Kurzschluss- und Leitungsbruch-Erkennung in - All

Messen-Prüfen-Testen
Kurzschluss- und LeitungsbruchErkennung in 24V-Treibern
In 24V-Systemen, die Ausgabeelemente wie z.B. Relais, Motoren oder auch Lampen treiben, ist es
oft zwingend erforderlich, die Leitung aus Sicherheitsgründen zu überwachen, um die Betriebssicherheit zu erhöhen, Unfälle zu vermeiden und eine vorbeugende Wartung durchführen zu können.
ie Kurzschlusserkennung ist
in den meisten intelligenten
Ausgangstreibern bereits integriert und teilweise auch mit einer Temperaturüberwachung ausgestattet. Bei diskreten Lösungen
wird der Spannungsabfall an den
Leistungstransistoren (High oder
Low Side) gemessen und bei zu
hoher Sättigungsspannung abgeschaltet. Die hier erreichbare Genauigkeit ist durch die große
Toleranz der Treibersättigungsspannung nicht sehr gut.
Dies macht die Lösung teuer in der
Herstellung
und
aufwendig im Entwurf.
Die integrierte Variante ist hier wesentlich genauer, wenn
DER AUTOR
z.B. dem AusgangDer Autor, Dipl.-Ing.
treiber ein SenseJoachim Quasdorf
Kanal parallel gestudierte an der THschaltet wird. Im
Darmstadt ElektrotechVerhältnis K (Fläche
nik, Fachrichtung Festkörperelektronik. 1989
des Ausgangs- trantrat er bei iC-Haus ein
sistors zum dem
als ASiC-Entwickler
des Sense-Kanals)
und Designer, speziell
von Opto-Sensoren
wird ein Referenzund Opto-Encodern.
strom erzeugt und
Im ASSP-Vertrieb und
mit einem Kompa-Marketing ist er seit
rator mit dem
1993 auch für die
Applikationsbetreuung
Strom verglichen,
und Pressearbeit
der durch den
zuständig.
N- oder P-Kanal
MOSFET
fließt
(siehe Bild 1). Die Schaltung ist
dabei temperaturkompensiert und
weitgehend unempfindlich gegen
Schwankungen der 24V-Versor-
D
Auto & Elektronik 5/2002
High Side Treiber:
lo
iC-JRX
1
:
VB = 24V
K
Sense
Ausgangs -
P - Kanal
P - Kanal
Bild 1:
Kurschlusserkennung
bei High und Low Side
Treibern
Iref
IK
des
eingeprägten
Stromes.
IO
V(IO)
IK: Kurzschluss
I(I Last ) > Iref * K > 600mA
ILast
Low Side Treiber:
iC-VR
Iref
IK
I(I Last ) > Iref * K > 500mA
hi
Bild 2 zeigt die Realisierung der Leitungsbrucherkennung in
VB = 24V
den universellen 8fach Ein-/AusgabeBausteinen iC-JRX
(High Side) und
iC-VR (Low Side) für
Mikroprozessorsysteme in 24V-Industrieanwendungen.
Der High Side Treiber des Bausteins
iC-JRX ist im oberen Teil zu sehen.
Es wird die von einer 200ìA Stromquelle erzeugte Spannung V(IO) an
der Last (z.B. Lampe) mit der
Referenzspannung VREFL über den
Komparator verglichen. Ist die
Spannung V(IO) > VREFL = VB
– 5V, so wird ein Leitungsbruch
erkannt. Dieses Signal generiert
dann einen Interrupt für den
Mikroprozessor, der über das Interrupt-Statusregister ausgelesen werden kann. Somit verfügt jeder
der acht Ein/Ausgänge über eine
Leitungsbrucherkennung.
Beim Low Side Treiberbaustein
iC-VR zieht eine 200µA Stromquelle die Leitung auf einen Low-
ILast
IK: Kurzschluss
IO
1
Jeder Ein-/Ausgang
erkennt den
Leitungsbruch
:
K
Sense
Ausgangs -
N - Kanal
N - Kanal
V(IO)
gungsspannung. Bei der Erkennung
eines Leitungsbruches z.B. eines defekten Relais oder einer Lampe, erfordert der diskrete Aufbau eine
Stromquelle, die einen zusätzlichen
Messstrom in die Leitung einprägt.
