DE19816942A1 - Schaltungsanordnung zur Überwachung eines Stromkreises auf Leitungsbruch - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung (10, 72) zur Überwachung eines Stromkreises (12, 74) auf Leitungsbruch, insbesondere eines Eingangs- oder Ausgangsstromkreises, umfassend eine Strom- und/oder Spannungsquelle (28) sowie zumindest eine über Versorgungsleitungen (32, 34, 82, 84) im Stromkreis (12, 74) liegende aktive oder passive elektrische Einheit (30, 78) wie Signalgeber oder eine Last/Aktor. Um bei möglichst geringer Verlustleistung eine einfache und sichere Überwachung von Versorgungsleitungen auf Leistungsbruch zu ermöglichen, ist vorgesehen, daß in dem Stromkreis (12, 74) ein Mindeststrom (I¶Emin¶, I¶Lmin¶) vorgebbar ist, welcher an zumindest einem in dem Stromkreis liegenden Bauelement (22, 24, 80) einen Spannungsabfall hervorruft, der von zumindest einem Schwellwertschalter (44, 94) mit einem vorggebbaren Schwellwert (U¶ref1¶, U¶ref3¶) verglichen wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Überwachung eines Strom­ kreises auf Leitungsbruch, wobei der Stromkreis zumindest eine Strom- und/oder Spannungs­ quelle sowie zumindest eine über Versorgungsleitungen im Stromkreis liegende aktive oder passive elektrische Einheit wie z. B. ein Signalgeber oder eine Last/Aktor aufweist.

Zum Anschluss von Signalgebern oder Aktoren weisen Ein-/Ausgabegeräte jeweils ent­ sprechende Eingangs- oder Ausgangsstromkreise auf. Dabei sind die Eingänge nach ver­ schiedenen Normen wie z. B. IEC 1131 Typ 1 und Typ 2 standardisiert, wobei sich Eingänge nach IEC 1131 Typ 1 z. B. für Sensorsignale von mechanischen Kontakten wie Relais, Tastern sowie 3-Draht-Näherungsschaltern und Eingänge nach IEC 1131 Typ 2 für Sensor­ signale von "solid state devices", von mechanischen Kontakten und Tastern sowie allen 3-/2- Draht-Näherungsschaltern nach IEC 947-5-2 Standard eignen.

Die Eingänge unterscheiden sich im Wesentlichen durch ihre Eingangsspannungs- und Strombereiche, durch die verschiedene Signalzustände wie "Ein-Signal", "Übergang" und "Null-Signal" festgelegt sind.

Zum Einsatz von aktiven 2-Drahtsensoren, die zur Versorgung ihrer internen Logik einen Versorgungsstrom benötigen, wurden bisher Eingänge vom Typ IEC 1131 Typ 2 eingesetzt, die zur Detektierung eines "Ein-Signal" einen vergleichsweise hohen Eingangsstrom von mindestens 6 mA benötigen, was Verluste verursacht und eine aufwendige Leitungsüber­ wachung erfordert.

Zur Überwachung der Versorgungsleitungen auf Leitungsbruch von passiven analogen Senso­ ren wie Widerstandsthermometern, ist aus der DE 43 22 490 A1 eine Schaltungsanordnung mit einem Konstantstromgenerator bekannt, der über Versorgungsleitungen mit dem Sensor verbunden ist. Zur Überwachung der Versorgungsleitungen auf Leitungsbruch wird das Potential im Ausgang des Stromgenerators mit einem vorgegebenen Wert mittels eines Schwellwertschalters verglichen. Eine derartige Schaltungsanordnung ist jedoch nicht zur Überwachung von Versorgungsleitungen für digitale Signalgeber geeignet, deren Eingangs­ signale auf logische Zustände überwacht werden.

Die Beschaltung eines Ein-/Ausgabegerätes erfolgt in der Regel dadurch, dass ein Hinleiter von dem speisenden Ein-/Ausgabegerät zu dem Aktor bzw. der Last geführt und ein Rück­ leiter auf eine gemeinsame Sammelschiene geführt wird.

