DE2648975B2 - Schaltungsanordnung zur Anpassung einer monolithisch integrierten Schaltung an einen Hochspannungsschaltkreis - Google Patents
Schaltungsanordnung zur Anpassung einer monolithisch integrierten Schaltung an einen HochspannungsschaltkreisInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung
zur Anpassung einer monolithisch integrierten Schaltung an einen, einen Schalter enthaltenden
Hochspannungsschaltkreis. Derartige Schaltungen können z. B. zum Programmieren eines Haushaltgerätes,
wie einer Waschmaschine, verwendet werden.
Nach der Erfindung ist eine derartige Schaltungsanordnung dadurch gekennzeichnet, daß eine bistabile
Schaltung ein erstes oder ein zweites Ausgangssignal liefert, wenn sich diese Schaltung in einem gesetzten
bzw. rückgesetzten Zustand befindet, daß eine erste Schaltung zum Erzeugen einer ersen Impulsreihe
zwischen ihrem zum Anschluß an eine Wechselstromquelle dienenden Eingang und einer Seite eines ersten
Spannungsteilers den Schalter sowie gleichrichtende Elemente zwischen einem Abgriff dieses Spannungsteilers
und ihrem an einen Setzeingang der bistabilen Schaltung angeschlossenen Ausgang enthält, und daß
eine zweite Schaltung zum Erzeugen einer zweiten Impulsreibe einen zweiten Spannungsteiler, der mit
einer Seite an ihren zum Anschluß an die Wechselstromquelle dienenden Eingang angeschlossen ist, und
gleichrichtende Elemente enthält, die zwischen einem Abgriff ihres Spannungsteilers und ihrem an einen
Rücksetzeingang der bistabilen Schaltung angeschlossenen Ausgang eingeschaltet sind, wobei die zwei
Spannungsteiler an den betreffenden Abgriffen verschiedene Spannungsverhältnisse aufweisen, derart,
daß, wenn der Schalter von seinem geöffneten in seinen geschlossenen Zustand versetzt wird, erste und zweite
Impulsreihen den Setz- bzw. Rücksetzeingängen der bistabilen Schaltung zugeführt werden, wobei beide
Impulsreihen die Dauer derselben wechselweise auftretenden Halbperioden der Wechsclstromquelle aufweisen,
während die Impulse der ersten Impulsreihe steilere Flanken als die Impulse der zweiten Impulsreihe
besitzen, wodurch die bistabile Schaltung gesetzt wird und in diesem Zustand bleibt, und zwar derart, daß,
wenn der Schalter von seinem geschlossenen in seinen geöffneten Zustand versetzt wird, nur die zweite
Impulsreihe erzeugt wird, wodurch die bistabile Schaltung rückgesetzt wird und in diesem Zustand
bleibt.
Die Schaltungen zum Erzeugen einer ersten und einer zweiten Impulsreihe können je zwei der genannten
durch einen Transistor gebildeten gleichrichtenden Elemente enthalten.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bestehen die zwei Spannungsteiler aus je zwei
Widerständen, ist der Widerstand zwischen der genannten ersten Seite jedes Spannungsteilers und
seinem Abgriff als ein diskretes Einzelteil ausgebildet und ist der verbleibende Teil der Schaltung, mit
Ausnahme des Schalters, als eine integrierte Schaltung ausgeführt.
Nach der Erfindung wird außerdem eine Regelschaltung für ein Haushaltgerät erhalten, die η Schalter,
wobei η mindestens gleich 2 ist, n+\ diskrete Widerstände und eine integrierte Schaltung enthält,
während die Schalter, die disketen Widerstände und die
integrierte Schaltung π Schaltungen der in dem
vorhergehenden Absatz beschriebenen Art bilden, wobei die Regelschaltung weiter eine Programmiereinrichtung
zum Umschalten jedes der η Schalter zwischen seinem geöffneten und geschlossenen Zustand enthält.
