Die Erfindung betrifft eine Betriebsschaltung zum Betreiben mehrerer parallel geschalteter Lasten. Beispielsweise kann es sich bei den Lasten um Leuchtmittel einer Leuchtmittelanordnung handeln.The invention relates to an operating circuit for operating multiple loads connected in parallel. For example, the loads can be lamps of a lamp arrangement.
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Ausgehend vom Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Betriebsschaltung mit einer einfach ausgebildeten Überwachungsschaltung zu schaffen, die bei einem auftretenden Überstrom sehr schnell eine oder mehrere Lastzweige unterbrechen kann.Based on the prior art, it is an object of the present invention to provide an operating circuit with a simply designed monitoring circuit which can very quickly interrupt one or more load branches in the event of an overcurrent occurring.
Ein weiteres Ziel besteht darin, den Platzbedarf für die Überwachungsschaltung zu minimieren. Auch sollen die auftretenden Verluste an der Messschaltung minimiert werden um eine hohe Gesamteffizienz des Gerätes zu erreichen.Another goal is to minimize the space required for the monitoring circuit. The losses occurring in the measuring circuit should also be minimized to achieve high overall efficiency of the device.
Diese Aufgabe wird durch die Betriebsschaltung gemäß Patentanspruch 1 gelöst.This object is achieved by the operating circuit according to patent claim 1.
Die Betriebsschaltung weist einen ersten Knoten und einen zweiten Knoten auf, zwischen denen mehrere Lastzweige parallel geschaltet sind. In jedem Lastzweig ist eine Last und in Reihe zur Last ein mittels eines Steuereingangs ansteuerbarer Schalter angeordnet. Die Stromflussrichtung ist vom ersten Knoten zum zweiten Knoten. An den ersten Knoten kann beispielsweise eine Stromquelle oder Spannungsquelle, vorzugsweise eine Konstantspannungsquelle, angeschlossen sein. Sämtliche Ströme durch die parallel geschalteten Lastzweige addieren sich im zweiten Knoten.The operating circuit has a first node and a second node, between which several load branches are connected in parallel. A load is arranged in each load branch, and a switch controlled by a control input is arranged in series with the load. The current flow direction is from the first node to the second node. A current source or voltage source, preferably a constant voltage source, can be connected to the first node. All currents through the parallel-connected load branches are added together in the second node.
Eine Ansteuerschaltung ist vorhanden und dazu eingerichtet, für jeden der ansteuerbaren Schalter ein Schaltsignal zu erzeugen. Hierfür ist jeder Steuereingang der ansteuerbaren Schalter mit einem zugeordneten Schaltsignalausgang der Ansteuerschaltung mittelbar verbunden. Die Schaltsignale können pulsweitenmodulierte Signale sein, um die Ströme durch die einzelnen Lastzweige bzw. die einzelnen Lasten zu steuern.A control circuit is provided and configured to generate a switching signal for each of the controllable switches. For this purpose, each control input of the controllable switches is indirectly connected to an associated switching signal output of the control circuit. The switching signals can be pulse-width modulated signals to control the currents through the individual load branches or the individual loads.
Vorzugsweise handelt es sich bei jeder Last um wenigstens ein Leuchtmittel. Jede Last kann mehrere Leuchtmittel aufweisen, die in Reihe zueinander und/oder parallel zueinander geschaltet sind. Bei dem wenigstens einen Leuchtmittel handelt es sich insbesondere um ein Halbleiterleuchtmittel, beispielsweise eine Leuchtdiode. Die Helligkeit des wenigstens einen in einem gemeinsamen Lastzweig angeordneten Leuchtmittels kann durch das Ansteuern des in Reihe geschalteten ansteuerbaren Schalters mittels des zugeordneten Schaltsignals eingestellt werden, insbesondere durch eine Pulsweitenmodulation.Preferably, each load comprises at least one light source. Each load can have multiple light sources connected in series and/or in parallel. The at least one light source is, in particular, a semiconductor light source, for example, a light-emitting diode. The brightness of the at least one light source arranged in a common load branch can be adjusted by controlling the series-connected controllable switch using the associated switching signal, in particular by pulse width modulation.
Die Betriebsschaltung weist außerdem eine Überwachungsschaltung auf. Vorzugsweise hat die Überwachungsschaltung einen zentralen Schaltungsteil und für jeden Lastzweig genau einen dezentralen Schaltungsteil. Zu der Überwachungsschaltung gehört ein Komparator, wenigstens eine Flipflopschaltung und für jeden vorhandenen Lastzweig eine Unterbrechungslogikschaltung. Bei einem Ausführungsbeispiel weist der zentrale Schaltungsteil den Komparator und eine einzige zentrale Flipflopschaltung für alle Lastzweige auf. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann der zentrale Schaltungsteil entfallen. In jedem dezentralen Schaltungsteil kann dann ein separater Komparator und eine separate Flipflopschaltung vorhanden sein. In noch einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Anzahl der dezentralen Schaltungsteile kleiner als die Anzahl der Lastzweige, so dass zwei oder mehr Lastzweige jeweils einem gemeinsamen dezentralen Schaltungsteil mit jeweils einem Komparator und einer Flipflopschaltung zugeordnet sind.The operating circuit also has a monitoring circuit. Preferably, the monitoring circuit has a central circuit part and precisely one decentralized circuit part for each load branch. The monitoring circuit includes a comparator, at least one flip-flop circuit, and an interrupt logic circuit for each existing load branch. In one embodiment, the central circuit part has the comparator and a single central flip-flop circuit for all load branches. In another embodiment, the central circuit part can be omitted. A separate comparator and a separate flip-flop circuit can then be present in each decentralized circuit part. In yet another embodiment, the number of decentralized circuit parts is smaller than the number of load branches, so that two or more load branches are each assigned to a common decentralized circuit part, each with a comparator and a flip-flop circuit.
Es ist bevorzugt, wenn die Überwachungsschaltung bzw. der zentrale Schaltungsteil einen einzigen Komparator für sämtliche Lastzweige aufweist.It is preferred if the monitoring circuit or the central circuit part has a single comparator for all load branches.