Nach dem Stand der Technik wird eine Drahtbruchüberwachung im Hinleiter dadurch realisiert, dass im Verlauf des Hinleiters ein Widerstand angeordnet ist, und eine von einem in dem Hinleiter fließenden Strom erzeugte Spannung an dem Widerstand überwacht wird. Hierbei tritt das Problem auf, dass dann, wenn kein Strom im Hinleiter fließt, d. h. im Aus- Zustand, eine Überwachung der Hinleitung ausgeschlossen ist. Des Weiteren unterliegt die an dem Messwiderstand abfallende Spannung starken Schwankungen, so dass bezüglich der Dimensionierung des Widerstandes und bezüglich der Auswerteschaltung hohe Anforderun­ gen zu erfüllen sind.

Eine weitere Möglichkeit zur Überwachung eines Stromkreises im Aus-Zustand besteht darin, den Stromkreis kurzzeitig mit Impulsen zu beaufschlagen, wobei gleichzeitig ein Messvor­ gang gestartet wird. Hierbei tritt das Problem auf, dass die Impulse derart kurzzeitig sein müssen, damit angeschlossene Verbraucher wie z. B. Relais während der Impulsdauer nicht anziehen können. Eine Auswertung dieser kurzzeitigen Impulse ist ebenfalls mit hohem Aufwand verbunden.

Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen Eingangs- oder Ausgangs­ stromkreis der zuvor genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass bei möglichst geringer Verlustleistung eine einfache und sichere Überwachung der Versorgungsleitungen auf Leitungsbruch möglich ist.

Das Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in dem Stromkreis ein Mindeststrom vorgebbar ist, welcher an zumindest einem in dem Stromkreis liegenden Bauelement einen Spannungsabfall hervorruft, der von einem mit dem Bauelement verbundenen Schwellwert­ schalter überwacht und mit einem vorgebbaren Wert verglichen wird. Das beschriebene Grundprinzip kann sowohl bei einem Eingangsstromkreis als auch bei einem Ausgangsstrom­ kreis eingesetzt werden. Dabei kann der Mindeststrom derart vorgegeben werden, dass eine möglichst geringe Verlustleistung in der Schaltungsanordnung erzeugt wird.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Stromkreis als Eingangsstromkreis mit einem Spannungsteiler ausgebildet ist, wobei der Spannungsteiler mit dem ersten Schwellwertschalter zur Überwachung des Eingangsstromkreises auf Leitungs­ bruch und mit einem zweiten Schwellwertschalter zur Überwachung eines logischen Ein­ gangssignals der elektrischen Einheit wie Signalgeber verbunden ist. Dabei ist eine Mittel­ anzapfung des Spannungsteilers einerseits mit einem ersten vorzugsweise negativen Eingang des ersten Schwellwertschalters und andererseits mit einem ersten vorzugsweise positiven Eingang des zweiten Schwellwertschalters verbunden, wobei ein zweiter Eingang der Schwellwertschalter jeweils mit einem ersten bzw. zweiten Schwellwert wie Referenz­ spannung (U_ref1, U_ref2) verbunden ist.

Der zuvor beschriebene Eingangskreis eignet sich insbesondere für aktive 2-Draht-Nähe­ rungsschalter, die einen Spannungsabfall von ≦ 8 V, einen Mindestbetriebsstrom von ≦ 2 mA und einen maximalen Strom von ≦ 0,8 mA im ausgeschalteten Zustand aufweisen. Dabei ist es erforderlich, einen Mindesteingangsstrom im Eingangsstromkreis vorzugeben, der zum Beispiel der Mindestbetriebsstrom des angeschlossenen Sensorelementes ist. Über den ersten Schwellwertschalter, der als Komparator ausgebildet sein kann, wird die an der Mittel­ anzapfung anliegende Spannung U_t mit der ersten Referenzspannung U_ref1 verglichen und ermittelt, ob der Eingangsstrom größer oder kleiner als der geforderte Mindeststrom ist. Unterschreitet der Eingangsstrom den geforderten Mindeststrom, was z. B. auf einen Lei­ tungsbruch schließen lässt, schaltet der erste Schwellschwertschalter und zeigt einen Leitungs­ bruch an.

