CH642207A5 - Kontaktloses relais. - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein kontaktloses Relais mit einer Vollweg-Gleichrichterbrücke und einem Thyristor, dessen Anode und Katode je mit einem Gleichstromanschluss der Brücke verbunden sind, mit einem ersten Transistor, dessen Laststrecke der Basis-Katodenstrecke des Thyristors parallelgeschaltet ist und dessen Steueranschluss über mindestens einen Widerstand an dem mit der Anode des Thyristors verbundenen Gleichstromanschluss liegt, mit einem zweiten Transistor, der durch eine Steuerspannung steuerbar ist und der den Steuerstrom für den Thyristor steuert.

Ein kontaktloses Relais dieser Art ist bereits beschrieben worden. Der der Basis-Katodenstrecke des Thyristors parallelgeschaltete Transistor wird über einen an den Gleichstromanschlüssen der Brücke liegenden Spannungsteiler entsprechend dem Verlauf der gleichgerichteten Spannung leitend gesteuert. Entsprechend wird die Basis-Katodenstrecke des Thyristors überbrückt, und der Thyristor kann nicht zünden, sofern der zweite Transistor nicht leitend ist. Wird der zweite Transistor durch eine Steuerspannung leitend gesteuert, so wird der für die Ansteuerung des ersten Transistors benötigte Strom abgeleitet, und es wird ein dritter Transistor, dessen Kollektor-Emitterstrecke parallel zur Basis-Katodenstrecke des Thyristors liegt, gesperrt. Die Basiselektrode des Thyristors erhält dann Steuerstrom, und der Thyristor kann zünden. Ist die gleichgerichtete Spannung bei Einschalten des zweiten Thyristors schon zu hoch, so kann der Thyristor nicht mehr gezündet werden, da der dritte Transistor auch ohne Anlegen eines Steuersignals bei Überschreiten einer gewissen Grösse der gleichgerichteten Spannung leitend wird. Damit wird erreicht, dass der Thyristor nur dann gezündet wird, wenn die gleichgerichtete Spannung nur wenig von Null verschieden ist, das heisst in der Nähe des Nulldurchgangs der zu schaltenden Wechselspannung.

Bei der bekannten Schaltung werden also zwei parallel zur Basis-Katodenstrecke des Thyristors geschaltete Transistoren benötigt, um den Thyristor leitend zu steuern. Das heisst, dass im Aus-Zustand des kontaktlosen Relais mindestens einer der Transistoren vom Strom durchflössen ist. Da der Thyristor auch bei einer Spannung zünden muss, die von Null nur wenig verschieden ist, zum Beispiel bei 10 V, muss das kontaktlose Relais so ausgelegt sein, dass im Aus-Zustand ein Ruhestrom fliesst, dessen Scheitelwert etwa das 10- bis 20fache des Steuerstroms für den Thyristor beträgt. Bei einem Zündstrom von zum Beispiel 1 mA fliesst also ein durch das Schaltungskonzept bedingter Ruhestrom von 10 bis 20 m A durch das Relais und damit durch die Last.

Dieser Ruhestrom ist in vielen Fällen zu hoch. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektronisches Relais der eingangs erwähnten Art so weiterzubilden, dass ein wesentlich geringerer Ruhestrom fliesst.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Stromverstärker vorgesehen ist, dessen Eingang einerseits über den Widerstand mit dem genannten Gleichstromanschluss und anderseits über eine Zenerdiode mit dem Steueranschluss des ersten Transistors verbunden ist, dass der Ausgang des Stromverstärkers einerseits mit dem genannten Gleichstromanschluss und anderseits über die Laststrecke des zweiten Transistors mit dem Steuereingang des Thyristors verbunden ist.

Der Stromverstärker kann ein in Kollektor-Basisschaltung betriebener Transistor sein. Bei höherer Netzspannung ist es empfehlenswert, den Stromverstärker aus zwei oder mehreren bezüglich ihrer Kollektor-Emitterstrecke in Reihe geschalteten, in Kollektor-Basisschaltung betriebenen Transistoren auszubilden, deren Basisanschlüsse über einen Widerstand miteinander verbunden sind. Der von einer äusseren Steuer-grösse ansteuerbare, zweite Transistor ist zweckmässigerweise Teil eines Optokopplers. Damit ist eine galvanische Trennung zwischen dem Steuereingang und dem Lastausgang des kontaktlosen Relais gewährleistet.

