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Dokumentenidentifikation DE69019178T2 26.10.1995
EP-Veröffentlichungsnummer 0380089
Titel Relais-Treiberschaltung für ein bistabiles Relais.
Anmelder EURO-Matsushita Electric Works AG, 83607 Holzkirchen, DE
Erfinder Kasano, Humihiro, Kadoma-shi, Osaka 571, JP;
Sauer, Hans, D-8024 Deisenhofen, DE;
Ritter, Heinz, D-8920 Schongau, DE;
Steinbichler, Wolf, D-8201 Bad Feilnbach, DE;
Antonitsch, Sepp, D-8156 Otterfing, DE
Vertreter Strehl, Schübel-Hopf, Groening & Partner, 80538 München
DE-Aktenzeichen 69019178
Vertragsstaaten DE, FR, GB, IT
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 25.01.1990
EP-Aktenzeichen 901014795
EP-Offenlegungsdatum 01.08.1990
EP date of grant 10.05.1995
Veröffentlichungstag im Patentblatt 26.10.1995
IPC-Hauptklasse H01H 47/32

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung ist auf eine Relaistreiberschaltung und insbesondere auf eine Relaistreiberschaltung zum Ansteuern eines bistabilen Relais gerichtet, um den Relaiskontakt selektiv einzustellen und zurückzustellen, indem ein Strom zu und von einem Kondensator geladen und daraus entladen wird, der mit einer Erregerspule des Relais in Reihe geschaltet ist.

Aus dem Stand der Technik ist es zum Ansteuern eines Relais bekannt, eine Schaltung vorzusehen, bei der ein Kondensator mit einer Erregerspule des Relais in Reihe geschaltet ist, so daß das Relais bei Erregung selektiv durch Lade- und Entladeströme entgegengesetzter Polarität in die Arbeits- und Ruhestellung gebracht werden kann, die zum Kondensator hin- und wegfließen. Fig. 8 veranschaulicht ein allgemeines Diagramm der bekannten Relaistreiberschaltung, die einen Kondensator C aufweist, der mit einer Erregerspule L eines Relais in Reihe geschaltet ist, einen Eingangsspannungspegeldetektor 10A, der zum Erfassen des Pegels einer an die Schaltung angelegten Spannung geschaltet ist, einen Einstellschalter 20A, der mit der Reihenkombination aus der Erregerspule L und dem Kondensator C in Reihe geschaltet ist, einen Rückstellschalter 30A, der mit der Reihenkombination der Spule L und dem Kondensator C parallelgeschaltet ist. Der Eingangsspannungsdetektor 10A vergleicht den Eingangsspannungspegel mit einem vorbestimmten Triggerspannungspegel und erzeugt einen ersten Steuerausgang, wenn der Eingangsspannungspegel den Triggerpegel überschreitet, und er erzeugt ansonsten einen zweiten Steuerausgang. Der Einstellschalter 20A wird in Reaktion auf das erste Steuersignal leitend gemacht, während der Rückstellschalter 30A nichtleitend gehalten wird, um dadurch die Eingangs spannung an die Reihenkombination aus der Erregerspule L und dem Kondensator C anzulegen, damit ein Ladestrom durch die Erregerspule L in einer Richtung fließt, wobei das Relais in eine Einstellposition zum Schließen des Relaiskontakts betätigt wird. Zu diesem Zeitpunkt ist der Kondensator C bereit zur Entladung eines ausreichenden Stroms durch die Erregerspule L in der entgegengesetzten Richtung. In Reaktion auf das zweite Steuersignal von dem Eingangsspannungspegeldetektor 10A, oder wenn die Eingangs spannung unter den Triggerpegel absinkt, wird der Rückstellschalter 30A leitend gemacht, um dadurch einen Regelkreis aus der Erregerspule L, dem Kondensator C und dem Rückstellschalter 30A aufzubauen, womit der Entladestrom von dem Kondensator C durch die Erregerspule L in entgegengesetzter Richtung fließen darf, womit das Relais in eine Rückstellposition zum Schließen des Relaiskontakts betätigt wird. Auf diese Weise wird das Relais eingestellt und zurückgestellt, indem der Pegel der Eingangsspannung zu der Treiberschaltung geändert wird.

Die oben beschriebene Relaistreiberschaltung ist beim Stand der Technik beispielsweise durch eine Schaltung nach Fig. 9 realisiert. Bei dieser Schaltung weist der Eingangsspannungspegeldetektor 10A einen Operationsverstärker OP&sub1; auf, der eine durch ein Teilernetzwerk aus Widerständen R&sub1; und R&sub2; geteilte Eingangsspannung mit einem Bezugspegel Vref von einer Bezugsspannungsquelle E&sub1; vergleicht, um einen Ausgang mit hohem Pegel zu liefern, wenn erstere höher als letzterer liegt, was dafür steht, daß der Eingangsspannungspegel einen Triggerspannungspegel überschreitet. Ansonsten erzeugt der Operationsverstärker OP&sub1; einen Ausgang mit niedrigem Pegel als zweites Steuersignal. Der Einstellschalter 20A weist zwei gekoppelte Transistoren Q4 und Q5 auf, von denen letzterer in Serie mit der Reihenkombination der Erregerspule L eingefügt ist. Der Rückstellschalter 30A weist einen Satz von Transistoren Q6, Q8 und FET Q7 auf, von denen der letzte zwischen die Reihenkombination aus der Erregerspule L und dem Kondensator C geschaltet ist. Der Transistor Q6 und der FET Q7 sind so geschaltet, daß sie ihre Spannungsquelle von dem Kondensator C ableiten.