Ist die Leitung offen, so wird sich
bei einem High Side Treiber nach
Aufladung der Leitungskapazität
die Versorgungsspannung einstellen (z.B. 24V). Bei einem Low Side
Treiber wird in der gleichen Weise
verfahren, allerdings ergibt sich
hier bei einem abgeschalteten Treiber nicht die 24V Spannung, sondern eine gegen Null gehende
Spannung je nach Leitungsverhältnissen und abhängig von der Größe
49
High Side Treiber:
Messen-Prüfen-Testen
VB = 24V
hi
Pegel, falls die Leitung einen Bruch
aufweist oder die Last, z.B. eine
Lampe, einen Drahtbruch hat. Ein
Komparator erkennt den Leitungsbruch beim iC-VR mit V(IO).
Ist die Spannung V(IO) > VREFL =
VB – 5V, so wird ein Leitungsbruch
erkannt. Dieses Signal generiert
dann einen Interrupt für den
Mikroprozessor, der über das Interrupt-Statusregister ausgelesen
werden kann. Somit verfügt jeder
der acht Ein/Ausgänge über eine
Leitungsbrucherkennung.
Beim Low Side Treiberbaustein
iC-VR zieht eine 200µA Stromquelle die Leitung auf einen LowPegel, falls die Leitung einen Bruch
aufweist oder die Last, z.B. eine
Lampe, einen Drahtbruch hat. Ein
Komparator erkennt den Leitungsbruch beim iC-VR mit V(IO) <
VREFL = 3V und erzeugt ebenfalls
wie beim iC-JRX einen auslesbaren
Interrupt.
iC-JRX
Ausgangs -
200uA
P - Kanal
IO
LB
VREFL
V(IO)
LB: Leitungsbruch
V(IO) > VREFL = VB - 5V
I Last
Low Side Treiber:
VB = 24V
iC-VR
I Last
IL: Leitungsbruch
V(IO) < VREFL = 3V
VREFL
LB
lo
V(IO)
Ausgangs N - Kanal
200uA
IO
V(IO)
Wie gezeigt ist die Funktionalität
der Kurzschluss- und Leitungsbrucherkennung mit integrierten
Treiberbausteinen einfach, genau
und kostengünstig in einem intelligenten und Interrupt gesteuerten
Bild 2:
Leitungsbrucherkennung
bei High und
Low Side
Treibern
Ein-/Ausgabekonzept einer 24V
SPS- oder IPC-Steuerung verwendbar.
http://www.ichaus.de
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Relaismatrix für Testsysteme
mit 24 Last- und 64 Schaltkanälen
Mit der intelligenten Relaismatrix
TCR2464 von Smart stehen dem
Anwender 24 Lastkanäle bis 5 A
und 64 Schaltkanäle bis 1 A zur
Verfügung. Alle Schaltkanäle kön-
nen über weitere 64 Pull-Up/PullDown-Relais Kleinlasten ohne
externen Verdrahtungsaufwand auf
Versorgungspotenzial oder Masse
schalten. Dabei lässt sich jede dieser
Kleinlasten wahlweise als R, L oder
C Sockel bestücken. Aufgrund der
kompakten Abmessungen von 84
TE und 1 HE eignet sich das System
neben Aufgabenstellungen in Prüfautomaten auch für den Einsatz am
Labortisch. Die Relaismatrix nutzt
Parallel-Treiberstufen, so dass alle
Kanäle innerhalb 1 ms von einer
Einstellung zur nächsten geschaltet
werden können. Konfiguration und
Betrieb erfolgen über einen CANBus mit KWP2000 Protokoll. Für
Realtime-Simulation und Schaltaufgaben lässt sich die Matrix problemlos in einen CAN-Netzverbund einbinden.
www.smart-gmbh.de
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Auto & Elektronik 5/2002