Zur optischen Anzeige des Ausgangszustandes des ersten Schwellwertschalters ist ein Ausgang des Komparators über eine Reihenschaltung aus Diode und Widerstand mit Masse­ potential verbunden. Eine entsprechende Ausgangsbeschaltung weist auch der Ausgang des zweiten Schwellwertschalters auf. Die Schaltungsanordnung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass der Mindeststrom so niedrig gewählt werden kann, dass er niedriger als ein Versorgungsstrom von ca. 0,3 mA der Mehrheit aller 2-Draht-Näherungsschalter ist. Auf diese Weise können die Näherungsschalter direkt verwendet werden. Werden einfache mechanische Kontakte von Relais oder Tastern als Signalgeber eingesetzt, ist vorgesehen, dass parallel zu dem Schaltkontakt ein Widerstand angeordnet ist, um den Mindeststrom im Eingangsstromkreis aufrechtzuerhalten.

Als weitere Besonderheit der Eingangsstromkreisüberwachung ist vorgesehen, dass die Überwachung freigegeben oder abgeschaltet werden kann. Dazu ist vorgesehen, dass der erste Schwellwertschalter einen Open-Collector-Ausgang aufweist und über einen Widerstand zur Freigabe der Überwachung mit positivem Potential und zur Sperrung der Überwachung mit Massepotential verbunden ist. Des Weiteren ist der Ausgang mit einem Treiber-Baustein verbunden, an dessen Ausgang die logischen Signale der Leitungsüberwachung bei Freigabe abgreifbar sind. Zur optischen Anzeige des Ausgangssignals ist der Ausgang des Treiber- Bausteins über eine Leuchtdiode und einen Widerstand mit Massepotential verbunden.

Detektiert der erste Schwellwertschalter mit Open-Collector-Ausgang ein Signal, das einem Leitungsbruch entspricht, während der Ausgang des Schwellwertschalters über den Wider­ stand an Massepotential liegt, ist am Ausgang des Treiber-Bausteins der Pegel "Logisch 0" abgreifbar. Diese Funktionsweise ist dann von Nutzen, wenn ein Eingang unbenutzt bzw. unbeschaltet ist.

Des Weiteren ist zwischen den ersten Eingängen des ersten und zweiten Komparators und der Mittelanzapfung des Spannungsteilers ein Filterglied angeordnet. Dabei ist das Filterglied als R-C-Glied ausgebildet, wobei ein Widerstand zwischen der Mittelanzapfung und den Ein­ gängen angeordnet ist und von den Eingängen ein Kondensator gegen Massepotential geschaltet ist.

Bei einer weiteren bevorzugten Schaltungsanordnung ist vorgesehen, dass der Stromkreis als Ausgangsstromkreis mit Schaltglied wie Transistorschalter und einem dazu parallel geschalte­ ten Widerstand ausgebildet ist, wobei die Last und/oder der Aktor in Reihe mit dem Schalt­ glied geschaltet ist und wobei die Last und/oder der Aktor über eine Diode, insbesondere eine Schottky-Diode mit Bezugpotential verbunden ist, die mit einem ersten Eingang des Schwell­ wertschalters verbunden ist, dessen zweiter Eingang an einer dritten Referenzspannung (U_ref2) liegt. Als Besonderheit dieser Schaltungsanordnung ist hervorzuheben, dass die Überwa­ chung im Rückleitungspfad und bezogen auf Massepotential (0 V-Bezug) erfolgt. Wie schon zuvor ausgeführt, wird bei üblichen Verdrahtungen in Schaltschränken lediglich der Hinleiter von der speisenden Baugruppe zur Last geführt, wobei der Rückleiter auf eine gemeinsame Sammelschiene geführt ist. Bei einer solchen Schaltungsanordnung ist nur die wesentlich schwieriger durchzuführende Leitungsüberwachung im Hinleiter möglich.

Über den parallel zu dem Schaltglied angeordneten Widerstand wird ebenfalls ein Mindest­ strom eingeprägt, damit auch bei abgeschaltetem Schaltglied bzw. Ausgangstreiber der Ausgangsstromkreis überwacht werden kann. Für sogenannte "current source"-Ausgänge ist ein maximaler Leckstrom (off-state leakage current) definiert. Dass der eingeprägte Mindest­ strom den maximalen Leckstrom nicht überschreitet, ist eine weitere wesentliche Eigenschaft der Schaltungsanordnung. Für einen Ausgang mit beispielsweise 0,5 A Nennstrom beträgt der maximale Leckstrom im ausgeschalteten Zustand ca. 1 mA.