Steigt im Betrieb die Eingangsspannung Vi in solchem Maße an, daß die geteilte Spannung V&sub1; größer als der Bezugspegel Vref wird, dann liefert der Eingangsspannungspegeldetektor 10A einen H-Pegel-Ausgang, um die Transistoren Q4 und Q5 anzuschalten, wodurch die Eingangsspannung Vi an die Reihenschaltung aus der Erregerspule L, dem Kondensator C und dem Transistor Q5 angelegt wird, um den Kondensator C mit einem Strom zu laden, der in einer Richtung durch die Erregerspule L fließt. Das Relais wird also auf eine Polarität unter Strom gesetzt und in die Einstellposition betätigt. Zu diesem Zeitpunkt wird der Transistor Q6 durch den H-Pegel-Ausgang von dem Eingangsspannungsdetektor 10A angeschaltet gehalten, um dadurch den FET Q7 und den Transistor Q8 abzuschalten, womit der Rückstellschalter 30A nicht leitend wird. Wird die Eingangs spannung Vi weggelassen oder in einem Maße gesenkt, daß die geteilte Spannung V&sub1; unter die Bezugs spannung Vref fällt, dann liefert der Detektor 10A einen L-Pegel-Ausgang, um dadurch die Transistoren Q4 und Q5 abzuschalten, womit der Einstellschalter 20A nicht leitend wird und der Stromfluß in der gleichen Richtung durch die Erregerspule L verunmöglicht wird. Zu diesem Zeitpunkt wird der Transistor Q6 in Reaktion auf den L-Pegel-Ausgang von dem Detektor 10A abgeschaltet, um dadurch den FET Q7 und den Transistor Q8 anzuschalten, so daß der Regelkreis aus der Erregerspule L, dem Kondensator C und dem Transistor Q8 aufgebaut wird. Dadurch wird es dem Kondensator C möglich, einen Strom der entgegengesetzten Richtung durch die Erregerspule L zu entladen, um das Relais in die Rückstellposition zum Schließen des Relaiskontakts zu betätigen.

Allerdings hat sich herausgestellt, daß die oben erläuterte Schaltung von Fig. 9 dahingehend ein ernstes Problem aufweist, daß bei der Betätigung des Relais aus der Einstellposition in die Rückstellposition eine inakzeptable Verzögerung auftreten kann. Eine solche Verzögerung kommt daher, daß der Eingangsspannungsdetektor 10A selbst nach dem Absinken der Eingangsspannung unter den Triggerpegel zum Zurückstellen des Relais die über den Kondensator C entwickelte Spannung empfängt, um kontinuierlich den H-Pegel-Ausgang zu liefern, wodurch der Transistor Q5 angeschaltet bleibt, während der Transistor Q8 noch abgeschaltet ist, und es deshalb dem Kondensator C nicht möglich ist, den Rückstellstrom durch die Erregerspule L zu entladen. Dies gilt solange, wie der Transistor Q5 so wirkt, daß ein Rückstrom aus dem Kondensator C durch die Erregerspule L fließt, wenn die Eingangsspannung auf Null oder unter den kritischen Pegel abgesenkt wird [wie dies in der Figur durch einen Pfeil angedeutet ist]. Folglich reagiert der Eingangsspannungspegeldetektor 10A auf unerwünschte Weise, um immer noch den H-Pegel-Ausgang zu liefern, bis der Kondensator C bis zu einem bestimmten Grad entladen ist, womit die Verzögerung beim Anschalten des Transistors Q8 und beim Zurückstellen des Relais verursacht wird.

Eine verbesserte Relaistreiberschaltung wurde vorgeschlagen, um die oben erwähnte Verzögerung oder den unerwünschten Rückstromfluß vom Kondensator zu dem Detektor 10A zu beseitigen. Bei der verbesserten Schaltung, die in Fig. 10 veranschaulicht ist, sind die den Einstellschalter 20B bildenden Transistoren Q4 und Q5 als Darlington-Paar geschaltet. Nit der Darlington-Schaltung kann der Transistor Q4 einen Rückstrom fließen lassen, aber der Transistor Q5 läßt den Rückstrom nicht durch, wobei der unerwünschte Rückstrom von dem Kondensator C zum Detektor 10B gesperrt wird und damit das unerwünschte Liefern des H-Pegel- Ausgangs von dem Detektor 10B genau zu dem Zeitpunkt verhindert wird, wo die Eingangs spannung auf Null oder unter den Triggerpegel absinkt.

Die Verbesserung von Fig. 10 verhindert zwar zufriedenstellend den Fehlerbetrieb der Schaltung, aber bei der Verwendung der Darlington-Schaltung tauchte ein anderes Problem auf. Dies bedeutet, daß die Schaltung von Fig. 10, da die Darlington- Schaltung eine höhere Eingangs spannung als eine einzige Transistorschaltung erfordert, um die Einstell- und Rückstellströme mit einem vorgeschriebenen Pegel zu erzeugen, der zur Magnetisierung der Erregerspule ausreicht, dementsprechend mehr Eingangsleistung erfordert und damit unter dem Gesichtspunkt eines niedrigeren Energieverbrauchs nicht zufriedenstellend ist. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Relaistreiberschaltung für eine batteriebetriebene tragbare Vorrichtung geeignet ist, bei der Energiesparen ein Hauptanliegen darstellt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die oben aufgezeigten Probleme wurden bei der vorliegenden Erfindung nach den Ansprüchen erfolgreich behoben, die den oben schriebenen unerwünschten Rückstromfluß ohne Verwendung der Darlington-Schaltung verhindert. Die Relaistreiberschaltung der vorliegenden Erfindung ist zur Verwendung mit einem bistabilen Relais gedacht, das eine Erregerspule aufweist, die bewirkt, daß das Relais eine Einstellposition zum Schließen eines Relaiskontakts annimmt, wenn es mit einer gegebenen Polarität unter erregt wird, und eine Rückstellposition zum Öffnen des Relaiskontakts annimmt, wenn es entgegengesetzt erregt wird.

Die Relaistreiberschaltung ist mit einem Kondensator verbunden, der in Reihe mit der Erregerspule des Relais eingefügt ist, und weist zwei Eingangsanschlüsse sowie einen über die Eingangs anschlüsse verbundenen Eingangsspannungspegeldetektor auf. Der Pegeldetektor liefert ein erstes Steuersignal, wenn eine erste an die Schaltung angelegte Eingangsspannung erfaßt wird, die einen vorbestimmten Triggerspannungspegel überschreitet, und liefert ein zweites Steuersignal, wenn eine Eingangsspannung erfaßt wird, die unter dem Triggerpegel liegt. Ein Einstellschalter ist mit der Kombination aus Erregerspule und Kondensator in Serie geschaltet. Der Einstellschalter wird durch das erste Steuersignal leitend gemacht, um die Eingangsspannung an die Reihenkombination aus der Erregerspule und dem Kondensator anzulegen, wodurch der Einstellstrom durch die Erregerspule geliefert und der Kondensator geladen wird. Mit der Reihenkombination aus der Erregerspule und dem Kondensator ist ein Rückstellschalter parallelgeschaltet, der in Reaktion auf das zweite Steuersignal leitend gemacht wird, um den Kondensator in der entgegengesetzten Richtung durch die Erregerspule zu entladen.