Der Komparator hat einen ersten Komparatoreingang, einen zweiten Komparatoreingang und einen Komparatorausgang. Der erste Komparatoreingang ist mit einem Referenzspannungspotenzial verbunden. Das Referenzspannungspotenzial ist vorzugsweise konstant vorgegeben und ändert sich während des Betriebs der Lasten an der Betriebsschaltung nicht. Abhängig von der Art und der Anzahl der Lasten bzw. der Lastzweige wird das Referenzspannungspotenzial vorgegeben und für den Betrieb fest eingestellt werden. Die Referenzspannung kann zu Beginn des Betriebs eingestellt werden, beispielsweise über einen Mikrocontroller. Dadurch können zu verschiedenen Betriebsspannungen verschiedene Maximalstromwerte eingestellt werden, so dass die elektrische Leistung des Gerätes konstant bleibt, z.B. 5A Maximalstrom bei 24V Betriebsspannung und 2,5A Maximalstrom bei 48V Betriebsspannung.The comparator has a first comparator input, a second comparator input, and a comparator output. The first comparator input is connected to a reference voltage potential. The reference voltage potential is preferably constant and does not change during operation of the loads on the operating circuit. Depending on the type and number of loads or load branches, the reference voltage potential is specified and fixed for operation. The reference voltage can be set at the start of operation, for example, via a microcontroller. This allows different maximum current values to be set for different operating voltages, ensuring that the electrical power of the device remains constant, e.g., 5 A maximum current at 24 V operating voltage and 2.5 A maximum current at 48 V operating voltage.
Der zweite Komparatoreingang ist mit dem zweiten Knoten verbunden. Vorzugsweise ist der zweite Knoten über einen Messwiderstand mit einem Bezugspotenzial verbunden, beispielsweise einem Massepotenzial. Am zweiten Komparatoreingang liegt somit die am Messwiderstand anliegende Spannung oder ein Spannungspotenzial an, das die am Messwiderstand anliegende Spannung charakterisiert. Die am Messwiderstand anliegende Spannung kennzeichnet den Gesamtstrom durch alle Lastzweige. Der Komparatorausgang ist mit der Flipflopschaltung oder allen vorhandenen Flipflopschaltungen verbunden.The second comparator input is connected to the second node. Preferably, the second node is connected to a reference potential, such as ground, via a measuring resistor. The second comparator input thus receives the voltage across the measuring resistor or a voltage potential that characterizes the voltage across the measuring resistor. The voltage across the measuring resistor characterizes the total current through all load branches. The comparator output is connected to the flip-flop circuit or all flip-flop circuits present.
Die wenigstens eine Flipflopschaltung hat einen Setzeingang, einen Rücksetzeingang und einen Flipflopausgang. Entweder sind sämtliche Setzeingänge der vorhandenen Flipflopschaltungen oder sämtliche Rücksetzeingänge der vorhandenen Flipflopschaltung mit dem Komparatorausgang verbunden. Der jeweils andere Eingang, also der Rücksetzeingang bzw. der Setzeingang, jeder Flipflopschaltung kann bei einem Ausführungsbeispiel mit einer Initialisierungsschaltung verbunden sein, die beispielsweise durch die Ansteuerschaltung gebildet sein kann. Über die Initialisierungs- bzw. Ansteuerschaltung kann ein Initialisierungssignal an die wenigstens eine Flipflopschaltung angelegt werden. Das Initialisierungssignal kann bei einem Start bzw. einem Neustart (zum Beispiel nach dem Beheben eines Fehlers) einmalig erzeugt werden. Es dient zum Umschalten der wenigstens einen Flipflopschaltung in einen definierten Ausgangszustand, der einem Normalbetriebszustand entspricht.The at least one flip-flop circuit has a set input, a reset input, and a flip-flop output. Either all set inputs of the existing flip-flop circuits or all reset inputs of the existing flip-flop circuit are connected to the comparator output. The other input, i.e. the reset In one embodiment, the set input or the set input of each flip-flop circuit can be connected to an initialization circuit, which can be formed, for example, by the control circuit. An initialization signal can be applied to the at least one flip-flop circuit via the initialization or control circuit. The initialization signal can be generated once during a start or restart (for example, after an error has been rectified). It serves to switch the at least one flip-flop circuit to a defined initial state that corresponds to a normal operating state.
Über den Komparator kann die wenigstens eine Flipflopschaltung vom Normalbetriebszustand in einen Unterbrechungsanforderungszustand umgeschaltet werden, wenn das Spannungspotenzial am zweiten Knoten das Referenzspannungspotenzial übersteigt. In diesem Fall wird darauf geschlossen, dass der Gesamtstrom durch die Lastzweige zu groß ist und ein Überstromzustand vorliegt. Der Signalzustand am Komparatorausgang des Komparators, der den Überstromzustand kennzeichnet (Spannungspotenzial am zweiten Knoten übersteigt das Referenzspannungspotenzial), ist entweder eine notwendige oder hinreichende Bedingung zum Umschalten der angeschlossenen Flipflopschaltung in den Unterbrechungsanforderungszustand. Bei einem Ausführungsbeispiel kann es erforderlich sein, dass wenigstens eine oder genau eine weitere Bedingung erfüllt wird, um die angeschlossene Flipflopschaltung in den Unterbrechungsanforderungszustand umzuschalten. Durch das Aktivieren des entsprechenden Eingangs jeder Flipflopschaltung, insbesondere des Rücksetzeingangs, erfolgt das Umschalten der wenigstens einen Flipflopschaltung von dem Normalbetriebszustand in den Unterbrechungsanforderungszustand. Vorzugsweise wird dabei der Flipflopausgang von digital HIGH nach digital LOW umgeschaltet. Abhängig von der äußeren Beschaltung kann die wenigstens eine Flipflopschaltung auch einen Flipflopausgang aufweisen und verwenden, bei dem Normalbetriebszustand digital HIGH und im Unterbrechungsanforderungszustand digital HIGH ist.The comparator can switch the at least one flip-flop circuit from the normal operating state to an interrupt request state if the voltage potential at the second node exceeds the reference voltage potential. In this case, it is concluded that the total current through the load branches is too high and an overcurrent condition exists. The signal state at the comparator output of the comparator, which characterizes the overcurrent condition (voltage potential at the second node exceeds the reference voltage potential), is either a necessary or sufficient condition for switching the connected flip-flop circuit to the interrupt request state. In one embodiment, it may be necessary for at least one or exactly one further condition to be met in order to switch the connected flip-flop circuit to the interrupt request state. Activating the corresponding input of each flip-flop circuit, in particular the reset input, switches the at least one flip-flop circuit from the normal operating state to the interrupt request state. The flip-flop output is preferably switched from digital HIGH to digital LOW. Depending on the external circuitry, the at least one flip-flop circuit may also have and use a flip-flop output in which the normal operating state is digital HIGH and in the interrupt request state is digital HIGH.