Vorzugsweise ist die Diode, über die der Rückleiter mit dem gemeinsamen Massepotential verbunden ist, als Schottky-Diode ausgebildet. Die Schottky-Diode verursacht bei gleichem Strom eine geringere Verlustleistung als eine normale Diode. Zur Filterung des an der Schott­ ky-Diode anliegenden Messsignals ist zwischen dem Eingang des Komparators und dem Anodenanschluss der Schottky-Diode ein R-C-Glied vorgesehen.

Als Schutzbeschaltung gegen Unterspannungen beim Schalten von induktiven Lasten ist antiparallel zu der Schottky-Diode eine weitere Diode geschaltet.

Des Weiteren ist vorgesehen, dass der positive Eingang des Komparators über einen ersten Widerstand (R_n) an Massepotential (0 V-Bezug) liegt, wodurch ein "Floaten" des Komparators bei Leitungsbruch oder unbenutztem Ausgang verhindert wird. Dabei sollte der am positiven Eingang des Komparators liegende Widerstand (R_n) zu dem parallel zu dem Schaltglied liegenden Widerstand R_i ein bestimmtes Verhältnis einnehmen, das im Bereich von 0,1 × R_p < R_n < 0,2 × R_p liegt. Auch ist vorgesehen, dass die Überwachung des Ausgangsstromkreises abschaltbar ist. Dabei ist der positive Eingang des Komparators mit einem weiteren Wider­ stand R_en verbunden, an dem eine Spannung einprägbar ist, um die Überwachungsschaltung zu unterdrücken. Liegt am Widerstand R_en ein Potential an, das größer als die Referenzspan­ nung ist, so liegt am Ausgang des Komparators unabhängig vom Spannungsabfall über der Schottky-Diode ein Signal "Logisch 1" an, was der Information "kein Leitungsbruch" zugeordnet ist.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen - für sich und/oder in Kombination -, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines der Zeichnung zu entnehmenden Ausführungsbeispiels.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Schaltungsanordnung eines Eingangsstromkreises mit Leitungsbruch­ überwachung,

Fig. 2 eine Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 mit abschaltbarer Leitungsbruch­ überwachung und

Fig. 3 eine Schaltungsanordnung eines Ausgangsstromkreises mit Leitungsbruch­ überwachung.

In Fig. 1 ist eine Schaltungsanordnung 10 dargestellt, die einen Eingangsstromkreis 12 und eine Auswerteeinheit 14 aufweist, die über einen Eingangsfilter 16 mit dem Eingangsstrom­ kreis 12 gekoppelt ist.

Der Eingangsstromkreis 12 weist einen internen Stromzweig 18, der in dem hier darstellten Ausführungsbeispiel als Spannungsteiler 20 mit den Widerständen 22 und 24 ausgebildet ist, sowie einen externen Stromzweig 26 auf, der aus einer Reihenschaltung aus Spannungsquelle 28 und Signalgeber 30 besteht. Der Signalgeber 30 ist über eine erste Versorgungsleitung 32 mit einer ersten Eingangsklemme Ix und über eine zweite Verbindungsleitung 34 mit einem ersten Pol der Spannungsquelle 28 verbunden. Ein zweiter Pol der Spannungsquelle 28 ist über eine weitere Versorgungsleitung 36 mit einer Eingangsklemme Mges verbunden, die intern am Massepotential liegt.

Als Signalgeber 30 können passive Signalgeber wie mechanische Kontakte von Relais oder Tastern oder aktive Signalgeber wie 2-Draht-Näherungsschalter eingesetzt werden. Dabei haben die 2-Draht-Näherungsschalter vorzugsweise einen Spannungsabfall von ≦ 8 V, einen minimalen Betriebsstrom von ≦ 2 mA und einen maximalen Strom von ≦ 0,8 mA im ausgeschalteten Zustand.