Die Schaltung ist dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Deaktivierungseinrichtung aufweist, die die über den Kondensator entwickelte Spannung überwacht und den Einstellschalter nicht leitend macht, wenn der Kondensator bis zu einem Spannungspegel geladen ist, der ausreicht, damit der Rückstellstrom zur Erregerspule geliefert werden kann, wodurch verhindert wird, daß die Spannung des Kondensators den Eingangsspannungspegeldetektor falsch betätigt.

Demnach wird der Einstellschalter nach dem Laden des Kondensators bis zu einem bestimmten Pegel aus der Eingangsspannung durch den Einstellschalter nicht leitend gemacht, um den Eingangsanschluß gegen den Kondensator zu isolieren, bis der Kondensator entladen ist. Dadurch kann der Eingangsspannungspegeldetektor nur auf die externe Eingangsspannung und nicht auf die im Kondensator akkumulierte Spannung reagieren, so daß er bei Absinken der Eingangsspannung unter den Trigger-Pegel sofort ohne Verzögerung den Rückstellschalter betätigen kann, um das Relais zurückzustellen. Mit anderen Worten, die Schaltung kann von einem Rückstromfluß von dem Kondensator zum Eingangsanschluß frei sein, der eine unbeabsichtigte Betätigung bewirken könnte, wodurch der Einstellschalter leitend wird, selbst nachdem der Eingangsspanungspegel abgesenkt wurde. Die vorliegende Relaisansteuerschaltung kann demnach erfolgreich die Reaktionsverzögerung zum Zeitpukt der Entladung des Stroms zum Zurückstellen des Relais beseitigen und erfordert zum Verhindern des Rückstromflusses keine weiteren Einrichtungen wie Darlington- gekoppelte Transistoren, wodurch ein entsprechender Anstieg des Eingangsspannungspegels oder der Eingangsleistung zum Ansteuern des Relais erforderlich wird.

Demnach liegt eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Relaistreiberschaltung vorzusehen, die das Relais in rascher und zuverlässiger Reaktion auf eine Absenkung des Eingangsspannungspegels zurückstellen kann, aber dennoch eine minimale Eingangsspannung zum Unterstromsetzen der Erregerspule über die Betätigung der Einstell- und Rückstellschalter erfordert.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Schaltung mit den Eingangsanschlüssen, einem ersten Anschlußsatz zur Verbindung mit der Reihenkombination aus der Erregerspule und dem Kondensator sowie einem zweiten Anschlußsatz zur Verbindung über den Kondensator in einem einzigen IC-Chip konfiguriert. Der Chip umfaßt in der Schaltung einen Generator, der eine Bezugspannung liefert. Die Bezugsspannung wird am Eingangspegeldetektor dafür verwendet, zu bestimmen, ob die Eingangsspannung die Trigger- Spannung überschreitet oder nicht, und sie wird auch an der Deaktivierungseinrichtung verwendet, um den Einstellschalter leitend oder nicht leitend zu machen.

Deshalb liegt eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Relaistreiberschaltung anzugeben, die zu einem einzigen IC-Chip konfiguriert ist.

In der Chipschaltung ist zusätzlich eine Bezugsspannungsverstelleinrichtung vorgesehen, die den Bezugsspannungspegel in Reaktion auf ein externes Signal so ändert, daß die Schaltung der vorliegenden Erfindung mit unterschiedlichen Trigger- Spannungspegeln verwendet werden kann.

Deshalb ist nach einer anderen Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Relaistreiberschaltung vorgesehen, die in der Lage ist, den Trigger-Spannungspegel zum Einstellen und Rückstellen des Relais zu verändern.

Die Chipschaltung weist ferner einen Gate-Anschluß zum Empfang eines externen Rückstellsignals auf, das verursacht, daß der Eingangsspannungspegeldetektor das zweite Steuersignal zum Rückstellen des Relais liefert, unabhängig davon, ob die Eingangsspannung an die Schaltung angleget wird.

Darüberhinaus liegt demnach eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Relaistreiberschaltung vorzusehen, die in der Lage ist, das Relais in übersteuernder Beziehung zu der an die Schaltung angelegten Eingangsspannung zurückzustellen.

Die obengenannten und weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlich; darin zeigen

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Relaistreiberschaltung zur Veranschaulichung einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine detaillierte Schaltungskonfiguration der Schaltung von Fig. 1;

Fig. 3A und 3B veranschaulichend Wellenformen einer an die obengenannte Schaltung anzulegenden Spannung;

Fig. 4 ein Blockdiagramm einer Modifizierung der oben erwähnten Schaltung;

Fig. 5 eine detaillierte Schaltungskonfiguration der Schaltung von Fig. 4;

Fig. 6 und 7 jeweils Schaltungsdiagramme, die alternativ als Rückstellschalter bei der Schaltung von Fig. 5 verwendet werden können;

Fig. 8 ein Blockdiagramm einer Relaistreiberschaltung aus dem Stand der Technik;

Fig. 9 eine Schaltungskonfiguration der Schaltung nach dem Stand der Technik von Fig. 8; und

Fig. 10 eine Schaltungskonfiguration einer weiteren Relaistreiberschaltung.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Unter Bezug auf Fig. 1 ist eine Relaistreiberschaltung nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Schaltung soll ein (nicht gezeigtes) bistabiles Relais mit einer Erregerspule L und einem Relaiskontakt ansteuern. Das Relais nimmt eine Einstellposition zum Schließen des Relaiskontakts an, wenn die Erregerspule L durch einen Strom mit einer Polarität unter Strom gesetzt wird (im folgenden als Einstellstrom bezeichnet), und es nimmt eine Rückstellposition zum Öffnen des Kontakts an, wenn die Erregerspule L durch einen Strom mit entgegengesetzer Polarität unter Strom gesetzt wird (im folgenden als Rückstellstrom bezeichnet).

