DE10011863C1 - Elektronisches Relais mit mindestens einem Arbeitskontakt - Google Patents

Abstract

Elektronisches Relais mit mindestens einem Arbeitskontakt, der durch ein an den Eingangsklemmen anliegendes elektrisches Eingangssignal aus unterschiedlichen Spannungsbereichen geschaltet werden kann. Zu diesem Zweck wird eine Eingangsbeschaltung vorgeschlagen, die aus einer Konstantstromschaltung mit einem vorgeschalteten Gleichrichter besteht, die ein anliegendes Eingangssignal auf einen vorbestimmten Signalpegel in der Weise anpaßt, in dem das Eingangssignal über den gesamten Eingangsspannungsbereich mit einem konstanten Strom belastet ist, der auf eine nachfolgende Halbleiterdiode/Optokoppler abgestimmt ist. Auf diese Weise wird ein Relais ausgebildet, das universell für Eingangssignale aus einem bevorzugten Spannungsbereich von 7 V-DC bis 230 V-AC 50-60 Hz geeignet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Relais mit min­ destens einem Arbeitskontakt, der bei einem vorhandenen Eingangssignal an den Eingangsklemmen des elektronischen Relais schaltet, und einer Eingangsbeschaltung, auf die das an den Eingangsklemmen anliegende Eingangssignal mit Gleich- oder Wechselspannung wirkt und die aus einem Gleichrichter und einer nachgeschalteten Konstantstrom­ schaltung besteht.

In der Automatisierungs- aber auch in der Informations­ technik ist es erforderlich, binäre elektrische Eingangs­ signale aus unterschiedlichen Spannungsbereichen aufzu­ nehmen und für die weitere Verwendung an andere Signal­ pegel anzupassen. Zu diesem Zweck werden in der Regel Koppelrelais genutzt. Diese Koppelrelais arbeiten aber nur in einem vorbestimmten Spannungsbereich und je nach Auslegung nur für Gleichspannung und/oder Wechselspan­ nung. Darüber hinaus sind bedingt durch den begrenzten Spannungsbereich, für den die Koppelrelais ausgelegt werden können, Koppelrelais der unterschiedlichsten Spannungsbereiche vorzuhalten, um beispielsweise beim Schaltschrankbau jeden möglichen Steuerspannungsbereich im Schrank aufnehmen zu können.

Zu diesem Zweck werden aber auch elektronische Relais eingesetzt, die aus Halbleiterbausteinen bestehen.

Aus der DE 197 22 817 A1, DE 42 28 671 A1 sind beispiels­ weise derartige elektronische Relais mit mindestens einem Arbeitskontakt bekannt, über den, bei einem vorhandenen Eingangssignal an den Eingangsklemmen, der zu schaltende Strom fließt und bei dem bei fehlendem Eingangssignal der Stromfluß unterbrochen wird. Zu diesem Zweck kann der Eingangskreis eines Optokopplers ein oder mehrere licht­ emittierende Dioden enthalten, die optisch mit dem Ar­ beitskontakt, der im allgemeinen durch Schaltungen mit Transistoren und/oder Triacs und/oder Thyristoren ausge­ führt wird, verbunden sind, so daß eine galvanische Tren­ nung von Eingang und Ausgang des Arbeitskontakts reali­ siert ist.

Die für elektronische Relais verwendeten Halbleiterdio­ den/Optokoppler oder auch die lichtemittierende Diode arbeiten bekanntlich in einem sehr kleinen und eng be­ grenzten Spannungsbereich, so daß es erforderlich ist, den Pegel eines Steuersignals aus einem Spannungsbereich, der nicht dem Spannungsbereich der Halbleiterdiode oder der lichtemittierenden Diode entspricht, auf einen Span­ nungsbereich anzupassen, der für die verwendete Halblei­ terdiode oder lichtemittierende Diode geeignet ist. Zu diesem Zweck werden die Halbleiterdioden oder licht­ emittierenden Dioden der Optokoppler mit einem Vorwider­ stand versehen, der ein anliegendes Steuersignal auf ein Eingangssignalpegel für derartige Relais anpaßt, der dem Spannungsbereich der Halbleiterdiode oder der lichtemit­ tierenden Diode des Optokopplers entspricht. Folglich wird das Relais durch den Vorwiderstand, der in Abhängigkeit der Spannung des anliegenden Steuersignals ausgelegt wird, auf einen bestimmten Spannungsbereich festgelegt und ist somit für Steuersignale, die in einem anderen Spannungsbereich liegen, nicht nutzbar. Das hat zur Folge, daß beispielsweise in einem Steuerschrank für die Automatisierung von technologischen Pro­ zessen oder für Informationsprozesse, bei denen in der Regel mehrfach Steuersignale mit gleichen und verschiede­ nen Spannungsbereichen anliegen, die einzelnen Relais je­ weils mit einem auf den Spannungsbereich des zu erwarten­ den Steuersignals abgestimmten Vorwiderstand zu koppeln sind.