Für jeden Lastzweig ist eine Unterbrechungslogikschaltung vorhanden. Die Unterbrechungslogikschaltung hat einen ersten Logikeingang, einen zweiten Logikeingang und einen Logikausgang. Der Logikausgang ist mit dem Steuereingang des zugeordneten ansteuerbaren Schalters verbunden. Der erste Logikeingang ist mit dem zugeordneten Schaltsignalausgang der Ansteuerschaltung verbunden, so dass am ersten Logikeingang das jeweilige Schaltsignal für den ansteuerbaren Schalter anliegt. Der zweite Logikeingang ist mit dem Flipflopausgang der jeweils zugeordneten Flipflopschaltung verbunden. Jede Unterbrechungslogikschaltung ist dazu eingerichtet, den zugeordneten ansteuerbaren Schalter in den sperrenden Zustand umzuschalten, wenn sich die zugeordnete Flipflopschaltung im Unterbrechungsanforderungszustand befindet. Vorzugsweise ist die Unterbrechungslogikschaltung außerdem dazu eingerichtet, den ansteuerbaren Schalter entsprechend den Vorgaben des Schaltsignals zwischen dem leitenden und dem sperrenden Zustand umzuschalten, wenn sich die zugeordnete Flipflopschaltung im Normalbetriebszustand befindet. Beispielsweise kann die Unterbrechungslogikschaltung als UND-Gatter oder als ODER-Gatter ausgebildet sein.An interrupt logic circuit is provided for each load branch. The interrupt logic circuit has a first logic input, a second logic input, and a logic output. The logic output is connected to the control input of the associated controllable switch. The first logic input is connected to the associated switching signal output of the control circuit, so that the respective switching signal for the controllable switch is present at the first logic input. The second logic input is connected to the flip-flop output of the respectively associated flip-flop circuit. Each interrupt logic circuit is configured to switch the associated controllable switch to the blocking state when the associated flip-flop circuit is in the interrupt request state. Preferably, the interrupt logic circuit is also configured to switch the controllable switch between the conducting and blocking states according to the specifications of the switching signal when the associated flip-flop circuit is in the normal operating state. For example, the interrupt logic circuit can be designed as an AND gate or an OR gate.
Die Ausführung der Unterbrechungslogikschaltung hängt davon ab, ob der Flipflopausgang der Flipflopschaltung im Unterbrechungsanforderungszustand digital HIGH oder digital LOW ist. Im ersten Fall (Flipflopausgang ist im Unterbrechungsanforderungszustand digital HIGH) kann die Unterbrechungslogikschaltung beispielsweise als ODER-Gatter ausgebildet sein, im zweiten Fall (Flipflopausgang ist im Unterbrechungsanforderungszustand digital LOW) als UND-Gatter.The design of the interrupt logic circuit depends on whether the flip-flop output is digitally HIGH or digitally LOW in the interrupt request state. In the first case (flip-flop output is digitally HIGH in the interrupt request state), the interrupt logic circuit can be designed as an OR gate, for example; in the second case (flip-flop output is digitally LOW in the interrupt request state), it can be designed as an AND gate.
Die Überwachungsschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung ist sehr einfach aufgebaut. Über dem Komparator werden Überstromzustände erkannt und im Falle eines erkannten Überstromzustandes wird die wenigstens eine Flipflopschaltung in den Unterbrechungsanforderungszustand umgeschaltet. Dies führt unmittelbar dazu, dass über die Verknüpfung mit der Unterbrechungslogikschaltung das Schaltsignal keinen Einfluss mehr auf den zugeordneten ansteuerbaren Schalter hat, sondern dieser in dem sperrenden Zustand umgeschaltet wird. Wenn eine zentrale Flipflopschaltung vorhanden ist, werden sämtliche Lastzweige im Falle eines Überstromes in dem sperrenden Zustand umgeschaltet. Ist jedem Lastzweig eine separate Flipflopschaltung zugeordnet, können einzelne Lastzweige selektiv in den sperrenden Zustand umgeschaltet werden.The monitoring circuit according to the present invention has a very simple design. Overcurrent conditions are detected via the comparator, and in the event of a detected overcurrent condition, the at least one flip-flop circuit is switched to the interrupt request state. This directly results in the switching signal no longer having any influence on the associated controllable switch via the interrupt logic circuit, but rather the switch being switched to the blocking state. If a central flip-flop circuit is present, all load branches are switched to the blocking state in the event of an overcurrent. If a separate flip-flop circuit is assigned to each load branch, individual load branches can be selectively switched to the blocking state.