Ein Kondensator C ist mit der Erregerspule L des Relais in Reihe geschaltet und dafür verantwortlich, den Rückstellstrom als einen Entladungsstrom zu liefern. Die Schaltung umfaßt zwei Eingangsanschlüsse 1 und 2 zum Empfang einer Eingangs Steuerspannung, die zwischen zwei Spannungspegeln schwankt. Ein Eingangsspannungspegeldetektor 10 ist in der Schaltung aufgenommen, um die Steuer- oder Eingangsspannung Vi zu erfassen, die über die Eingangsanschlüsse 1 und 2 angelegt wird, und bestimmt, ob die Eingangsspannung Vi eine Trigger-Spannung überschreitet oder nicht. Wird eine über der Trigger-Spannung liegende Eingangs spannung erfaßt, dann liefert der Detektor 10 einen ersten Steuerausgang an einen Einstellschalter 20. Ansonsten liefert der Detektor 10 einen zweiten Steuerausgang an einen Rückstellschalter 30.

Der Einstellschalter 10 ist mit der Reihenkombination aus der Erregerspule L und dem Kondensator C in Reihe geschaltet und wird in Reaktion auf das erste Steuersignal von dem Eingangsspannungspegeldetektor 10 leitend gemacht, so daß die Eingangsspannung Vi an die Reihenkombination aus der Erregerspule L und dem Kondensator C angelegt wird, wodurch der Einstellstrom durch die Erregerspule L fließt und den Kondensator C lädt. Tritt dies auf, dann wird das Relais in die Einstellposition zum Schließen des Kontakts betätigt und in dieser Position gehalten. Der Einstellschalter 10 wird leitend gehalten, bis das zweite Steuersignal aus dem Detektor 10 abgegeben wird oder die Eingangsspannung Vi unter den Trigger-Spannungspegel absinkt.

Der Rückstellschalter 30 ist über die Reihenkombination aus der Erregerspule L und dem Kondensator C geschaltet und wird in Reaktion auf das zweite Steuersignal leitend gemacht, so daß der Kondensator C durch die Erregerspule L den Strom mit der entgegengesetzten Polarität als Rückstellstrom entladen-kann. Tritt dies auf, dann wird das Relais also in die Rückstellposition betätigt und an dieser Position gehalten, bis der Detektor 10 das erste Steuersignal liefert. Die obengenannte Konfiguration ähnelt der Schaltung von Fig. 7 und 8.

Die Schaltung der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Deaktivierungseinrichtung 40 umfaßt, die die über den Kondensator C entwickelte Spannung überwacht und den Einstellschalter 20 deaktiviert oder zwangsweise nicht leitend macht, wenn die überwachte Spannung einen Pegel überschreitet, der ausreicht, um den Entladungs- oder Rückstell- Strom durch die Erregerspule L zu liefern, damit das Relais bei der nachfolgenden Operation zurückgestellt wird.

Fig. 2 veranschaulicht eine detaillierte Konfiguration der Schaltung, bei der der Eingangsspannungsdetektor 10 einen Operationsverstärker OP&sub1;&sub0;, ein Widerstandsnetzwerk aus Widerständen R&sub1;&sub1; bis R&sub1;&sub5; sowie eine Bezugsspannungsquelle E&sub1; aufweist, die einen Bezugsspannungspegel Vref liefert. Der Operationsverstärker Opio vergleicht die durch die Widerstände R&sub1;&sub1; und R&sub1;&sub2; geteilte Eingangs Spannung mit dem Bezugsspannungspegel Vref und erzeugt einen ersten Steuer-(H-Pegel)-Ausgang, wenn die geteilte Eingangsspannung die Bezugsspannung Vref überschreitet, oder wenn die Eingangsspannung Vi den Trigger-Spannungspegel überschreitet. Ansonsten liefert der Verstärker OP&sub1;&sub0; den zweiten Steuer-(L-Pegel)-Ausgang, der angibt, daß die Eingangsspannung Vi unter der Trigger-Spannung liegt. In diesem Fall erzeugt der Verstärker OP&sub1;&sub0; den zweiten Steuer-(L-Pegel)-Ausgang, wenn keine wesentliche Spannung über die Eingangsanschlüsse 1 und 2 angelegt wird.

Der Einstellschalter 20 weist zwei Transistoren Q&sub2;&sub0;, Q&sub2;&sub1; und Widerstände R&sub2;&sub1;, R&sub2;&sub2; auf, wobei der Transistor Q&sub2;&sub0; mit der Reihenkombination aus der Erregerspule L und dem Kondensator C zwischen den Eingangsanschlüssen 1 und 2 in Reihe geschaltet ist. Bei Empfang des ersten Steuer-(H-Pegel)-Ausgangs von dem Detektor 10 wird der Transistor Q&sub2;&sub1; leitend gemacht, wodurch der Transistor Q&sub2;&sub0; seinerseits leitend gemacht wird, um den Einstellstrom aus der Eingangs spannung durch die Erregerspule L fließen zu lassen und den Kondensator C zu laden, womit das Relais in die Einstellposition betätigt wird.