Der Eingangsfilter 16 ist als R-C-Glied mit einem Widerstand 38 und einem Kondensator 40 ausgebildet, wobei der Widerstand 38 mit seinem ersten Anschluss mit einer Mittelanzapfung 42 des Spannungsteilers 20 verbunden ist und mit seinem zweiten Anschluss einen Ausgang 42 zur Verfügung stellt, an dem eine Messespannung U_t abgreifbar ist. Der Ausgang 42 ist über den Kondensator 40 mit Massepotential verbunden.

Die Auswerteeinheit 14 besteht aus einem ersten Schwellwertschalter 44, dessen negativer Eingang mit dem Ausgang 42 des Eingangsfilters 16 verbunden ist und an dessen positivem Eingang eine erste Referenzspannung U_ref1 anliegt. An einem Ausgang 46 des Schwellwert­ schalters 44 ist ein Ausgangssignal abgreifbar, das eine Information über den Leitungszustand liefert. Der Ausgang 46 ist über eine Leuchtdiode 48 und einen Widerstand 50 mit Masse­ potential verbunden.

Des Weiteren ist ein zweiter Schwellwertschalter 52 zur Überwachung des Eingangssignals des Signalgebers 30 vorgesehen, der mit seinem positiven Eingang mit dem Ausgang 42 des Eingangsfilters 16 verbunden ist und an dessen negativen Eingang eine zweite Referenz­ spannung U_ref2 anliegt. An einem Ausgang 54 des Schwellwertschalters 52 ist ein Ausgangs­ signal abgreifbar, das den logischen Zustand des Eingangssignals bzw. des Signalgebers 30 anzeigt. Zur optischen Anzeige des Ausgangssignals ist der Ausgang 54 über eine Leucht­ diode 56 und einen Widerstand 58 mit Massepotential verbunden.

In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist an dem Ausgang 54 ein Signal "Logisch 1" abgreifbar, wenn die Eingangsspannung im Bereich von +11 V bis +30 V liegt und ein resultierender Eingangsstrom I_E im Bereich von 2,5 mA bis 10 mA liegt. An dem Ausgang 54 ist ein Signal "Logisch 0" abzugreifen, wenn die Eingangsspannung U_e im Bereich von -3 V bis +5 V und ein resultierender Eingangsstrom I_E im Bereich ND . . . 10 mA liegt.

Über den Eingangsspannungsteiler 20 sowie das Eingangsfilter 16 wird das Eingangssignal U_E, I_E in die Messspannung U_t abgebildet, die einen Spannungsumfang aufweist, der an die Eingänge der internen Logik der Auswerteeinheit 14 angepasst ist. Zur Ermittlung des logischen Zustandes des Eingangssignals vergleicht der zweite Komparator 52 die Mess­ spannung U_t mit der zweiten Referenzspannung U_ref2. Liegt die Messspannung U_t über der zweiten Referenzspannung U_ref2, ist an dem Ausgang 54 ein Signal "Logisch 1", was ebenfalls durch ein Aufleuchten der Leuchtdiode 56 angezeigt wird. Liegt die Messspannung U_t unterhalb der zweiten Referenzspannung U_ref2, ist das Signal am Ausgang 54 "Logisch 0".

Der erste Komparator 44 dient zur Leitungsbruch- bzw. Drahtbruchüberwachung im Ein­ gangsstromkreis 12. Hierzu ist es erforderlich, dass der Eingangsstrom I_E im Betriebsfall durch einen Mindesteingangsstrom I_Emin vorgesehen wird. Durch den ersten Komparator 44 wird die Messspannung U_t mit der ersten Referenzspannung U_ref1, die kleiner ist als die zweite Referenzspannung U_ref2, verglichen. Insbesondere wird ermittelt, ob der Eingangsstrom I_E größer oder kleiner als der geforderte Mindesteingangsstrom I_Emin ist. Ist die Messspannung U_t kleiner als die Referenzspannung U_ref1, d. h. der Eingangsstrom I_E ist kleiner als der Mindesteingangsstrom I_emin, liegt am Ausgang 46 des ersten Komparators 44 ein Signal "Logisch 1" an, wodurch ein Drahtbruch bzw. Leitungsbruch angezeigt wird. Übersteigt der Eingangsstrom jedoch den Mindeststrom I_Emin, ist die Messspannung U_t größer als die erste Referenzspannung U_ref1, so dass am Ausgang 46 ein Signal "Logisch 0" anliegt, wodurch ein einwandfreier Betriebszustand, d. h. kein Drahtbruch angezeigt wird.

