Emitterseite des Transistors 63 wird durch diesen, über den Widerstand 62 fließenden Strom auch der Transistor 2 leitend gesteuert und das Erdpotential zum Ausgang A2 durchgeschaltet.
Bei dem genannten Bemessungsbeispiel beträgt der Stromverbrauch im Störungsfall, unabhängig von der Speisespannung, ca. 12 mA. Die minimale Betriebsspannung US1 ergibt sich bei diesem Zustand aus der Zenerspannung der Z-Diode 21, der Emitter-Basisspannung des Transistors 23 und einer ausreichenden Arbeitsspannung für die Konstantstromschaltung 4 zu insgesamt ca. 9 V. Im Normalzustand wird nur ein mittels einer ersten Konstantstromschaltung gewonnener konstanter Strom von 2 mA aus der Betriebsspannungsquelle 9 entnommen, der den Transistor 1 für das Signal im Normalbetriebszustand leitend steuert. Im Fehlerfall wird derselbe Strom umgeschaltet und zum Betrieb einer zweiten Konstantstromschaltung mit 10 mA für die Leuchtdiode 64 benutzt. Durch eine serielle Anordnung der Funktionsteile wird erreicht, daß dieser Leuchtdiodenstrom gleichzeitig auch die Transistoren 23, 63 und 2 leitend steuert. Die Stromaufnahme der gesamten Signalisierungsschaltung steigt daher nicht über 12 mA hinaus an.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Signalisierungsschaltung wird im Normalzustand am Ausgang A1 Erdpotential, belastbar mit 60 mA gegen eine negative Speisespannung im Bereich s 24 V durchgeschaltet. Im Fehlerfall wird am Ausgang A2 Erdpotential für ein Dauersignal und für ein Impulssignal, belastbar mit je 12 mA gegen dieselbe Speisespannung, geliefert. Die Betriebsspannung Usi für die Signalisierungsschaltung selbst ist unabhängig von der genannten Speisespannung der an die Ausgänge A1 und A2 anzuschließenden Einrichtung zur Signalauswertung und kann unterschiedliche Nennwerte zwischen - 12 und - 60 V haben.
Die Signalisierungsschaltung ist daher für einen Betriebsspannungsbereich -10 bis - 75 V ausgelegt.