Der Rückstellschalter 30 weist Transistoren Q&sub3;&sub0;, Q&sub3;&sub1;, den FET Q&sub3;&sub2; und Widerstände R&sub3;&sub1; und R&sub3;&sub2; auf. Der Transistor Q&sub3;&sub0; ist über die Reihenkombination aus der Erregerspule L und dem Kondensator C geschaltet, während der Transistor Q&sub3;&sub1; und der FET Q&sub3;&sub2; so in den Kreis geschaltet sind, daß sie ihre Betriebsspannung von der über den Kondensator C entwickelten Spannung ableiten. Wird der zweite Steuer-(L-Pegel)-Ausgang aus dem Detektor 10 als Ergebnis dessen abgegeben, daß beispielsweise die Eingangsspannung Vi auf Null abgesenkt wird, dann werden die Transistoren Q&sub2;&sub1; und Q&sub2;&sub0; des Einstellschalters 20 abgeschaltet, während der Transistor Q&sub3;&sub1; nicht leitend wird, um dadurch den FET Q&sub3;&sub2; und den Transistor Q&sub3;&sub0; anzuschalten. Die Reihenkombination aus der Erregerspule L und dem Kondensator C wird also durch den Transistor Q&sub3;&sub0; in Nebenschluß geschaltet, womit es dem Kondensator möglich wird, den Rückstellstrom zu entladen, der durch den Regelkreis über die Erregerspule L fließt, um das Relais zurückzustellen. Es sei zu diesem Zeitpunkt bemerkt, daß dann, wenn der erste Steuer-(H-Pegel)-Ausgang von dem Detektor 10 abgegeben wird, der Transistor Q&sub3;&sub1; des Rückstellschalters 30 leitend gehalten wird, um das Anschalten des Transistors Q&sub3;&sub0; zu verunmöglichen, womit der Rückstellschalter 30 nicht leitend gehalten wird.

Die Deaktivierungseinrichtung 40 weist zwei Abschnitte auf, von denen einer ein Differentialverstärker 40A mit einem Operationsverstärker Q&sub4;&sub1; und Widerständen R&sub4;&sub1; bis R&sub4;&sub5; und der andere ein Komparator 40B mit einem Operationsverstärker OP&sub4;&sub2; und einem Kondensator C&sub4;&sub0; ist. Der Differentialverstärker OP&sub4;&sub1; liefert eine Ausgangs Spannung, die zu der über den Kondensator C entwickelten Spannung proportional ist. Die Ausgangsspannung des Verstärkers 40A wird dann am Komparator 40B mit einer zweiten Bezugsspannung verglichen, die den gleichen Bezugspegel Vref wie am Detektor 10 aufweisen kann, um einen L-Pegel- Ausgang zu liefern, wenn diese darüberliegt, und im entgegenggesetzen Fall einen H-Pegel-Ausgang zu liefern, wobei ein solcher Ausgang des Komparators 40B der Basis des Transistors Q&sub2;&sub2; des Einstellschalters 20 zugeführt wird. Die Ausgangsspannung des Verstärkers 40A und die zweite Bezugs spannung Vref sind so ausgewählt, daß der Komparator 40B den L-Pegel-Ausgang liefert, wenn der Kondensator C bis zu einem bestimmten Pegel geladen ist, der ausreicht, um die Lieferung des Rückstellstroms durch die Erregerspule L zum Rückstellen des Relais bereitzustellen.

Jedesmal, wenn der Kondensator C ausreichend aus der Eingangsspannung Vin geladen ist, liefert der Komparator 40B also den L-Pegel-Ausgang, der ein Deaktivierungssignal ist, womit der Transistor Q21 und dann seinerseits der Transistor Q&sub2;&sub0; des Einstellschalters 20 nicht leitend gemacht werden. Passiert dies, dann wird der Kondensator C von dem Eingangsanschluß 2 getrennt, so daß die im Kondensator C akkumulierte Spannung nicht an den Detektor 10 angelegt wird oder kein Rückstrom von dem Kondensator C zu dem Eingangsanschluß 2 fließt. Zum Zeitpunkt der Rückstellung des Relais durch Senken der Eingangs Spannung Vi auf Null oder unter den Trigger-Pegel wird also der Detektor 10 am Empfang der Spannung bes Kondensators C und damit daran gehindert, den ersten Steuer-(H-Pegel)-Ausgang zu liefern, der den Einstellschalter 20 leitend macht. Dadurch liefert der Detektor 10 in prompter Reaktion auf die gesenkte Eingangsspannung Vin den zweiten Steuer-(L-Pegel)-Ausgang, um den Rückstellschalter 30 zum sofortigen Rückstellen des Relais leitend zu machen. Auf diese Weise wird die in dem Kondensator C akkumulierte Spannung nicht unbeabsichtigt rückwirken und am Eingangsspannungspegeldetektor 10 einen falschen H-Pegel-Ausgang liefern, der eine Ansprechverzögerung beim Rückstellen des Relais verursachen würde. Zu diesem Zeitpunkt sei bemerkt, daß der Detektor 10 nicht nur auf eine Eingangs spannung in Form des Rechteckimpulses von Fig. 3A, sondern auch auf eine Eingangsspannung in Form eines allmählich ansteigenden Pegels anspricht, wie er in Fig. 38 gezeigt ist, um den ersten Steuer(H-Pegel)-Ausgang zu liefern.

Unter Bezug auf Fig. 4 und 5 ist eine Modifizierung der oben erläuterten Schaltung veranschaulicht. Die Modifizierung soll die Schaltung in einem einzigen IC-Chip aufbauen und ist mit der Schaltung der obengenannten Ausführungsform identisch, davon abgesehen, daß die Modifizierung zusätzlich einen Feststromgenerator 150 und einen Bezugsspannungsgenerator 160 umfaßt. Wie dies in Fig. 4 veranschaulicht ist, weist die modifizierte Schaltung einen Eingangsspannungsdetektor 110, einen Einstellschalter 120, einen Rückstellschalter 130 sowie eine Deaktivierungseinrichtung 140 auf, die in den gleichen Funktionsanordnungen wie bei der obengenannten Ausführungsform angeordnet sind. Diese Bauteile sind in dem einzigen IC-Chip realisiert (das in Fig. 4 und 5 durch ein Rechteck 100 angedeutet ist), der einen Satz aus einem Eingangsspannungsanschluß 101 sowie einem Masseanschluß 102, einem ersten Anschluß 103 sowie einem zweiten Anschluß 104 aufweist. Der erste und der zweite Anschluß 103 und 104 werden zum Anschluß an eine externe Schaltung einer Erregerspule L des Relais und einem Kondensator C verwendet. An dem IC-Chip sind auch ein Gate-Anschluß 105, ein Bezugsspannungsverstellanschluß 106 sowie ein zusätzlicher Masseanschluß 107 vorgesehen.

