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Dokumentenidentifikation DE3730517C2 29.04.1993
Titel Schaltungsanordnung für die Erregung und Entregung eines bistabilen Relais
Anmelder Legrand GmbH, 4770 Soest, DE
Erfinder Begau, Jürgen, Dipl.-Ing., 4777 Welver, DE
DE-Anmeldedatum 11.09.1987
DE-Aktenzeichen 3730517
Offenlegungstag 23.03.1989
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 29.04.1993
Veröffentlichungstag im Patentblatt 29.04.1993
IPC-Hauptklasse H01H 47/32
IPC-Nebenklasse H02M 3/07   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für ein bistabiles Relais, mit einer Wicklung,

  • - die mit ihrem einen Ende an dem einen Pol und mit ihrem anderen Ende über eine Kollektor-Emitter-Strecke eines ersten Transistors an dem andern Pol der Versorgungsspannung liegt,
  • - wobei parallel zur Wicklung eine Serienschaltung eines Kondensators und eine Kollektor-Emitter-Strecke eines zweiten Transistors angeordnet ist,
  • - wobei die Schaltungsanordnung mit vier Transistoren zum Ansteuern des bistabilen Relais ausgestattet ist und das Relais über einen ersten Transistor T4 und eine Batterie eingeschaltet und über einen zweiten Transistor T2 und einen Kondensator C2 ausgeschaltet wird und die Steuersignale für die Transistoren von einem elektronischen Schaltkreis geliefert werden (FR 25 77 070 A1).


Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei kleinerem Aufwand an Transistoren und entsprechend geringeren Schaltungsmitteln die Umwandlung einer relativ niedrigeren Batteriespannung in eine höhere Gleichspannung bei einem kleineren Aufwand an Bauelementen und an Montage- bzw. Jusierungsmitteln zu bewerkstelligen, die außerdem zuverlässig ist und den Forderungen der Miniaturisierung von der Raumfrage her besser entspricht als es bei den bekannten Lösungen der Fall ist.

Diese Aufgabe wird durch eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 in Verbindung mit den Teilmerkmalen des Oberbegriffs gelöst. Sie macht Gebrauch von dem Prinzip der Induktion eines Impulses von relativ hoher Spannung an einer Spule entsprechend der Schnelligkeit des Abschaltens eines durch sie fließenden Stroms. Hierfür wird durch Beaufschlagung der Basis-Elektrode 5 des Transistors 1 mit einer periodischen Steuerspannung der Spulenstrom mehrfach nacheinander schnell ein- und wieder ausgeschaltet und werden mehrere dieser Impulse nacheinander gleichgerichtet zur Ladung eines Kondensators verwertet, bis dieser Kondensator die für die Erregung des Relais notwendige Spannung erreicht bzw. etwas überschritten hat.

Nachdem bei ausreichender Spannung das Relais eingeschaltet ist, genügt für die Abschaltung des Relais dann die Spannung der Batterie allein in zu der Erregungsspannung umgekehrter Richtung. Die Erfindung benötigt hierbei eine lediglich zeitlich gestufte Beaufschlagung von Eingangsklemmen mit teils periodischen Impulsspannungen und teilweise mit Gleichspannungen Null und Quellen-Pol (positiv bzw. negative - je nach Detail-Prinzip der Halbleiter-Schaltung PNP und NPN bzw. NPN und PNP od. dgl.).

Das erfindungsgemäße Schaltungsprinzip ermöglicht die Verwendung von serienhergestellten, miniaturisierten Bausteinen mittels wahlweise gehäufter Integration von Bauelementen bzw. Teil-Baugruppen, wie Baueinheiten für periodische Spannungsquellen, Gleichspannungsquellen verschiedenen Potentials und zugehörigen Schaltern, geeigneter Bauart in Eingangskreisen eines Steuerwerks für den Zeitablauf der Schaltvorgänge und ihren Einsatz in Verbindung mit Baugruppen der eingangs erwähnten Art mit niedrigerer Versorgungsspannung, aber auch in Verbindung mit Relais der üblichen Ansprechspannungen.

Andere Besonderheiten sind Gegenstand der Unteransprüche, insbesondere bezüglich der Steuerung der Eingangsspannungen an den einzelnen Klemmen. Ein Ausführungsbeispiel ist in der folgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben; es stellen dar:

Fig. 1 Eine allgemeine Variante mit einem ersten Strompfad mit gesonderter Diode (gestrichelt gezeichnet) und einem zweiten Strompfad mit einem NPN-Transistor im Ladeeingangszweig des Ladekondensators;

Fig. 2 eine schaltbildtechnisch vereinfachte Variante, wobei die Diode funktionell in die Emitter-Kollektor-Strecke des zweiten Transistors integriert ist, außerdem mit einem Mikroprozessor für H/L-Impuls-Spannung auf Gleichspannung Null, sowie die Umschaltung der Basis-Elektrode des zweiten Transistors von Gleichspannung Null (L) auf Quellen-, hier positiven Pol (H).