Die Erfindung wird nunmehr an Hand der Zeichnung
beispielsweise näher erläutert Es zeigt
F i g. 1 eine erste Schaltungsanordnung nach der Erfindung,
F i g. 2a und 2b Spannungsformen zur Erläuterung der ι ο
Wirkung de;· Schaltungsanordnung nach F i g. 1,
Fig.3 eine zweite Schaltungsanordnung nach der Erfindung und
F i g. 4a und 4b Spannungsformen zur Erläuterung der
Wirkung der Schaltungsanordnung nach F i g. 3.
In Fig. 1 liegen die zwei npn-Transistoren 71 und 72 mit ihren Emittern an Erdpotential, sind ihre Kollektoren
über die Widerstände R 1, bzw. R 2 an eine positive Niederspannungsgleichstromquelle angeschlossen und
sind über die Dioden Di und D 2 die Transistoren kreuzweise miteinander gekoppelt, um eine bistabile
Schaltung mit einem die Basis der. Transistors 71 bildenden Setzeingang S und einem die Basis des
Transistors 72 bildenden Rücksetzeingang RS zu erhalten. Ein den Kollektor des Transistors 72
bildender Ausgang OP liefert ein erstes Gleichstromausgangssignal niedriger Spannung, wenn sich die
bistabile Schaltung in einem gesetzten Zustand befindei, und ein zweites Gleichstromausgangssignal niedriger
Spannung, wenn sich die bistabile Schaltung in einem rückgesetzten Zustand befindet. Eine Schaltung 7um
Erzeugen einer ersten Impulsreihe enthält einen Schalter SW zwischen ihrem Eingang IPi zum
Anschluß an eine Hochspannungswechselstromquelle, z. B. eine Netzspannung von 240 V — 50 Hz und einer
Seite eines aus zwei Widerständen R 3 und RA bestehenden Spannungteilers. Die andere Seite des
Spannungsteilers R 3, R 4 liegt an Erdpotential. Die zwei Dioden D 3 und D 4 sind zwischen dem
Niederspannungsabgriff des Spannungsteilers R 3, R 4 w und dem Ausgang der Schaltung zum Erzeugen der
ersten Impulsreihe angeordnet, der an die Basis des Transistors 71 angeschlossen ist, der den Setzeingang S
der bistabilen Schaltung bildet. Die Diode D3 liegt mit ihrer Anode an Erdpotential und mit ihrer Kathode an -»5
dem Abgriff des Spannungsteilers A3, R4, und die
Diode DA ist mit ihrer Anode an den Abgriff des Spannungsteilers R 3, R 4 und mit ihrer Kathode an den
Setzeingang S der bistabilen Schaltung angeschlossen. Eine Schaltung zum Erzeugen einer zweiten Impulsrei- ">o
he enthält einen aus zwei Widerständen R 5 und R 6
bestehenden Spannungsteiler. Eine Seite des Spannungsteilers liegt dauernd an dem Eingang IP2 der
Schaltung zum Erzeugen einer zweiten Impulsreihe, wobei dieser Eingang zum Anschluß an dieselbe ">r>
Wechselstromquelle dient, die an den Eingang /Pl angeschlossen werden muß. Die andere Seite des
Spannungsteilers R 5, R 6 liegt an Erdpotential. Die
zwei Dioden DS und D 6 sind zwischen dem Niederspannungsabgriff des Spannungsteilers R5, Re
<■<· und dem Ausgang der Schaltung zum Erzeugen einer
zweiten Impulsreihe angebracht, der an die Basis des Transistors 72 angeschlossen ist, die den Rücksetzeingang
RS der bistabilen Schaltung bildet. Die Diode DS
liegt mit ihrer Anode an Erdpotential und mit ihrer ■ Kathode an dem Abgriff des Spannungsteilers RS, R6,
und die Diode D 6 liegt mit ihrer Anode an dem Rücksetzeingang RSder bistabilen Schaltung.