Der Bezugsspannungsgenerator 150 ermöglicht Feststromoperationen für mehrere Abschnitte der Schaltung, während der Bezugsspannungsgenerator 160 eine Bezugspannung Vref zur Verwendung in dem Detektor 110 und der Deaktivierungseinrichtung 140 liefert. Wie dies in Fig. 5 gezeigt ist, ist der Ausgang des Bezugsspannungsgenerators 160 mit dem Bezugsspannungsverstellanschluß 106 über die Teilerwiderstände R&sub1;&sub6;&sub1; und R&sub1;&sub6;&sub2; so verbunden, daß die Bezugsspannung mit unterschiedlichen Pegeln geliefert werden kann. D.h., ist der Bezugsspanungsverstellanschluß 106 mit dem Masseanschluß 107 verdrahtet, dann wird der Ausgang des Generators 160 durch die Widerstände R&sub1;&sub6;&sub1; und R&sub1;&sub6;&sub2; geteilt, um eine niedrigere Bezugsspannung als eine Vorgabespannung zu liefern, die den Ausgang des Generators 160 bildet, wenn eine solche Verdrahtung nicht durchgeführt wird. Die Bezugsspannung kann also zwischen der vorgegebenen hohen Spannung, d.h. 5 V und der gesenkten Spannung, d.h. 3 V ausgewählt werden, je nachdem, wie dies für die spezielle Vorrichtung erforderlich ist, bei der die Schaltung verwendet wird.

Der Eingangsspannungspegeldetektor 110 ist ein Komparator mit Transistoren Q&sub1;&sub1;&sub1; bis Q&sub1;&sub1;&sub6; und Widerständen R&sub1;&sub1;&sub1; bis R&sub1;&sub1;&sub3;. Geht die durch die Widerstände R&sub1;&sub1;&sub1; und R&sub1;&sub1;&sub2; geteilte Eingangsspannung Vi über die Bezugsspannung Vref hinaus, dann wird der Transistor Q&sub1;&sub1;&sub6; angeschaltet, um dadurch den Einstellschalter 120 leitend zu machen, während der Rückstellschalter 130 nicht leitend gemacht wird. Zu diesem Zeitpunkt sei bemerkt, daß der Komparator 110 eine Hysteresefunktion aufweist, um den Eingangspegel zu erhöhen, indem der Transistor Q&sub1;&sub1;&sub7; vorgesehen ist, der über den Widerstand R&sub1;&sub1;&sub3; in Reihe mit dem Teilerwiderstand R&sub1;&sub1;&sub2; geschaltet und so angeordnet ist, daß er abschaltet, wenn der Transistor Q&sub1;&sub1;&sub8; angeschaltet wird, womit ein stabiler Betrieb gewährleistet ist.

Der Einstellschalter 120 weist Transistoren Q&sub1;&sub2;&sub0; bis Q&sub1;&sub2;&sub3; auf, während der Rückstellschalter 130 Transistoren Q&sub1;&sub3;&sub0; bis Q&sub1;&sub3;&sub6; aufweist. Wird der Transistor Q&sub1;&sub1;&sub6; des Detektors 110 angeschaltet, da im Ergebnis erfaßt wurde, daß die Eingangsspannung Vi die Bezugsspannung Vref überschreitet, dann wird der Transistor Q&sub1;&sub2;&sub2; des Einstellschalters 120 abgeschaltet, um einen Basisstrom an den Transistro Q&sub1;&sub2;&sub1; von dem Transistor Q&sub1;&sub2;&sub4; zu liefern, der als Feststromquelle wirkt, wodurch die Transistoren Q&sub1;&sub2;&sub1; und Q&sub1;&sub2;&sub0; des Einstellschalters 120 leitend gemacht werden, um den Einstellstrom durch die Erregerspule L zu liefern. Unter dieser Bedingung wird der Transistor Q&sub1;&sub3;&sub7; abgeschaltet, um einen Feststrom an einen Stromspiegel aus dem Transistor Q&sub1;&sub3;&sub3; und Q&sub1;&sub3;&sub4; von dem Transistor Q&sub1;&sub3;&sub2; zu liefern, der als Feststromquelle wirkt; dies durch einen weiteren Stromspiegel aus den Transistoren Q&sub1;&sub3;&sub6; und Q&sub1;&sub3;&sub9;, wodurch die Transistoren Q&sub1;&sub3;&sub5; und Q&sub1;&sub3;&sub6; an- bzw. abgeschaltet werden und demnach die Transistoren Q&sub1;&sub3;&sub1; und Q&sub1;&sub3;&sub0; abgeschaltet werden, um den Rückstellschalter 130 nicht leitend zu machen.

Beim Abschalten des Transistors Q&sub1;&sub1;&sub6; des Detektors 110 als Ergebnis der Tatsache der Erfassung der Tatsache, daß die Eingangsspannung Vi unter die Bezugsspannung Vref abgesunken ist, wird der Transistor Q&sub1;&sub3;&sub0; angeschaltet, um den Rückstellschalter 130 leitend zu machen, so daß der Rückstellstrom durch die Erregerspule L geliefert wird, während der Transistor Q&sub1;&sub2;&sub0; abgeschaltet wird, um den Einstellschalter 120 nicht leitend zu machen.

Wie bei der Ausführungsform von Fig. 2 weist die Deaktivierungseinrichtung 140 einen Differentialverstärker 140A und einen Komparator 140B auf. Bei der Schaltung von Fig. 5 ist der Differentialverstärker 140A durch Transistoren Q&sub1;&sub4;&sub2; bis Q&sub1;&sub4;&sub8; und Widerstände R&sub1;&sub4;&sub5; bis R&sub1;&sub4;&sub8; realisiert, und der Koilparator 140B ist durch die Transistoren Q&sub1;&sub8;&sub0; bis Q&sub1;&sub8;&sub4; sowie einen Kondensator C&sub1;&sub4;&sub0; realisiert. Wird der Kondensator C durch die an die Schaltung angelegte Eingangs spannung bis zu einem Pegel geladen, der die Bezugsspannung Vref des Komparators 140B überschreitet, dann liefert der Komparator einen L-Pegel-Ausgang zu dem Transistor Q&sub1;&sub2;&sub3; und schaltet ihn an, wobei dieser zwischen eine Feststromversorgungsleitung L&sub2; zu dem Einstellschalter 120 und Massse eingefügt ist, wodurch die Transistoren Q&sub1;&sub2;&sub1; und Q&sub1;&sub2;&sub0; abgeschaltet werden, um den Rückstellschalter 120 zu deaktivieren, oder untersagt wird, daß die Spannung des Kondensators C in Rückwärtsrichtung an den Detektor 110 angelegt wird.