Die Überwachungsschaltung kommt ohne Mikrokontroller aus. Es sind jeweils nur wenige in Reihe geschaltete Bauelemente erforderlich. Insbesondere sind sämtliche Bauelemente zeittaktunabhängig und können unmittelbar ohne auf ein Taktsignal warten zu müssen ihren Schaltzustand ändern, sobald sich ein Zustand an einem oder mehreren der Eingänge ändern. Die Zeitverzögerung zwischen dem Auftreten eines Überstromzustandes (zu großer Gesamtstrom durch sämtliche Lastzweige) und dem Unterbrechen des Stromflusses durch einen oder mehrere Lastzweige kann damit im Nanosekundenbereich unterhalb einer Millisekunde gehalten werden. Die Betriebsschaltung ist daher gegen die Gefahr von Beschädigungen durch Überströme sehr gut geschützt. Energieverluste durch Wärme im Überstromzustand werden aufgrund der schnellen Reaktionszeit verringert. Außerdem weist die Überwachungsschaltung einen einfachen und kostengünstigen Aufbau auf.The monitoring circuit does not require a microcontroller. Only a few series-connected components are required. In particular, all components are clock-independent and can change their switching state immediately, without having to wait for a clock signal, as soon as a state at one or more of the inputs changes. The time delay between the occurrence of an overcurrent condition (too high a total current through all load branches) and the interruption of the current flow through one or more load branches can thus be kept in the nanosecond range, less than one millisecond. The operating circuit is therefore very well protected against the risk of damage caused by overcurrents. Energy losses due to heat In the overcurrent condition, the short response time reduces the risk of overcurrent. Furthermore, the monitoring circuit features a simple and cost-effective design.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Überwachungsschaltung lediglich eine einzige zentrale Flipflopschaltung für alle Lastzweige auf, die im zentralen Schaltungsabschnitt angeordnet ist. Dadurch lassen sich der Schaltungsaufwand sowie die Kosten der Überwachungsschaltung bzw. der Betriebsschaltung reduzieren.In a preferred embodiment, the monitoring circuit comprises only a single central flip-flop circuit for all load branches, which is arranged in the central circuit section. This reduces the circuit complexity and the costs of the monitoring circuit or the operating circuit.
Alternativ dazu ist es auch möglich, jedem Lastzweig jeweils eine separate Flipflopschaltung zuzuordnen, die im jeweiligen dezentralen Schaltungsabschnitt angeordnet ist. Dies ermöglicht das individuelle Trennen eines einzelnen Lastzweigs oder mehrerer der vorhandenen Lastzweige im Falle eines Überstromes. Bei dieser Ausführung kann eine Auswahllogikschaltung vorhanden sein. Die Auswahllogikschaltung hat einen ersten Logikeingang, an dem das zugeordnete Schaltsignal anliegt, einen mit dem Komparatorausgang verbundenen zweiten Logikeingang und einem mit dem Setzeingang oder dem Rücksetzeingang der zugeordneten Flipflopschaltung verbundenen Logikausgang. In jedem dezentralen Schaltungsteil ist eine separate Auswahllogikschaltung vorhanden, so dass für jeden Lastzweig eine separate Auswahllogikschaltung bereitgestellt ist. Über die Auswahllogikschaltung kann erkannt werden, ob zu dem Zeitpunkt, zu dem der Komparator einen zu großen Strom erkannt hat, der zugeordnete Lastzweig aufgrund des anliegenden Schaltsignals in einem leitenden Zustand war. Ist dies der Fall, wird dieser Lastzweig durch Umschalten der Flipflopschaltung in den Unterbrechungsanforderungszustand und das dadurch bewirkte Umschalten des ansteuerbaren Schalters in den sperrenden Zustand unterbrochen. War der betreffende Lastzweig zum Zeitpunkt des Auftretens des Überstromzustandes nicht leitend, ist der Überstromzustand nicht auf diesen Lastzweig zurückzuführen und die Flipflopschaltung bleibt im Normalbetriebszustand, so dass der Lastzweig durch die Überwachungsschaltung nicht unterbrochen bzw. deaktiviert wird.Alternatively, it is also possible to assign a separate flip-flop circuit to each load branch, which is arranged in the respective decentralized circuit section. This enables the individual disconnection of a single load branch or several of the existing load branches in the event of an overcurrent. In this embodiment, a selection logic circuit can be present. The selection logic circuit has a first logic input to which the assigned switching signal is applied, a second logic input connected to the comparator output, and a logic output connected to the set input or the reset input of the assigned flip-flop circuit. A separate selection logic circuit is present in each decentralized circuit section, so that a separate selection logic circuit is provided for each load branch. The selection logic circuit can be used to detect whether the assigned load branch was in a conductive state due to the applied switching signal at the time the comparator detected an excessive current. If this is the case, this load branch is interrupted by switching the flip-flop circuit to the interrupt request state, which causes the controllable switch to switch to the blocking state. If the load branch in question was not conducting at the time the overcurrent condition occurred, the overcurrent condition is not attributable to this load branch, and the flip-flop circuit remains in the normal operating state, so that the load branch is not interrupted or deactivated by the monitoring circuit.
Es ist außerdem vorteilhaft, wenn die wenigstens eine Flipflopschaltung jeweils durch ein RS-Flipflop gebildet ist. Vorzugsweise weist jede vorhandene Flipflopschaltung ausschließlich ein RS-Flipflop auf. Weitere Bauelemente können entfallen. Das RS-Flipflop kann durch einen oder mehrere Standard-ICs aufgebaut werden, beispielsweise durch Verknüpfung von zwei NICHT-UND-Gattern (NAND-Gattern).It is also advantageous if the at least one flip-flop circuit is formed by an RS flip-flop. Preferably, each flip-flop circuit comprises only an RS flip-flop. Further components can be omitted. The RS flip-flop can be constructed using one or more standard ICs, for example, by combining two NAND gates.