Insbesondere kann der Mindeststrom I_emin so niedrig gewählt werden, dass er niedriger als der minimale Versorgungsstrom von ca. 0,3 mA der Mehrheit aller 2-Draht-Näherungsschalter ist. Auf diese Weise können die Näherungsschalter unmittelbar verwendet werden.

In Fig. 2 ist eine Schaltungsanordnung 60 dargestellt, die im Wesentlichen den gleichen Aufbau wie die Schaltungsanordnung 10 gemäß Fig. 1 aufweist. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist als Signalgeber 30 ein mechanischer Schaltkontakt 62 eines Relais oder eines Tasters vorgesehen. Um zur Drahtüberwachung einen Mindesteingangsstrom I_E während des Betriebs aufrechtzuerhalten, ist vorgesehen, dass parallel zu dem Schaltkontakt 62 ein Widerstand 64 geschaltet ist.

Um den Ausgang des Komparators 44 freizugeben oder abzuschalten, ist vorgesehen, dass der Komparator 44 in der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 2 einen "Open-Collector"-Ausgang 66 aufweist. Der Ausgang ist über einen Widerstand 68 mit einem Signal "Logisch 1" bzw. 5 V zur Freigabe der Drahtbruchüberwachung und mit einem Signal "Logisch 0" bzw. 0 V zur Unterdrückung der Drahtbruchüberwachung beaufschlagbar. Dem Ausgang 66 ist ein Treiber-Baustein 70 nachgeschaltet, dessen Ausgang 71 über eine Diode 73 und einen Widerstand 75 an Massepotential liegt. Am Ausgang 71 liegt das Signal "Logisch 0" an, wenn bei freigegebener Überwachung kein Drahtbruch ermittelt wird, d. h. wenn die Mess­ spannung U_t größer ist als die erste Referenzspannung U_ref1 oder wenn die Überwachung nicht freigegeben ist.

Das Unterdrücken der Drahtbruchüberwachung ist insbesondere dann von Vorteil, wenn ein Eingang unbenutzt ist.

In Fig. 3 ist eine Schaltungsanordnung 72 eines Ausgangsstromkreises 74 dargestellt. Der Ausgangsstromkreis 74 des Stromkreises 74 besteht im Wesentlichen aus einer Reihen­ schaltung aus Spannungsquelle (nicht dargestellt), einem Schaltglied 76, einer Last 78 sowie einer in Betriebsstromrichtung leitenden Diode 80, die kathodenseitig an Massepotential liegt. Die Last 78 ist über eine Hinleitung 82 mit einer Anschlussklemme OH und über eine Rückleitung 84 mit einer Anschlussklemme OR eines Ein-/Ausgabegerätes (nicht dargestellt), in dem die Komponenten 76, 80 angeordnet sind, verbunden.

Parallel zu dem Schaltglied 76, das vorzugsweise als Transistor mit einem Steuereingang 86 ausgebildet ist, liegt ein Widerstand 88, der auch im ausgeschalteten Zustand des Schaltglieds 76 einen Stromfluss im Ausgangsstromkreis 74 ermöglicht. Die nicht dargestellte Spannungs­ quelle kann als externe Spannungsquelle ausgebildet sein ist und an Eingangsklemmen US und M angeschlossen. Dabei ist die Eingangsklemme M intern mit Massepotential verbunden. Die Eingangsklemme OR, die ausgangsseitig mit dem Rückleiter 84 verbunden ist, liegt über die Diode 80 an Massepotential. Anodenseitig ist die Diode 80 mit einem Eingang 90 eines R-C-Gliedes 92 verbunden, das ausgangsseitig mit einem positiven Eingang eines Schwell­ wertschalters 94 verbunden ist, dessen negativer Eingang an einer dritten Referenzspannung U_ref3 anliegt. Durch den Schwellwertschalter 94 wird die an der Diode 80 abfallende Span­ nung bzw. das an dem Eingang OR anliegende Potential mit der Referenzspannung U_ref3 ver­ glichen. Aufgrund des parallel zu dem Schaltglied 76 angeordneten Widerstandes 88 fließt auch im ausgeschalteten Zustand ein Mindeststrom I_Lmin im Ausgangsstromkreis 74. Bei soge­ nannten "current source"-Ausgängen ist ein maximaler "off-state leakage"-Strom definiert. Bei der hier dargestellten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der eingeprägte Mindest­ strom den maximalen "off-state leakage"-Strom nicht überschreitet. Für einen Ausgang mit beispielsweise 0,5 A Nennstrom beträgt der maximale "off-state leakage"-Strom 1 mA.