Sinkt die Eingangsspannung Vi auf Null oder unter den Bezugsspannungspegel Vref des Detektors 110, dann wird der Transistor Q&sub1;&sub1;&sub6; abgeschaltet und stoppt die Lieferung eines Feststroms an den Stromspiegel aus den Transistoren Q&sub1;&sub3;&sub8; und Q&sub1;&sub3;&sub9;, wodurch der Transistor Q&sub1;&sub3;&sub0; angeschaltet wird und es deshalb dem Kondensator C ermöglicht wird, den Rückstellstrom durch die Erregerspule L zu entladen, um das Relais zurückzustellen. Tritt dies auf, dann empfängt der Transistor Q&sub1;&sub2;&sub1; keinen Basisstrom, wodurch der Transistor Q&sub1;&sub2;&sub1; abgeschaltet gehalten wird und demnach der Einstellschalter 120 nicht leitend gehalten wird.

Der Gate-Anschluß 105 ist aufgenommen, um an die Schaltung ein externes Signal abzugeben, das den Rückstellstrom durch die Erregerspule L unabhängig vom Eingangsspannungspegel am Eingangsanschluß 101 abgibt, um das Relais zwangsweise zurückzustellen. D.h., wird ein Spannungssignal an den Gate-Anschluß 105 angelegt, dann wird die Eingangsspannung zu dem Detektor unter die Bezugsspannung Vref gedrückt. Dadurch reagiert der Detektor 110 so, daß das zweite Steuer-(L-Pegel)-Signal auf die gleiche Weise geliefert wird, wie wenn die Eingangs spannung zu der Schaltung unter den Bezugspegel sinkt, womit der Rückstellschalter 130 leitend gemacht wird, um das Relais zurückzustellen.

Der Rückstellschalter 130 kann zwar alternativ zu einer Schaltung von Fig. 6 oder Fig. 7 konfiguriert werden, Die Schaltung von Fig. 5 gilt aber als vorteilhafter als die Schaltungen von Fig. 6 und Fig. 7, um einen stabilen Rückstellbetrieb zu gewährleisten.

Die Rückstellschaltung von Fig.5 kann insbesondere unerwünschte, Fehler induzierende Effekte aufheben, die durch eine gegenelektromotorische Kraft beeinflußt werden, die an der Erregerspule L entwickelt werden und bewirken kann, daß der erste Anschluß 103 eine höhere Spannung als die Eingangsspannung Vi aufweist, oder daß der zweite Anschluß 104 eine niedrigere Spannug als den Massepegel aufweist. Erlebt die Schaltung 130A von Fig. 6 beispielsweise aufgrund der an der Erregerspule L entwickelten gegenelektromotorischen Kraft eine Spannung, die höher als die Eingangsspannung Vi ist, dann empfängt der zweite Anschluß 104A eine entsprechend höhere Spannung durch den Kondensator C, so daß der Transistor Q&sub1;&sub3;&sub5;, in Sperrichtung vorgespannt und der Transistor Q&sub1;&sub3;&sub0; angeschaltet wird, wodurch sich eine unbeabsichtigte oder fehlerhafte Leitung des Rückstellschalters 130A ergibt.

Ebenso wird dann, wenn die Schaltung 130B von Fig. 7 aufgrund der gegenelektromotorischen Kraft am zweiten Anschluß 104B eine Spannung erlebt, die unter dem Massepegel liegt, der Transistor Q&sub1;&sub3;&sub6;, in Sperrichtung vorgespannt und der Transistor Q&sub1;&sub3;&sub0;, angeschaltet, wodurch sich ebenfalls eine fehlerhafte Leitung beim Rückstellschalter 130B ergibt.

Um eine solche unerwünschte Wirkung zu beseitigen, ist der Rückstellschalter 130 von Fig. 5 so ausgestaltet, daß ein in Reihe geschaltetes Paar von Zenerdioden ZD&sub1; und ZD&sub2; zwischen der Basis des Transistors Q&sub1;&sub3;&sub6; des Rückstellschalters 130 und der Eingangsspannungsleitung vorgesehen ist und gleichzeitig der Emitter des Transistors Q&sub1;&sub3;&sub5; mit dem Emitter des Transistors Q&sub1;&sub3;&sub6; verbunden ist.