Die zwei Spannungsteiler weisen verschiedene Spannungsverhältnisse an ihren Abgriffen auf, d. h„ daß
Λ4/(A3 + RA) größer als R6/(R 5 + R6) ist Wenn
also die Widerstände A3, A4, R5 und R6 die Werte
220 kOhm, 4 kOhm, 220 kOhm bzw. 2 kOhm aufweisen
und wenn der Schalter SW geschlossen ist, werden an den Abgriffen der Spannungsteiler R 3, R A bzw. R5,R6
bei Fehlen der Dioden D3, DA und D6 die mit den
gestrichelten Linien in Fig.2a bzw. Fig.2b dargestellten
Spannungsformen vorhanden sein. Die beiden gestrichelt dargestellten Spannungsformen sind sinusförmige
Spannungen mit der gleichen Frequenz und Phase wie die Wechselstromquelle. Wenn die Wechselstromquelle
eine Spitzenspannung von 240 V aufweist und die Widerstände R3, RA, R5 und R6 die
obengenannten Werte aufweisen, haben die Spannungsformen nach den F i g. 2a und 2b die Spitzenwerte von
etwa 4 V bzw. 2 V. Die Dioden O 3, D 4, D 5 und D 6
sind zum Erhalten einer ersten Impulsreihe mit positiven Impulsen an dem Setzeingang S und einer
zweiten Impulsreihe mit positiven impulsen gleicher Amplitude an dem Rücksetzeingang RSangebracht, wie
mit den vollen Linien in Fig.2a bzw. 2b angegeben ist.
Die Impulse beider Impulsreihen weisen also die Dauer der positiven Halbperioden der Wechjelstromquelle
auf, wobei die Impulse der ersten Impulsreihe, die dem Setzeingang S zugeführt wird (F i g. 2a), steilere Flanken
als die Impulse der zweiten Impulsreihe, die dem Rücksetzeingang RS zugeführt wird (F i g. 2b), aufweisen.
Wenn der Schalter SW von seinem geöffneten in seinen geschlossenen Zustand umgeschaltet wird,
werden somit beide Impulsreihen erzeugt, aber die erste Impulsreihe am Setzeingang S hat den Vorzug vor der
zweiten Impulsreihe am Rücksetzeingang RS, wodurch die bistabile Schaltung innerhalb einer Periode der
Wechselstromquelle gesetzt wird und in diesem Zustand bleibt. Dann erscheint ein erstes Gleichstromausgangssignal
niedriger Spannung am Kollektor des Transistors 72, was dem leitenden Zustand des Transistors Ti und
dem gesperrten Zustand des Transistors T2 entspricht. Wenn der Schalter SW von dem geschlossenen in den
geöffneten Zustand versetzt wird, erscheint nur die zweite Impulsreihe an dem Rücksetzeingang RS,
wodurch die bistabile Schaltung innerhalb einer Periode der Wechselstromquelle rückgesetzt wird und in diesem
Zustand bleibt. Dann erscheint ein zweites Niederspannungsgleichstromsignal an dem Kollektor des Transistors
Γ2, was dem gesperrten Zustand des Transistors Ti in dem leitenden Zustand des Transistors T2
entspricht.