Sobald die über die Schottky-Diode 80 abfallende Spannung bzw. das Potential an dem Eingang OR die Referenzspannung U_ref3 unterschreitet, liegt am Ausgang 96 des als Kom­ parator ausgebildeten Schwellwertschalters 94 das Signal "Logisch 0", wodurch ein Leitungs­ bruch signalisiert wird; denn bei Leitungsbruch ist der Strom I_L durch den Eingangskreis 0 A.

Vorzugsweise ist die Diode 80 als Schottky-Diode ausgebildet, die im Vergleich zu einer normalen Diode eine geringere Verlustleistung bei gleichem Strom erzeugt. Um einen Schutz vor Unterspannungen zu gewährleisten, die beim Schalten von induktiven Lasten auftreten können, ist antiparallel zu der Diode 80 eine weitere Schutzdiode 98 angeordnet.

Des Weiteren ist vorgesehen, dass der positive Eingang des Schwellwertschalters 94 über einen Widerstand 100 mit dem Wert R_n gegen Massepotential geschaltet ist. Damit wird ein "Floaten" des Schwellwertschalters bei Leitungsbruch oder bei unbenutztem Ausgang OH, OR verhindert. Der Widerstand 100 mit dem Wert R_n sollte zu dem Widerstand 88 mit dem Wert R_p ein Verhältnis im Bereich 01, × R_p ≦ R ≦ 0,2 × R_p bilden.

Des Weiteren ist vorgesehen, dass auch in dieser Schaltungsanordnung der Ausgang 96 des Schwellwertschalters 94 abschaltbar ist. Um dies zu erreichen ist der positive Eingang des Schwellwertschalters 94 über einen Widerstand 102 entweder mit einem Signal "Logisch 1", das größer als die Referenzspannung U_ref3 ist, verbunden, um die Drahtbruchüberwachung zu unterdrücken und/oder mit einem Signal "Logisch 0" verbindbar, um die Überwachung freizugeben.

Claims (19)

1. Schaltungsanordnung (10, 72) zur Überwachung eines Stromkreises (12, 74) auf Lei­ tungsbruch, insbesondere eines Eingangs- oder Ausgangsstromkreises umfassend eine Strom- und/oder Spannungsquelle (28) sowie zumindest eine über Versorgungs­ leitungen (32, 34, 82, 84) im Stromkreis (12, 74) liegende aktive oder passive elektrische Einheit (30, 78) wie Signalgeber oder eine Last/Aktor, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Stromkreis (12, 74) ein Mindeststrom (I_Emin, I_Lmin) vorgebbar ist, welcher an zumindest einem in dem Stromkreis liegenden Bauelement (22, 24, 80) einen Spannungsabfall hervorruft, der von zumindest einem (ersten) Schwellwertschalter (44, 94) mit einem vorgebbaren Schwellwert (U_ref1, U_ref3) verglichen wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromkreis (12) als Eingangsstromkreis mit einem Spannungsteiler (20) ausgebildet ist, wobei der Spannungsteiler (20) mit dem ersten Schwellwertschalter (44) zur Überwachung des Eingangsstromkreises auf Leitungsbruch und mit einem zweiten Schwellwertschalter (52) zur Überwachung eines logischen Eingangssignals der elektrischen Einheit (30) wie Signalgeber verbunden ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mittelanzapfung (42) des Spannungsteilers (20) einerseits mit einem ersten vorzugsweise negativen Eingang des ersten Schwellwertschalters (44) und andererseits mit einem ersten, vorzugsweise positiven Eingang des zweiten Schwellwertschalters (52) verbunden ist, wobei ein zweiter Eingang des jeweiligen Schwellwertschalters (44, 52) jeweils mit einem ersten bzw. zweiten Schwellwert wie Referenzspannung (U_ref1, U_ref2) verbunden ist.

4. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mindeststrom I_Emin kleiner oder gleich dem Versorgungsstrom eines im Ein­ gangsstromkreis (12) liegenden Signalgebers (30) ist.

5. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert der ersten Referenzspannung U_ref1 geringer ist als der Wert der zweiten Referenzspannung U_ref2.

6. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalgeber (30) als elektrischer Schaltkontakt (62) eines Relais oder Tasters ausgebildet ist, wobei parallel zu dem Schaltkontakt (62) ein Widerstand (64) geschal­ tet ist.

7. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schwellwertschalter (44) als Komparator mit einem "Push-Pull"-Aus­ gang (46) ausgebildet ist, der über eine Reihenschaltung aus Leuchtdiode (48) und Widerstand (50) mit Massepotential verbunden ist.

8. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schwellwertschalter (44) einen "Open-Collector"-Ausgang (66) auf­ weist, der über einen Widerstand (68) wahlweise mit einem Signal "Logisch 1" oder einem Signal "Logisch 0" verbindbar ist, um den Ausgang (66) freizugeben oder zu unterdrücken.

9. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Mittelanzapfung (42) des Spannungsteilers (20) und den ersten Ein­ gängen der Schwellwertschalter (44, 52) ein Filterglied (16) vorzugsweise ein R-C- Glied angeordnet ist.

10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltkreis als Ausgangsstromkreis (74) mit einem Schaltglied (76) und einem dazu parallel geschalteten Widerstand (88) ausgebildet ist, dass die als Last und/oder als Aktor (78) ausgebildete periphere Komponente in Reihe mit dem Schalt­ glied (76) verbunden ist und dass die Last und/oder der Aktor (78) über eine Diode (80) mit Bezugspotential verbunden ist, wobei die Diode (80) mit einem ersten Ein­ gang des Schwellwertschalters (94) verbunden ist, dessen zweiter Eingang an einer dritten Referenzspannung (U_ref2) liegt.

11. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Diode (80) als Schottky-Diode ausgebildet ist.

12. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der in dem Ausgangsstromkreis fließende Mindeststrom I_Lmin über den Wider­ stand (88) einstellbar ist und einen maximal vorgegebenen Leckstrom nicht übersteigt.

13. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Diode (80) anodenseitig einerseits mit einer Eingangsklemme OR für einen Rückleiter (84) der Last und/oder des Aktors (78) und andererseits mit einem ersten Eingang des Schwellwertschalters (94) verbunden ist.

14. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine an der Diode (80) abfallende Spannung bzw. ein an dem Eingang OR anlie­ gendes Potential über den Schwellwertschalter (94) mit der Referenzspannung U_ref3 verglichen wird.

15. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnete dass dem vorzugsweise positiven ersten Eingang des Schwellwertschalters (94) ein R- C-Filterglied (92) vorgeschaltet ist.

16. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass antiparallel zu der Diode (80) eine Schutzdiode (98) geschaltet ist.

17. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der vorzugsweise positive Eingang des Schwellwertschalters (94) über einen Widerstand (100) mit Massepotential verbunden ist.

18. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der vorzugsweise positive Eingang des Schwellwertschalters (94) über einen Widerstand (100) wahlweise mit einem Signal "Logisch 1" oder "Logisch 0" verbind­ bar ist, wobei durch das Signal "Logisch 1" die Spannungsüberwachung durch den Schwellwertkomparator (94) unterdrückt ist.

19. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass der Widerstand R_p (88) und der Widerstand R_n (100) in einem bestimmten Ver­ hältnis zueinander stehen, vorzugsweise 0,1 × R_p ≦ R_n ≦ 0,2 × R_t.