Die Erfindung wird an Hand zweier Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Fig. 1 und 2 näher erläutert:

In Fig. 1 ist eine Schaltungsanordnung für ein kontaktloses Relais dargestellt. Das kontaktlose Relais weist zwei Wechselstrom-Anschlussklemmen 1,2 auf. Es liegt über eine Last 22 an einer Wechselspannungsquelle. Zwischen den Klemmen 1,2 liegt ein steuerbarer Zweirichtungsschalter, zum Beispiel ein Triac 3. Statt eines Triacs können auch zwei antiparallelgeschaltete Thyristoren verwendet werden. Die Klemme 1 ist direkt und die Klemme 2 ist über einen Widerstand 21 mit einer Vollweg-Gleichrichterbrücke verbunden, die aus den Dioden 4,5,6,7 besteht. Die Steuerelektrode des Triacs 3 ist über den Widerstand 21 mit der Klemme 2 verbunden.

Die Brücke weist zwei Gleichstromanschlüsse 12,13 auf, mit denen die Katode beziehungsweise Anode eines Thyristors 8 verbunden ist. Wird der Thyristor 8 leitend gesteuert, so fliesst ein Strom über die Last 22, die Klemme 1, die Dioden 4 oder 5, den Thyristor 8, die Dioden 6 oder 7 in den Steueranschluss des Triacs 3 und steuert diesen leitend. Der Laststrom fliesst dann über die Last 22, die Klemme 1, den Triac 3 zur Klemme 2 und umgekehrt.

Parallel zur Basis-Katodenstrecke des Thyristors 8 liegt die Laststrecke (Kollektor-Emitterstrecke) eines Transistors 9. Der Steueranschluss des Transistors 9 ist über eine Zenerdiode 10 mit dem Eingang eines Stromverstärkers 14 verbunden, der anderseits über einen Widerstand 11 mit dem Gleichstromanschluss 12 verbunden ist. Der Steueranschluss des Thyristors 8 ist ausserdem über die Laststrecke eines Transistors 16 mit dem Ausgang des Stromverstärkers 14 ver5

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bunden, der anderseits ebenfalls am Gleichstromanschluss 12 liegt. Im gezeigten Fall ist der Stromverstärker 14 ein Transistor, der in Kollektor-Basisschaltung, das heisst in Emitterschaltung, bestrieben wird.

Der Betrieb des kontaktlosen Relais ist durch drei 5

Zustände charakterisiert:

1. Der Transistor 16 ist nicht angesteuert, das heisst gesperrt, und die an den Klemmen 1, 2 liegende Spannung ist so hoch, das das Relais nicht eingeschaltet werden darf.

Durch den Transistor 15 des Stromverstärkers 14 fliesst dann 10 kein Strom. Der gleichgerichtete Strom fliesst aber durch den Widerstand 11, die Zenerdiode 10 in die Basis des Transistors

9 und steuert diesen leitend. Diejenige Spannung, bei der der Transistor 9 leitend gesteuert wird, wird dabei durch die Zenerspannung der Zenerdiode 10 bestimmt. Die Basis-Kato- 15 denstrecke des Thyristors 8 wird bei Überschreiten der Zenerspannung kurzgeschlossen und der Thyristor 8 kann nicht zünden. Das kontaktlose Relais bleibt damit ausgeschaltet.

2. Der Transistor 16 ist durch eine äussere Steuergrösse eingeschaltet, und die gleichgerichtete Spannung hat eine 20 Grösse, bei der das kontaktlose Relais noch eingeschaltet werden darf. Dann fliesst ein Strom über die Last 22, den Gleichstromanschluss 12, den Widerstand 11 in den Transistor 15 und steuert diesen leitend. Der Strom fliesst weiter durch die Kollektor-Emitterstrecke des Transistors 15, durch 25 die Kollektor-Emitterstrecke des Transistors 16 zum Basisan-schluss des Thyristors 8. Ist die Zenerspannung der Zenerdiode 10 noch nicht erreicht und damit der Transistor 9 gesperrt, dann wird der Thyristor 8 gezündet. Dann fliesst ein Strom über die Last 22 durch den Thyristor 8 und steuert den 30 Triac 3 in der oben beschriebenen Weise leitend. Das Relais ist eingeschaltet.

3. Der Transistor 16 sei durch eine äussere Grösse leitend gesteuert, und die Grösse der gleichgerichteten Spannung sei so gross, dass das Relais nicht mehr einschalten darf, das 35 heisst, sie liegt oberhalb der Zenerspannung der Zenerdiode 10. Dann fliesst vom Anschluss 12 ein Strom über den Widerstand 11 in den Transistor 15, den Transistor 16 und über die Zenerdiode 10. Dieser Strom steuert den Transistor 9 leitend, wodurch die Basis-Katodenstrecke des Thyristors 8 kurzge- 40 schlössen und nicht gezündet wird. Eine Zündung kann dann erst in der Nähe des nächsten Spannungs-Nulldurchgangs eingeleitet werden.