In F i g. 3 liegen die zwei npn-Transistoren 73 und T4
mit ihren Emittern an Erdpotential, während ihre Kollektoren über die Stromquelle IX bzw. /2 an eine
negative Niederspannungsgleichstromquelle angeschlossen sind und diese Transistoren direkt kreuzweise
miteinander gekoppelt sind, um eine bistabile Schaltung mit einem die Basis des Transistors 73 bildenden
Setzeingang S und einem die Basis des Transistors 7"4 bildenden Rücksetzeingang RS zu erhalten. Ein
Ausgang OP, der den Kollektor des Transistors 74 bildet, liefert ein erstes Niederspannungsgleichstromaus^angssignal,
wenn sich die bistabile Schaltung in einem gesetzten Zustand befindet, und ein zweites
Niederspannungsgleichstromausgangssignal, wenn sich die bistabile Schaltung in einem rückgesetzten Zustand
befindet. Eine Schaltung zum Erzeugen einer ersten Impulsreihe enthält einen Schalter SW zwischen ihrem
Eingang IPX zum Anschluß an eine Hochspannungswechselstromquelle,
z. B. eine Netzspannung von 240 V — 50 Hz, und einer Seite eines aus zwei Widerständen
A3 und R4 bestehenden Spannungsteilers. Die andere
Seite des Spannungsteilers R3, R4 liegt an Erdpotential. Ein npn-Transistor 7*5 ist zwischen dem Niederspannungsabgriff
des Spannungsteilers A3, R 4 und dem Ausgang der Schaltung zum Erzeugen einer ersten
Impulsreihe angebracht, wobei dieser Ausgang an die Basis des Transistors T3 angeschlossen ist, die den
Setzeingang 5 der bistabilen Schaltung bildet. Der Transistor 7*5 liegt mit seinem Emitter an Erdpotential;
seine Basis ist an den Abgriff des Spannungsteilers R 3, R 4 und sein Kollektor ist an den Setzeingang S der
bistabilen Schaltung angeschlossen. Eine Schaltung zum Erzeugen einer zweiten Impulsreihe enthält einen aus
zwei Widerständen R 5 und R 6 bestehenden Spannungsteiler. Eine Seite des Spannungsteilers ist dauernd
an den Eingang IP 2 der Schaltung zum Erzeugen einer zweiten Impulsreihe angeschlossen, wobei dieser
Eingang zum Anschluß an dieselbe Hochspannungswechselstromquelle dient, die an den Eingang IP1
angeschlossen werden muß. Die andere Seite des Spannungsteilers R 5, R 6 liegt an Erdpotential. Ein
npn-Transistor 7*6 ist zwischen dem Niederspannungsabgriff des Spannungsteilers R 5, R 6 und dem Ausgang
der Schaltung zum Erzeugen einer zweiten Impulsreihe angebracht, wobei dieser Ausgang an die Basis des
Transistors T4 angeschlossen ist, die der Rücksetzeingang ÄS der bistabilen Schaltung ist. Der Transistor 7*6
liegt mit seinem Emitter an Erdpotential; seine Basis ist an den Abgriff des Spannungsteilers R 5, R 6 angeschlossen
und sein Kollektor liegt an dem Rücksetzeingang RSder bistabilen Schaltung.
Die zwei Spannungsteiler weisen verschiedene Spannungsverhältnisse an den betreffenden Abgriffen
auf, d. h„ daß A4/(A3 + R4) größer als
R 6/ (R 5 + R 6) ist. Wenn die Widerstände R 3, R 4, R 5
und R 6 die Werte von 220 kOhm, 4 kOhm, 220 kOhm,
bzw. 2 kOhm aufweisen und wenn der Schalter SW geschlossen ist, werden an den Abgriffen der Spannungsteiler
A3, A4 und Ä5, Ä6 bei Fehlen der
Transistoren 7*5 und 7*6 die mit den gestrichelten Linien in Fig.4a bzw. 4b dargestellten Spannungsformen
vorhanden sein. Die beiden gestrichelt dargestellten Spannungsformen sind sinusförmige Spannungen
mit der gleichen Frequenz und Phase wie die Wechselstromquelle. Wenn die Wechselstromquelle
eine Spitzenspannung von 240 V aufweist und die Widerstände R 3, R 4, R 5 und R 6 die obengenannten
Werte aufweisen, werden die Spannungsformen nach F i g. 4a und 4b Spitzenwerte von etwa 4 V bzw. 2 V
aufweisen. Die als Dioden geschalteten Transistoren 7*5 und 7*6 dienen zum Erhalten einer ersten Impulsreihe
mit negativen Impulsen an dem Setzeingang Sund einer zweiten Impulsreihe mit gleicher Amplitude und
negativen Impulsen an dem Rücksetzeingang RS, wie mit den vollen Linien in F i g. 4a bzw. 4b angegeben ist
Die Impulse beider Impulsreihen werden also eine Dauer gleich der der negativen Halbperioden der
Wechselstromquelle aufweisen, wobei die Impulse der ersten Impulsreihe, die dem Setzeingang S zugeführt
wird (Fig.4a), steilere Flanken als die Impulse der
zweiten Impulsreihe aufweisen, die dem Rücksetzeingang ÄSzugeführt wird (F i g. 4b).