In Fig. 1 ist der PNP-Transistor 1 mit seiner Emitter-Elektrode an den Pol der Quellenspannung, z. B. hier den positiven Pol (H) der Stromquelle 2 und mit seiner Kollektor-Elektrode 15 über das Relais 3 an den Null-Pol (H) der Stromquelle 4 angeschlossen. Die Basis-Elektrode 5 des Transistors 1 ist über den Strombegrenzungs-Widerstand 6 mit der Klemme 7 verbunden, die mittels des Umschalters 8 wahlweise an den Ausgang 9 des Generators 10 für eine periodische Impulsspannung (abwechselnd H, L) oder an die Klemme 26 für den Null-Pol (L) 12, d. h. hier den Null-Pol 13 der Stromquelle 2, oder an die Klemme 41 für den Quellen-Pol (hier H gleich positiver Pol) anschließbar ist.

Der Knotenpunkt 14 zwischen Kollektor-Elektrode 15 des ersten Transistors 1 und Eingangsklemme 16 des Relais 3 ist über den Ladekondensator 17 der Schaltungskombination 18 über einen ersten Strompfad mit einem Gleichrichter-Zweig 19 mit Leitung 20, Diode 21 und Vorwiderstand 22 mit dem Null-Pol 23 der Stromquelle 2 verbunden. Die Leitfähigkeit der Diode 21 ist entgegengesetzt gerichtet derjenigen des Transistors 1. Der Ladekondensator 17 liegt außerdem im Kollektor-Elektrodenkreis 24 des zweiten Transistors 25, und dessen Emitter-Elektroden-Anschluß 24 an dem Null-Pol 31.

Die Funktion der Schaltung ist folgende: Im ersten Betriebszustand wird die Basis-Elektrode des ersten Transistors 1 über den Strombegrenzungs-Widerstand 6 aus dem Generator 10 mit einer periodischen Impulsspannung beaufschlagt, die über die Emitter-Kollektor-Strecke 33 einen Strom durch das Relais 3 so steuert, daß bei L-Impulsen der Strom das Relais noch nicht bis in den Einschaltzustand erregt. Dabei ist von der Klemme 28 aus und über den Begrenzungs-Widerstand 30 die Basis-Elektrode 29 des zweiten Transistors 25 am Null-Pol 12 und tritt beim Übergang in die Impulspause, wobei über den Begrenzungs-Widerstand 6 an der Basis-Elektrode 5 des ersten Transistors die Spannung Null (L) wirksam ist, an der Eingangsklemme 16 des Relais 3 eine negative Induktionsspannung auf, die einen durch den Strombegrenzungs-Widerstand 22 begrenzten Ladestrom über die Diode 21 den Ladekondensator 17 auf eine negative Spannung 14 und Null-Pol 23 auflädt. Dieser Vorgang wiederholt sich so lange, bis der Generator 10 durch eine Steuerung abgeschaltet und bis Schalter 8 auf Klemme 41 (hier: H) und damit die Spannung an Klemme 7 (hier: H) über Widerstand 6 an Basiselektrode 5 des Transistors 1 angelegt und dieser dadurch gesperrt wird.

Überschreitet die Spannung an Punkt 14 gegen Null, d. h. die Ladespannung des Kondensators 17 - abzüglich der Spannung an der Batterie 2 - die Zündspannung der Zenerdiode 34, dann zündet diese und wird die Spannung an Punkt 14 auf den Wert: Summe aus Batteriespannung + Zenerspannung begrenzt, aber auch im Falle des Abfalls der Batteriespannung auf diesen Wert stabilisiert, so daß die Energie der Batterie 2 noch bis unter einen üblichen Grenzwert der Entladung ausgenützt werden kann.

Wenn dann die Spannung am Relais zur Erregung bis zum Einschaltzustand ausreicht, wird in einem zweiten Betriebszustand ein positiver Impuls an der Klemme 28 über den Begrenzungs-Widerstand 30 auf die Basis-Elektrode 29 geleitet und der Kondensator 17 durch den Transistor-Eingangsstrom zum Relaiseingang 16 über das Relais entladen und dadurch das Relais 3 in den Einschaltzustand erregt.