Es ist außerdem vorteilhaft, die Flipflopschaltung derart auszuführen, dass das vom Komparator bereitgestellte und am Setzeingang oder Rücksetzeingang (vorzugsweise Rücksetzeingang) anliegende Komparatorausgangssignal dominant auf den Ausgang wirkt. Das bedeutet, dass mit diesem Komparatorausgangssignal andere Eingangssignale an der Flipflopschaltung sozusagen überschrieben werden können. Die Flipflopschaltung räumt dem Komparatorausgangssignal Vorrang ein. Somit wird erreicht, dass im Falle eines Fehlers unmittelbar beim Start der Betriebsschaltung, insbesondere während der Initialisierung, das Signal am Ausgang der Flipflopschaltung weiterhin durch das Komparatorausgangssignal definiert bleibt.It is also advantageous to design the flip-flop circuit in such a way that the comparator output signal provided by the comparator and applied to the set input or reset input (preferably the reset input) has a dominant effect on the output. This means that this comparator output signal can, so to speak, overwrite other input signals to the flip-flop circuit. The flip-flop circuit gives priority to the comparator output signal. This ensures that, in the event of an error immediately upon start-up of the operating circuit, particularly during initialization, the signal at the flip-flop circuit output continues to be defined by the comparator output signal.
Bevorzugt ist die Unterbrechungslogikschaltung und/oder die Auswahllogikschaltung durch ein oder mehrere Logikgatter und vorzugsweise jeweils ein UND-Gatter gebildet.Preferably, the interrupt logic circuit and/or the selection logic circuit is formed by one or more logic gates and preferably an AND gate each.
Es ist außerdem vorteilhaft, wenn der wenigstens eine Flipflopausgang der wenigstens einen Flipflopschaltung ohne Zwischenschaltung weiterer Logikbauelemente mit dem zweiten Logikeingang der zugeordneten Unterbrechungslogikschaltung verbunden ist. Dadurch können weitere Zeitverzögerungen vermieden werden. Insbesondere ist der wenigstens eine Flipflopausgang unmittelbar mit dem zweiten Logikeingang der Unterbrechungslogikschaltung oder mittelbar über einen Widerstand verbunden.It is also advantageous if the at least one flip-flop output of the at least one flip-flop circuit is connected to the second logic input of the associated interrupt logic circuit without the interposition of additional logic components. This avoids further time delays. In particular, the at least one flip-flop output is connected directly to the second logic input of the interrupt logic circuit or indirectly via a resistor.
Wenn in der Anmeldung von „Widerstand“ die Rede ist, jeweils ein ohmscher Widerstand gemeint ist.When the application refers to “resistance”, it always means an ohmic resistance.
Es ist außerdem vorteilhaft, wenn jeder Logikausgang der Unterbrechungslogikschaltungen ohne Zwischenschaltung weiterer Logikbauelemente mit dem zugeordneten Steueranschluss des ansteuerbaren Schalters verbunden ist. Die Verbindung zwischen einem betreffenden Logikausgang einer Unterbrechungslogikschaltung und dem ansteuerbaren Schalter kann unmittelbar oder mittelbar über einen Widerstand erfolgen.It is also advantageous if each logic output of the interrupt logic circuits is connected to the associated control terminal of the controllable switch without the interposition of additional logic components. The connection between a respective logic output of an interrupt logic circuit and the controllable switch can be made directly or indirectly via a resistor.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist jeder ansteuerbare Schalter durch einen MOSFET gebildet.In a preferred embodiment, each controllable switch is formed by a MOSFET.
Wie erwähnt, kann der zweite Knoten über einen Messwiderstand mit einem Bezugspotenzial verbunden sei. Dieser Messwiderstand kann auch als Shunt bezeichnet werden. Der Messwiderstand ist vorzugsweise durch eine Parallelschaltung mehrerer einzelner Widerstände gebildet.As mentioned, the second node can be connected to a reference potential via a measuring resistor. This measuring resistor can also be referred to as a shunt. The measuring resistor is preferably formed by a parallel connection of several individual resistors.
Es ist bevorzugt, wenn in jedem Leistungszweig lediglich ein einziger ansteuerbarer Schalter vorhanden ist. Vorzugsweise weist die Überwachungsschaltung zusätzlich zu den ansteuerbaren Schaltern in den Leistungszweigen keine weiteren ansteuerbaren Schalter auf. Somit ist dann in jedem möglichen Strompfad von der an den ersten Knoten angeschlossenen Strom- oder Spannungsquelle bis zum Bezugspotenzial lediglich ein einziger ansteuerbarer Schalter vorhanden sein. Die Anzahl der möglichen Strompfade entspricht insbesondere der Anzahl der parallel geschalteten Leistungszweige.It is preferred if only a single controllable switch is present in each power branch. Preferably, the monitoring circuit has, in addition to the controllable Switches in the power branches do not have any additional controllable switches. Thus, in each possible current path from the current or voltage source connected to the first node to the reference potential, only a single controllable switch is present. The number of possible current paths corresponds, in particular, to the number of power branches connected in parallel.
Es ist bevorzugt, wenn die Strom- oder Spannungsquelle in einem separaten Gehäuse unabhängig von der übrigen Betriebsschaltung angeordnet ist. Die Ansteuerschaltung und/oder die Überwachungsschaltung können in jeweils separaten Gehäusen oder einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein. Dadurch wird ein modularer Aufbau der Betriebsschaltung abhängig von der Art und der Anzahl der Lasten bzw. der Lastzweige ermöglicht. Es kann dadurch ein Baukastensystem geschaffen werden.It is preferred if the current or voltage source is arranged in a separate housing, independent of the remaining operating circuit. The control circuit and/or the monitoring circuit can be arranged in separate housings or in a common housing. This enables a modular design of the operating circuit depending on the type and number of loads or load branches. This allows for the creation of a modular system.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Betriebsschaltung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüche, der Beschreibung und den Zeichnungen. Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
In
Wie es in
In jedem Lastzweig sind eine Last 16 und ein ansteuerbarer Schalter 17 in Reihe geschaltet. Jede Last 16 ist beim Ausführungsbeispiel durch wenigstens ein Leuchtmittel gebildet. Sind mehrere Leuchtmittel zur Bildung der Last 16 vorhanden, können diese parallel und/oder in Reihe geschaltet sein. Das wenigstens eine Leuchtmittel ist beispielsweise eine Leuchtdiode.In each load branch, a load 16 and a controllable switch 17 are connected in series. In the exemplary embodiment, each load 16 is formed by at least one light source. If multiple light sources are present to form the load 16, these can be connected in parallel and/or in series. The at least one light source is, for example, a light-emitting diode.