Wenn nun eine negative Halbperiode der Wechselstromquelle bei geschlossenem Schalter SWbetrachtet
wird, wird zu dem Zeitpunkt /1 der Transistor 7*5 die
bistabile Schaltung steuern und gegebenenfalls ein Umklappen dieser Schaltung bewirken. Zu dem
Zeitpunkt i2 wird die Kollektorspannung des Transistors
7*6 den Vorzug vor der Kollektorspannung des
ίο Transistors 7*3 haben, aber das Ausgangssignal am
Kollektor des Transistors T4 wird bereits durch das Ausgangssignal des Transistros T5 bestimmt. Zu dem
Zeitpunkt f3 kann die Kollektorspannung des Transistors
7*3 wieder einen derartigen Wert annehmen, daß der bistabile Zustand durch das Ausgangssignal des
Transistors 7*5 bestimmt wird. Zu dem Zeitpunkt f4 wird der Transistor 7*5 gesperrt und bleibt die bistabile
Schaltung um rückgesetzten Zustand.
Wenn der Schalter SW von dem geöffneten in den geschlossenen Zustand versetzt wird, werden also beide
Impulsreihen erzeugt, aber die erste Impulsreihe am Setzeingang S hat den Vorzug vor der zweiten
Impulsreihe am Rücksetzeingang RS, wodurch die bistabile Schaltung innerhalb einer Periode der Wechselstromquelle
gesetzt wird und in diesem Zustand bleibt. Dann tritt ein erstes Gleichstromausgangssignal
niedriger Spannung am Kollektor des Transistors T4 auf, was dem leitenden Zustand des Transistors 7*3 und
dem gesperrten Zustand des Transistors T4 entspricht
Wenn der Schalter SW von dem geschlossenen in den geöffneten Zustand versetzt wird, tritt nur die zweite
Impulsreihe am Rücksetzeingang ÄS auf, wodurch die bistabile Schaltung innerhalb einer Periode der Wechselstromquelle
rückgesetzt wird und in diesem Zustand bleibt. Dann erscheint ein zweites Niederspannungsgleichstromsignal
am Kollektor des Transistors T4, was dem gesperrten Zustand des Transistors 7*3 und dem
leitenden Zustand des Transistors 7*4 entspricht.
Eine günstige Ausführungsform der beiden Schaltungen nach F i g. 1 und 3 wird erhalten, wenn die
Widerstände A3 und R5 als diskrete Einzelteile
ausgebildet werden und der verbleibende Teil der Schaltung, mit Ausnahme des Schalters SW, als eine
integrierte Schaltung ausgeführt wird. Auf diese Weise bildet die Schaltung eine Anpassung zwischen einem
Hochspannungsschaltkreis und einer integrierten Schaltung. Diese Ausführung kann leicht mit mehr als einem
Schalter erweitert werden, dadurch, daß die integrierte Schaltung erweitert und noch ein diskreter Widerstand
so für jeden Schalter angebracht wird. Auf diese Weise
kann eine Regelschaltung mit η Schaltern (wobei η
wenigstens 2 beträgt), n+\ diskreten Widerständen und einer integrierten Schaltung gebildet werden, während
die Schalter, die diskreten Widerstände und die integrierte Schaltung π Schaltungen nach F i g. 1 oder
Fig.3 bilden, wobei die Regelschaltung weiter eine
Programmiereinrichtung zum Umschalten jedes der π Schalter zwischen dem geöffneten und dem geschlossenen
Zustand enthält Eine derartige Regelschaltung
hn eignet sich zur Anwendung beim Programmieren eines
Haushaltgerätes, wie einer Waschmaschine, einer Geschirrspülmaschine, eines Kochherdes oder einer
Zentralheizungsanlage.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen.