Der Widerstand 11 ist so dimensioniert, dass der ihn durchfliessende Strom für die Ansteuerung des Transistors 15 ausreicht. Er kann zum Beispiel 180 £2 betragen. Bei einer angelegten Wechselspannung von zum Beispiel 220 V fliesst dann ein Strom in der Grössenordnung von 2 mA Scheitelwert durch den Widerstand 11. Dies ist der Ruhestrom des kontaktlosen Relais im ausgeschalteten Zustand. Da der Transistor 15 als Stromverstärker mit einer Stromverstärkung zwischen 50 und 200 arbeitet, steht als Zündstrom für den Thyristor 8 das 50- bis 200fache desjenigen Stroms zur Verfügung, der durch den Widerstand 11 fliesst. Damit wird ein ausreichender Zündstrom bereits bei einer gleichgerichteten Spannung geliefert, die nahe am Nulldurchgang dieser Spannung, zum Beispiel bei 10 V, liegt.

Der Transistor 16 kann Teil eines Optokopplers sein und mit einer lichtemittierenden Diode 17 in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sein. Der Transistor 16 kann jedoch auch, wenn eine galvanische Trennung gewünscht ist, durch einen Übertrager oder sonstwie angesteuert werden.

In Fig. 2 ist eine etwas abgeänderte Anordnung dargestellt. Gleiche oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen wie in der Anordnung nach Fig. 1 versehen. Der wesentliche Unterschied besteht darin, dass in der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 der Stromverstärker 14 zwei in Basis-Kollektorschaltung betriebene Transistoren 15,23 aufweist, die bezüglich ihrer Laststrecken in Reihe geschaltet sind. Die Basisanschlüsse beider Transistoren sind über einen Widerstand 24 miteinander verbunden. Dieser Widerstand 24 kann die gleiche Grösse wie der Widerstand 11 haben. Diese Anordnung hat gegenüber der nach Fig. 1 den Vorteil, dass sie für höhere Netzspannungen geeignet ist.

Es ist möglich, die Schaltungen nach Fig. 1 und 2 für geringere Leistungen ohne den Triac 3 auszuführen. Die Wechselspannung wird dann über die Last 22 direkt an die Klemmen 19,20 gelegt. Es ist auch möglich, statt des Triacs zwei antiparallelgeschaltete Thyristoren zu verwenden. Statt des einen Widerstandes 21 für den Triac 3 ist dann ein weiterer Widerstand 25 einzuschalten und mit dem Steueranschluss des zweiten Thyristors zu verbinden.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

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1. Kontaktloses Relais mit einer Vollweg-Gleichrichter-brücke und einem Thyristor, dessen Anode und Katode je mit einem Gleichstromanschluss der Brücke verbunden sind, mit einem ersten Transistor, dessen Laststrecke der Basis-Katodenstrecke des Thyristors parallelgeschaltet ist und dessen Steueranschluss über mindestens einen Widerstand an dem mit der Anode des Thyristors verbundenen Gleichstromanschluss liegt, mit einem zweiten Transistor, der durch eine Steuerspannung steuerbar ist und der den Steuerstrom für den Thyristor steuert, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stromverstärker (14) vorgesehen ist, dessen Eingang einerseits über den Widerstand (11) mit dem genannten Gleichstromanschluss (12) und anderseits über eine Zenerdiode (10) mit dem Steueranschluss des ersten Transistors (9) verbunden ist, dass der Ausgang des Stromverstärkers (14) einerseits mit dem genannten Gleichstromanschluss (12) und anderseits über die Laststrecke des zweiten Transistors (16) mit dem Steuereingang des Thyristors (8) verbunden ist.

2. Kontaktloses Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromverstärker (14) ein in Kollektor-Basisschaltung betriebener Transistor (15) ist.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Kontaktloses Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromverstärker (14) aus zwei oder mehreren bezüglich ihrer Kollektor-Emitterstrecke in Reihe geschalteten, in Kollektor-Basisschaltung betriebenen Transistoren (15,23) betriebenen Transistoren (15, 23) besteht,

deren Basisanschlüsse über einen Widerstand (24) miteinander verbunden sind.

4. Kontaktloses Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Transistor (16) Teil eines Optokopplers (18) ist.