Jeder ansteuerbare Schalter 17 hat zur Ansteuerung einen Steuereingang 18. Vorzugsweise ist der ansteuerbare Schalter 17 durch einen MOSFET oder einen anderen Feldeffekttransistor gebildet (
Die Anzahl der Lastzweige 13 kann variieren. Beispielsweise können drei oder alternativ vier Lastzweige 13 mit jeweils einem ansteuerbaren Schalter 17 vorhanden sein. Für jeden ansteuerbaren Schalter 17 wird durch eine Ansteuerschaltung 22 ein entsprechendes Schaltsignal P1, P2, P3 erzeugt. Bei den Schaltsignalen P1, P2, P3 handelt es sich vorzugsweise um pulsweitmodulierte Signale, die zum Umschalten des ansteuerbaren Schalters 17 zwischen einem leitenden und einem sperrenden Zustand dienen. Dadurch kann ein mittlerer Strom durch jeden Lastzweig 13 aufgrund des pulsweitenmodulierten Umschaltens des betreffenden ansteuerbaren Schalters 17 gesteuert werden. Auf diese Weise lässt sich beispielsweise die Helligkeit des wenigstens einen Leuchtmittels einstellen, das die jeweilige Last 16 bildet.The number of load branches 13 can vary. For example, there may be three or alternatively four load branches 13, each with a controllable switch 17. For each controllable switch 17, a corresponding switching signal P1, P2, P3 is generated by a control circuit 22. The switching signals P1, P2, P3 are preferably pulse-width modulated signals that serve to switch the controllable switch 17 between a conducting and a blocking state. As a result, an average current through each load branch 13 can be controlled based on the pulse-width modulated switching of the respective controllable switch 17. In this way, for example, the brightness of the at least one illuminant that forms the respective load 16 can be adjusted.
Die Betriebsschaltung 10 hat außerdem eine Überwachungsschaltung 28. Die Überwachungsschaltung 28 hat einen zentralen Schaltungsteil 29, sowie für jeden vorhandenen Lastzweig 13 einen dezentralen Schaltungsteil 30. Der zentrale Schaltungsteil 29 erzeugt ein Ausgangssignal A, das den dezentralen Schaltungsteilen 30 übermittelt wird.The operating circuit 10 also has a monitoring circuit 28. The monitoring circuit 28 has a central circuit part 29 and a decentralized circuit part 30 for each existing load branch 13. The central circuit part 29 generates an output signal A, which is transmitted to the decentralized circuit parts 30.
Der zentrale Schaltungsteil 29 der Überwachungsschaltung 28 weist einen Komparator 31 mit einem ersten Komparatoreingang 32, einem zweiten Komparatoreingang 33 und einem Komparatorausgang 34 auf. Der erste Komparatoreingang 32 ist an ein Referenzspannungspotenzial UR angeschlossen. Der zweite Komparatoreingang 33 ist mit dem zweiten Knoten 12 verbunden, so dass die zwischen dem zweiten Knoten 12 und dem Massepotenzial M am Messwiderstand 15 anliegende Spannung am zweiten Komparatoreingang 33 anliegt. Vorzugsweise ist der erste Komparatoreingang 32 ein invertierender Eingang eines Operationsverstärkers und der zweite Komparatoreingang 33 ist der nicht invertierende Eingang des Operationsverstärkers, der Bestandteil des Komparators 31 ist (
Bei dem in
Der Setzeingang S ist mit einem Initialisierungsausgang 39 der Ansteuerschaltung 22 verbunden. Über den Initialisierungsausgang 39 kann die Ansteuerschaltung 22 ein Initialisierungssignal SI bereitstellen, das der Flipflopschaltung 38 übermittelt wird. Über das Initialisierungssignal SI wird die Flipflopschaltung 38 in einen Ausgangszustand bzw. Normalbetriebszustand umgeschaltet. Das Ausgangssignal A am Flipflopausgang Q ist dann digital HIGH bzw. A = 1. Das Initialisierungssignal SI wird nur beim Initialisieren für eine bestimmte Zeitdauer angelegt (SI ist dann digital HIGH bzw. SI = 1). Ansonsten bleibt im weiteren Betrieb das Initialisierungssignal SI digital LOW (SI = 0). Die Flipflopschaltung 38 behält ihren Normalbetriebszustand bei, solange am Rücksetzeingang R kein Signal anliegt, das digital HIGH (R = 1) ist.The set input S is connected to an initialization output 39 of the control circuit 22. Via the initialization output 39, the control circuit 22 can provide an initialization signal SI, which is transmitted to the flip-flop circuit 38. The initialization signal SI switches the flip-flop circuit 38 to an initial state or normal operating state. The output signal A at the flip-flop output Q is then digitally HIGH, or A = 1. The initialization signal SI is only applied for a specific period of time during initialization (SI is then digitally HIGH, or SI = 1). Otherwise, the initialization signal SI remains digitally LOW (SI = 0) during subsequent operation. The flip-flop circuit 38 maintains its normal operating state as long as no digitally HIGH (R = 1) signal is present at the reset input R.
Beim Start des Betriebs der Betriebsschaltung 10 oder bei einem Neustart, beispielsweise nach dem ein Defekt in einem oder mehreren Lastzweigen 13 behoben wurde, erzeugt die Ansteuerschaltung 22 das Initialisierungssignal SI, um die wenigstens eine Flipflopschaltung 38 in ihren Normalbetriebszustand umzuschalten. Diesen Normalbetriebszustand behält die wenigstens eine Flipflopschaltung 38 bei, solange die Komparatorschaltung 31 keinen Überstromzustand (zu großer Strom am zweiten Knoten 12) festgestellt hat.When the operating circuit 10 starts operating or during a restart, for example, after a defect in one or more load branches 13 has been rectified, the control circuit 22 generates the initialization signal SI to switch the at least one flip-flop circuit 38 to its normal operating state. The at least one flip-flop circuit 38 maintains this normal operating state as long as the comparator circuit 31 has not detected an overcurrent condition (excessive current at the second node 12).