Bezugszeichenliste

Vin Eingangsspannung

Vref Bezugsspannung

L Erregerspule

C Kondensator

1 Eingangsanschluß

2 Eingangsanschluß

10 Eingangsspannungspegeldetektor

OP&sub1;&sub0; Operationsverstärker

R&sub1;&sub1; - R&sub1;&sub5; Widerstand

20 Einstellschalter

Q&sub2;&sub0; Transistor

Q&sub2;&sub1; Transistor

R&sub2;&sub1; Widerstand

R&sub2;&sub2; Widerstand

30 Rückstellschalter

Q&sub3;&sub0; Transistor

Q&sub3;&sub1; Transistor

Q&sub3;&sub2; FET

R&sub3;&sub1; Widerstand

R&sub3;&sub2; Widerstand

40 Deaktivierungseinrichtung

40A Differentialverstärker

40B Komparator

OP&sub4;&sub1; Operationsverstärker

R&sub4;&sub1; bis R&sub4;&sub5; Widerstand

C&sub4;&sub0; Kondensator

101 Eingangsanschluß

102 Masseanschluß

103 Erster Anschluß

104 Zweiter Anschluß

105 Gate-Anschluß

106 Bezugsspannungs-Verstellanschluß

107 Masseanschluß

110 Eingangsspannungsdetektor

Q&sub1;&sub1;&sub1; bis Q&sub1;&sub1;&sub7; Transistor

R&sub1;&sub1;&sub1; bis R&sub1;&sub1;&sub4; Widerstand

120 Einstellschalter

Q&sub1;&sub2;&sub0; bis Q&sub1;&sub2;&sub4; Transistor

130 Rückstellschalter

Q&sub1;&sub3;&sub0; bis Q&sub1;&sub3;&sub9; Transistor

140 Deaktivierungseinrichtung

140A Differentialverstärker

140B Komparator

Q&sub1;&sub4;&sub2; bis Q&sub1;&sub4;&sub8; Transistor

R&sub1;&sub4;&sub5; bis R&sub1;&sub4;&sub8; Widerstand

Q&sub1;&sub8;&sub0; bis Q&sub1;&sub8;&sub4; Transistor

C&sub1;&sub4;&sub0; Kondensator

150 Bezugsstromgenerator

160 Bezugsspannungsgenerator

R161 Teilerwiderstand

R162 Teilerwiderstand


Anspruch[de]

1. Relaistreiberschaltung für ein bistabiles Relais des Rasttyps mit einer Erregerspule (1), die bewirkt, daß das Relais eine Einstellposition zum Schließen eines Relaiskontakts annimmt, wenn es durch einen Einstellstrom einer gegebenen Polarität unter Strom gesetzt wird, und eine Rückstellposition zum Öffnen des Relaiskontakts annimmt, wenn es durch einen Rückstellstrom mit der entgegengesetzten Polarität unter Strom gesetzt wird, wobei die Schaltung folgendes aufweist:

- zwei Eingangsanschlüsse (1, 2), an die eine Eingangsspannung angelegt wird;

- einen Kondensator (C) in Reihe mit der Erregerspule (L) des Rastrelais;

- einen Eingangsspannungsdetektor (10, 110), der über die Eingangsanschlüsse geschaltet ist, um ein erstes Steuersignal zu liefern, wenn eine an die Schaltung angelegte Eingangsspannung mit einem Pegel erfaßt wird, der einen vorbestimmten Triggerspannungspegel überschreitet, und ein zweites Steuersignal zu liefern, wenn eine Eingangsspannung mit einem Pegel erfaßt wird, der den Triggerspannungspegel nicht überschreitet;

- einen Einstellschalter (20, 120), der mit der Erregerspule und dem Kondensator zwischen den Eingangsanschlüssen in Serie geschaltet ist, wobei der Einstellschalter in Reaktion auf das erste steuersignal leitend gemacht wird, um die Eingangsspannung an die Serienschaltung aus der Erregerspule und dem Kondensator anzulegen, wodurch der Einstellstrom durch die Erregerspule geliefert und der Kondensator geladen wird; sowie

- einen über die Serienschaltung aus der Erregerspule und dem Kondensator verbundenen Rückstellschalter (30, 130), der in Reaktion auf das zweite Steuersignal leitend gemacht wird, um es dem Kondensator zu ermöglichen, einen Strom als Rückstellstrom in der entgegengesetzten Richtung durch die Erregerspule zu entladen;

gekennzeichnet durch eine Deaktivierungseinrichtung (40, 140), die die über den Kondensator entwickelte Spannung überwacht und den Einstellschalter nicht leitend macht, wenn der Kondensator bis zu einem Spannungspegel geladen ist, der ausreicht, damit der Rückstellstrom zur Erregerspule geliefert werden kann, wodurch verhindert wird, daß die Spannung des Kondensators an die Eingangsanschlüsse oder den Eingangsspannungspegeldetektor angelegt wird.

2. Relaistreiberschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Deaktivierungsschalteinrichtung einen Differentialverstärker (40A, 140A), der einen Ausgang liefert, dessen Pegel proportional zu der über den Kondensator entwickelten Spannung ist, sowie einen Komparator (40B, 140B) aufweist, der den Ausgang des Differentialverstärkers mit einem Bezugsspannungspegel vergleicht und ein Deaktivierungssignal liefert, wenn der erstere den letzteren übersteigt, womit angegeben wird, daß die Spannung des Kondensators einen Pegel erreicht, der ausreicht, um den Rückstellstrom zu der Erregerspule zu liefern, wobei das Deaktivierungssignal bewirkt, daß der Einstellschalter nicht leitend ist.

3. Relaistreiberschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangsspannungspegeldetektor, der Einstellschalter, der Rückstellschalter und die Deaktivierungseinrichtung innerhalb eines einzigen integrierten Schaltungs-[IC]-Chips aufgebaut sind, wobei der Chip die Eingangsanschlüsse, einen ersten Anschlußsatz zur Verbindung mit der Reihenschaltung mit dem Kondensator und der Erregerspule des Relais sowie einen zweiten Anschlußsatz zur Verbindung über den Kondensator aufweist.

4. Relaistreiberschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der IC-Chip zusätzlch einen Bezugsspannungsgenerator (160) umfaßt, der eine Bezugsspannung liefert, die am Eingangspegeldetektor dazu verwendet wird, zu bestimmen, ob der Eingangsspannungspegel den Triggerpegel überschreitet oder nicht, sowie an der Deaktivierungseinrichtung verwendet wird, um den Einstellschalter aufleitend oder nicht leitend zu betätigen.

5. Relaistreiberschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der IC-Chip einen Gate-Anschluß (105) zm Empfang eines externen Rückstellsignals aufweist, das bewirkt, daß der Eingangsspannungspegeldetektor das zweite Steuersignal unabhängig vom Pegel der an die Schaltung angelegten Eingangs Spannung liefert, so daß der Einstellschalter nicht leitend und der Rückstellschalter zum Rückstellen des Relais leitend wird, selbst wenn die Eingangs spannung einen Pegel zum Einstellen des Relais aufweist.

6. Relaistreiberschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung Mittel zum Verändern des Triggerpegels bei Empfang eines externen Signals aufweist.

7. Relaistreiberschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der IC-Chip Mittel zum Verändern des Triggersignals bei Empfang eines externen Signals aufweist, wobei das externe Signal durch die Verdrahtungsverbindung zwischen einem Paar von auf dem Chip vorgesehenen Anschlußleitungen erzeugt wird.







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