In einem dritten Betriebszustand werden Klemme 28 wieder mit dem Null-Pol verbunden, wodurch Transistor 2 gesperrt wird, und Klemme 7 des Schalters 8 ebenfalls mit dem Nullpol verbunden, wodurch Transistor 1 leitend wird, so daß der Stromkreis der Batterie 2 über Transistor 1 und Spule des Relais 3 geschlossen ist und ein dem Erregungsstrom entgegengesetzter das Relais entregt.

In Fig. 2 sind die Umschalter im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 zugleich mit einer Steuerung für die Zeitfolge der Betriebszustände in einem Halbleiter-Baustein 35 zusammengefaßt, der den Generator 36 für die periodische Impulsspannung enthält. Dieser Mikroprozessor besitzt einen Ausgang 37 für das umzuschaltende Eingangssignal der Basis-Elektrode 5 des ersten Transistors 1 und einen zweiten Ausgang 38 für die zwischen Signal L und Signal H umzuschaltende Eingangsspannung der Basis-Elektrode 29 des zweiten Transistors 25, sowie die Anschlüsse 39 und 40 für die Versorgungsspannungen H und L. Damit ist der Aufbau der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung weiter wesentlich vereinfacht, so daß sie lediglich noch die beiden Transistoren 1 und 25, den Ladekondensator 17, Begrenzungswiderstände 6 und 30, sowie die Zenerdiode 34 für das Relais 3 enthält.

Die Programmierung des Halbleiter-Bausteins 35, der vorzugsweise als Mikroprozessor bzw. ein Teil eines solchen ausgebildet ist, besteht in einfacher Weise aus Zeitgliedern zwischen denjenigen Baueinheiten, die bei dem Wechsel der Betriebszustände zur Wirkung gelangen und je nach Bedarf des Verwendungsfalls verschieden dimensioniert sind. Eine Mikroprozessor-Funktion kommt dabei in Form einer Zeitfolge mit vergewählten Zeiten für die Betriebszustände zustande. Die übrigen Funktionen der Schaltung sind die gleichen wie bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 mit der Maßgabe, daß in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 die Variante des in den Transistor 25 integrierten Gleichrichter-Zweiges 19 vorausgesetzt ist.


Anspruch[de]
  1. 1. Schaltungsanordnung für ein bistabiles Relais (3), mit einer Wicklung,
    1. - die mit einem Ende an dem einen Pol (4) und mit ihrem anderen Ende über eine Kollektor-Emitter-Strecke eines ersten Transistors (1) an dem anderen Pol (2) der Versorgungsspannung liegt,
    2. - wobei parallel zur Wicklung eine Serienschaltung eines Kondensators (17) und einer Kollektor-Emitter-Strecke eines zweiten Transistors (25) angeordnet ist,
  2. dadurch gekennzeichnet, daß
    1. - der erste und der zweite Transistor (1, 25) unterschiedlichen Typs (NPN, PNP) sind,
    2. - daß parallel zum zweiten Transistor (25) eine Serienschaltung (19) einer Diode (21) in Sperrichtung und eines Widerstandes (22) liegt,
    3. - daß ein Impulsgenerator (10, 36) an die Basis (5) des ersten Transistors (1) anschaltbar ist,
    4. - daß Basiseingänge (5, 28) der Transistoren (1, 25) über Basiswiderstände (6, 30) an den positiven H- oder negativen L-Pol der Versorgungsspannung anschaltbar sind, derart,
    5. - daß zum Erregen des Relais (3)
      1. -- zuerst der erste Transistor (1) durch den Impulsgenerator (10, 36) angesteuert wird, während der zweite Transistor (25) gesperrt ist,
      2. -- bis der Kondensator (17) über die Diode (21) auf eine zum Erregen des Relais (3) ausreichende zur Versorgungsspannung inverse Spannung aufgeladen ist, und
      3. -- dann der erste Transistor (1) gesperrt wird, während der zweite Transistor (25) leitend geschaltet wird,
    6. - und daß zum Entregen des Relais (3) der zweite Transistor (25) gesperrt und der erste Transistor (1) leitend geschaltet wird.
  3. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Diode (21) zusammen mit dem Widerstand (22) in den zweiten Transistor integriert ist.
  4. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor-Emitter-Strecke (33) des ersten Transistors (1) eine Zenerdiode (34) parallel geschaltet ist, deren Durchlaßrichtung derjenigen der Kollektor-Emitter-Strecke des ersten Transistors (1) entgegengesetzt ist.
  5. 4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschaltung der Basiseingänge (5, 29) der Transistoren (1, 25) mittels einer Schaltautomatik durch eine programmierte bzw. programmierbare Baugruppe, z. B. einen Halbleiter-Baustein (35) mit einem integrierten Impulsgenerator (36) in einer vorgegebenen Zeitfolge erfolgt.






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