Über den Komparator 31 kann die Flipflopschaltung 38 von dem Normalbetriebszustand in einen Unterbrechungsanforderungszustand umgeschaltet werden, wobei der Flipflopausgang Q beim Ausführungsbeispiel dann das Ausgangssignal A von digital HIGH nach digital LOW umschaltet. Der Komparator 31 schaltet die Flipflopschaltung 38 dann in den Unterbrechungsanforderungszustand um, wenn die am Messwiderstand 15 und am zweiten Komparatoreingang 33 anliegende Spannung das Referenzspannungspotenzial UR überschreitet. Daraufhin wird der Komparatorausgang 34 digital HIGH, so dass über den Rücksetzeingang R der Flipflopschaltung 38, der dann ebenfalls digital HIGH ist (R = 1), das Umschalten der Flipflopschaltung 38 in den Unterbrechungsanforderungszustand erfolgt. Im Unterbrechungsanforderungszustand ist der Flipflopausgang Q und mithin das Ausgangssignal A Digital LOW (Q = 0).Via the comparator 31, the flip-flop circuit 38 can be switched from the normal operating state to an interrupt request state, with the flip-flop output Q in the exemplary embodiment then switching the output signal A from digital HIGH to digital LOW. The comparator 31 then switches the flip-flop circuit 38 to the interrupt request state when the voltage applied to the measuring resistor 15 and the second comparator input 33 exceeds the reference voltage potential UR. The comparator output 34 then becomes digital HIGH, so that the flip-flop circuit 38 is switched to the interrupt request state via the reset input R of the flip-flop circuit 38, which is then also digital HIGH (R = 1). In the interrupt request state, the flip-flop output Q and thus the output signal A are digital LOW (Q = 0).
Für die Flipflopschaltung 38 gilt beim Ausführungsbeispiel:
Sämtliche dezentralen Schaltungsteile 30 sind vorzugsweise identisch aufgebaut.
Die Unterbrechungslogikschaltung 40 ist dazu eingerichtet, am Logikausgang 43 ein Signal zu erzeugen, um den zugeordneten ansteuerbaren Schalter 17 zwischen dem leitenden und dem sperrenden Zustand umzuschalten. Beispielsgemäß nimmt der ansteuerbare Schalter 17 (MOSFET) den sperrenden Zustand ein, wenn am Gate des MOSFET keine Spannung anliegt, wenn als der Logikausgang 43 der Unterbrechungslogikschaltung 40 digital LOW ist. Die Unterbrechungslogikschaltung 40 ist beispielsgemäß als UND-Gatter ausgebildet. Wenn demnach das Ausgangssignal A im Unterbrechungsanforderungszustand der Flipflopschaltung 38 digital LOW ist (A = 0), dann ist der Logikausgang 43 der Unterbrechungslogikschaltung 40 ebenfalls stets digital LOW und der ansteuerbare Schalter 17 wird in den sperrenden Zustand umgeschaltet und verbleibt in diesem Zustand solange A = 0 ist (zweiter Logikeingang 42 der Unterbrechungslogikschaltung 40 ist digital LOW), unabhängig davon, ob das betreffende Schaltsignal P1, P2, P3 digital HIGH oder LOW ist.The interrupt logic circuit 40 is configured to generate a signal at the logic output 43 to switch the associated controllable switch 17 between the conducting and the blocking state. For example, the controllable switch 17 (MOSFET) assumes the blocking state when no voltage is applied to the gate of the MOSFET, when the logic output 43 of the interrupt logic circuit 40 is digitally LOW. The interrupt logic circuit 40 is configured, for example, as an AND gate. Accordingly, if the output signal A in the interrupt request state of the flip-flop circuit 38 is digitally LOW (A = 0), then the logic output 43 of the interrupt logic circuit 40 is also always digitally LOW and the controllable switch 17 is switched to the blocking state and remains in this state as long as A = 0 (second logic input 42 of the interrupt logic circuit 40 is digitally LOW), regardless of whether the respective switching signal P1, P2, P3 is digitally HIGH or LOW.
Das Ausführungsbeispiel der Betriebsschaltung 10 gemäß den
Die Flipflopschaltung befindet sich nach dem Initialisieren mittels des Initialisierungssignals SI nach dem Starten der Betriebsschaltung im Normalbetriebszustand mit Q = 1, S = 0 und R = 0. Erkennt der Komparator 31 einen zu großen Gesamtstrom am zweiten Knoten 12, weil das Spannungspotenzial am zweiten Knoten 12 das Referenzspannungspotenzial UR überschreitet, wird der Komparatorausgang 34 des Komparators 31 digital HIGH, so dass das am Rücksetzeingang R der Flipflopschaltung 38 anliegende Signal digital HIGH ist (R = 1). Dies verursacht das Umschalten der Flipflopschaltung 38 vom Normalbetriebszustand in den Unterbrechungsanforderungszustand, in dem der Flipflopausgang Q und mithin das Ausgangssignal A digital LOW ist (Q = A = 0). Da dann die zweiten Logikeingänge 42 der Unterbrechungslogikschaltungen 40 digital LOW sind, werden die ansteuerbaren Schalter 17 in den sperrenden Zuständen gehalten und alle Lastzweige 13 bleiben unterbrochen (stromlos), bis eine erneute Initialisierung (Umschalten der Flipflopschaltung 38 in den Normalbetriebszustand) nach der Fehlerbehebung erfolgt, die zum Überstromzustand geführt hat.After initialization using the initialization signal SI, the flip-flop circuit is in the normal operating state with Q = 1, S = 0, and R = 0. If the comparator 31 detects an excessive total current at the second node 12 because the voltage potential at the second node 12 exceeds the reference voltage potential UR, the comparator output 34 of the comparator 31 becomes digitally HIGH, so that the signal applied to the reset input R of the flip-flop circuit 38 is digitally HIGH (R = 1). This causes the flip-flop circuit 38 to switch from the normal operating state to the interrupt request state, in which the flip-flop output Q and thus the output signal A are digitally LOW (Q = A = 0). Since the second logic inputs 42 of the interrupt logic circuits 40 are then digitally LOW, the controllable switches 17 are kept in the blocking states and all load branches 13 remain interrupted (de-energized) until a new initialization (switching of the flip-flop circuit 38 to the normal operating state) takes place after the error that led to the overcurrent state has been rectified.
Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel gemäß der
Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der
Erkennt der Komparator 31 einen zu großen Gesamtstrom am zweiten Knoten 12, weil das Spannungspotenzial am zweiten Knoten 12 das Referenzspannungspotenzial UR überschreitet, wird der Komparatorausgang 34 des Komparators 31 digital HIGH, was beim Ausführungsbeispiel gemäß der
Wird hingegeben festgestellt, dass während des Auftretens des Überstromzustandes das Schaltsignal P1, P2 oder P3 digital HIGH ist oder wird, wird der Rücksetzeingang R der Flipflopschaltung 38 über die Auswahllogikschaltung 45 aktiviert (R = 1) und der Flipflopausgang Q der Flipflopschaltung 38 der Flipflopschaltung 38 nach digital LOW umgeschaltet (Q = 0 im Unterbrechungsanforderungszustand). Dies führt dazu, dass der Logikausgang 43 der Unterbrechungslogikschaltung 40 auf digital LOW bleibt und der ansteuerbare Schalter 17 unabhängig von dem betreffenden Schaltsignal P1, P2 oder P3 nicht mehr in den leitenden Zustand umgeschaltet werden kann.If, however, it is determined that the switching signal P1, P2, or P3 is or becomes digitally HIGH during the occurrence of the overcurrent condition, the reset input R of the flip-flop circuit 38 is activated via the selection logic circuit 45 (R = 1), and the flip-flop output Q of the flip-flop circuit 38 is switched to digitally LOW (Q = 0 in the interrupt request state). This results in the logic output 43 of the interrupt logic circuit 40 remaining at digitally LOW, and the controllable switch 17 can no longer be switched to the conducting state, regardless of the respective switching signal P1, P2, or P3.
Somit ist es beim Ausführungsbeispiel gemäß der
Mit dieser abgewandelten Schaltung kann sichergestellt werden, dass das am zweiten Komparatoreingang 33 anliegende Spannungspotenzial ausreichend groß ist und sich mithin ausreichend vom Massepotenzial M unterscheidet.With this modified circuit, it can be ensured that the voltage potential applied to the second comparator input 33 is sufficiently large and therefore sufficiently different from the ground potential M.
Vorzugsweise weist die Überwachungsschaltung 28 keine weiteren Logikbausteine bzw. Logikgatter auf als diejenigen, die in den vorstehend erläuterten Ausführungsbeispielen gemäß der
Die Erfindung betrifft eine Betriebsschaltung zum Betreiben zwischen einem ersten Knoten 11 und einem zweiten Knoten 12 parallel geschalteter Lastzweige 13 mit jeweils einer Last 16 und einem in Reihe zur Last 16 geschalteten ansteuerbaren Schalter 17. Die ansteuerbaren Schalter 17 können beispielsweise durch ein pulsweitenmoduliertes Schaltsignal P1, P2, P3 zur Steuerung des Stromes durch einen jeweiligen Lastzweig 13 angesteuert und zwischen dem leitenden und dem sperrenden Zustand umgeschaltet werden. Eine Überwachungsschaltung 28 hat einen Komparator 31, mittels dem der Gesamtstrom am zweiten Knoten 12 erfasst und mit einem Referenzwert verglichen wird. Ist der Gesamtstrom am zweiten Knoten 12 zu groß, erzeugt der Komparator 31 ein entsprechendes Signal an seinem Komparatorausgang 34, das wenigstens eine an dem Komparatorausgang 34 angeschlossene Flipflopschaltung 38 von einem Normalbetriebszustand in einen Unterbrechungsanforderungszustand umschalten kann. Das Signal am Komparatorausgang, das den Überstromzustand kennzeichnet, ist eine notwendige oder hinreichende Bedingung zum Umschalten der angeschlossenen Flipflopschaltung 38 in den Unterbrechungsanforderungszustand - optional muss wenigstens eine weitere Bedingung erfüllt sein, um die angeschlossene Flipflopschaltung 38 in den Unterbrechungsanforderungszustand umzuschalten. Im Unterbrechungsanforderungszustand der wenigstens einen Flipflopschaltung 38 wird der ansteuerbare Schalter 17 des wenigstens einen Lastzweiges 13, der der betreffenden Flipflopschaltung 38 zugeordnet ist, in seinem sperrenden Zustand gehalten, um den Überstromzustand zu beenden und die Bauteile der Betriebsschaltung 10 vor Schäden zu schützen.The invention relates to an operating circuit for operating load branches 13 connected in parallel between a first node 11 and a second node 12, each having a load 16 and a controllable switch 17 connected in series with the load 16. The controllable switches 17 can be controlled, for example, by a pulse-width-modulated switching signal P1, P2, P3 to control the current through a respective load branch 13 and can be switched between the conducting and the blocking state. A monitoring circuit 28 has a comparator 31, by means of which the total current at the second node 12 is detected and compared with a reference value. If the total current at the second node 12 is too high, the comparator 31 generates a corresponding signal at its comparator output 34, which can switch at least one flip-flop circuit 38 connected to the comparator output 34 from a normal operating state to an interrupt request state. The signal at the comparator output, which indicates the overcurrent condition, is a necessary or sufficient condition for switching the connected flip-flop circuit 38 to the interrupt request state. Optionally, at least one further condition must be met to switch the connected flip-flop circuit 38 to the interrupt request state. In the interrupt request state of the at least one flip-flop circuit 38, the controllable switch 17 of the at least one load branch 13 assigned to the respective flip-flop circuit 38 is maintained in its blocking state to terminate the overcurrent condition and protect the components of the operating circuit 10 from damage.
Bezugszeichenliste:List of reference symbols:
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