Claims (4)
1. Schaltungsanordnung zur Anpassung einer monolithisch integrierten Schaltung an einen, einen
Schalter enthaltenden Hochspannungsschaltkreis, dadurch gekennzeichnet, daß eine bistabile
Schaltung (7*1, T2) ein erstes oder ein zweites Ausgangssignal liefert, wenn sich diese Schaltung in
einem gesetzten bzw. rückgesetzten Zustand befindet, daß eine erste Schaltung zum Erzeugen einer
ersten Impulsreihe zwischen ihrem zum Anschluß an eine Wechselstrornquelle dienenden Eingang (/Pl)
und einer Seite eines ersten Spannungsteilers (R 3, A4) den Schalter (SW) sowie gleichrichtende
Elemente (D 3, D 4) zwischen einem Abgriff dieses Spannungsteilers und ihrem an einen Setzeingang
(S) der bistabilen Schaltung angeschlossenen Ausgang enthält, und daß eine zweite Schaltung zum
Erzeugen einer zweiten Impulsreihe einen zweiten Spannungsteiler (R 5, R 6), der mit einer Seite an
ihren zum Anschluß an die Wechselstromquelle dienenden Eingang (1P2) angeschlossen ist, und
gleichrichtende Elemente (D 5, D 6) enthält, die zwischen einem Abgriff ihres Spannungsteilers (R 5,
R 6) und ihren an einen Rücksetzeingang (RS) der bistabilen Schaltung angeschlossenen Ausgang eingeschaltet
sind, wobei die zwei Spannungsteiler an den betreffenden Abgriffen verschiedene Spannungsverhältnisse
aufweisen, derart, daß, wenn der Schalter (SW) von sinem geöffneten in seinen
geschlossenen Zustand versetzt wird, erste und zweite Impulsreihen den Setz- bzw. Rücksetzeingängen
(5, RS) der bistabilen Schaltung (Tl, T2) zugeführt werden, wobei beide Impulsreihen die
Dauer derselben wechselweise auftretenden Halbperioden der Wechselstromquelle aufweisen, während
die Impulse der ersten Impulsreihe steilere Flanken als die Impulse der zweiten Impulsreihe
besitzen, wodurch die bistabile Schaltung gesetzt wird und in diesem Zustand bleibt, und zwar derart,
daß, wenn der Schalter (SW) von seinem geschlossenen in seinen geöffneten Zustand versetzt wird, nur
die zweite Impulsreihe erzeugt wird, wodurch die bistabile Schaltung rückgesetzt wird und in diesem
Zustand bleibt.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungen zum Erzeugen
der ersten und der zweiten Impulsreihe je zwei der genannten durch einen Transistor (T5, TS) gebildeten
gleichrichtenden Elemente enthalten.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Spannungsteiler
aus je zwei Widerständen bestehen, der Widerstand (A3; R5) zwischen der genannten
ersten Seite jedes Spannungsteilers und seinem Abgriff als ein diskretes Einzelteil ausgebildet ist und
der verbleibende Teil der Schaltung, mit Ausnahme des Schalters (SW), als eine integrierte Schaltung
ausgeführt ist.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet durch ihre Verwendung in einer
Regelschaltung für ein Haushaltgerät mit η Schaltern, wobei π mindestens gleich 2 ist, n+ 1 diskreten
Widerständen und einer integrierten Schaltung, wobei die Schalter, die diskreten Widerstände und
die integrierte Schaltung π Schaltungen je nach Anspruch 1. 2 oder 3 bilden, während die
Regelschaltung weiter eine Programmiereinrichtung zum Umschalten jedes der π Schalter zwischen
seinem geöffneten und seinem geschlossenen Zustand enthält
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