Zu diesem Zweck sind Koppelrelais für die unterschied­ lichsten Spannungsbereiche vorzuhalten, die in einem Schaltschrank vielfach vorzusehen sind. Damit ist ein zusätzlicher Raumbedarf verbunden, der zwangsläufig zu einer größeren Auslegung des Schaltschrankgehäuses führt.

Darüber hinaus benötigen Schaltungen mit Anpassungsnetz­ werken sehr häufig eine zusätzliche Hilfsenergie und rea­ gieren auf Störspannungen sehr sensibel.

Aus der JP 01-277 021 A ist ein elektronisches Relais mit einer Eingangsbeschaltung bekannt, die aus einer Kon­ stantstromschaltung besteht, auf die ein an den Eingangs­ klemmen anliegendes Eingangssignal mit einer Gleichspan­ nung wirkt, wobei die Konstantstromschaltung ein strombe­ grenzender Längsregler mit Rückkopplungswiderstand ist, die den Strom des anliegenden Eingangssignals an den Ein­ gangsklemmen aus einem Eingangsspannungsbereich auf einen vorgegebenen Signalpegel begrenzt. Diese Relaisschaltung hat den Nachteil, daß sie ausschließlich für Gleichspan­ nung verwendbar ist.

Um ein anliegendes Eingangssignal von Gleichspannung und Wechselspannung zu verarbeiten, ist beispielsweise aus der US 4 079 272 bekannt, daß einer Konstantstrom­ schaltung ein Gleichrichter vorzuschalten ist.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, den Aufbau der ein­ gangs genannten Relais dadurch zu verbessern, daß Steu­ ersignale mit einer Wechsel- und/oder Gleichspannung aus verschieden großen Steuerspannungsbereichen direkt auf das Relais klemmbar sind und daß einstreuende Störspan­ nungen unterdrückt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß

• - die Konstantstromschaltung ein strombegrenzender Längsregler mit Rückkopplungswiderstand ist,
• - parallel zum Rückkopplungswiderstand des Längsreglers ein Kondensator geschaltet ist und
• - die Eingangsbeschaltung das Eingangssignal auf einen vorgegebenen Signalpegel in der Weise anpaßt, in dem das Eingangssignal im gesamten Eingangsspannungsbereich mit einem konstanten Strom belastet ist, der auf eine nachfolgende lichtemittierende Diode abge­ stimmt ist.

Durch diese Eingangsbeschaltung wird gewährleistet, daß immer ein Signalpegel für die lichtemittierende Diode des Optokopplers oder auch für eine Halbleiterdiode zur Verfügung steht, der auf den Spannungsbereich der verwen­ deten lichtemittierenden Diode oder auch einer Halblei­ terdiode abgestimmt ist, unabhängig davon, ob als Ein­ gangssignal am Relais ein Signal aus einem kleinen Gleichspannungsbereich oder einem hohen Wechselspannungs­ bereich genutzt wird.

Durch den parallel zum Rückkopplungswiderstand des Längs­ reglers geschalteten Kondensator wird eine Stabilisierung der Spannung über den Rückkopplungswiderstand erreicht. Damit werden mögliche Schwankungen und Schwingungen des Eingangssignals in der Eingangsbeschaltung kompensiert. Darüber hinaus wird das Schaltverhalten des Relais in der Weise beeinflußt, daß eine große Hysterese erreicht werden kann.

Folglich ist ein derartig ausgebildetes Relais universell für Eingangssignale der verschiedensten Spannungsbereiche mit Gleich- und/oder Wechselspannung nutzbar, so daß auf ein weiteres Koppelrelais, das für spezielle Spannungsbe­ reiche ausgelegt ist oder auf zusätzliche Beschaltungen, die einem Relais vorgeschaltet werden müssen, verzichtet werden kann.

Durch die Belastung des Eingangssignals über den gesamten Eingangsspannungsbereich mit einem konstanten Strom, der auf den Arbeitsbereich der zu erregenden lichtemittieren­ den Diode oder auch Halbleiterdiode abgestimmt und damit klein ist, können einstreuende und meist leistungslose Störspannungen, die als Störsignale wirken können, wir­ kungsvoll unterdrückt werden. Folglich arbeitet ein der­ artiges Relais frei von Störsignalen.

Darüber hinaus versorgt sich die Relaisschaltung elek­ trisch selbst und auf eine zusätzliche Hilfsenergie kann verzichtet werden.

Vorteilhafterweise ist die Eingangsbeschaltung für die Wandlung eines Eingangssignals aus einem bevorzugten Spannungsbereich von 7 V-DC bis 230 V-AC 50-60 Hz ausge­ legt. Auf diese Weise ist ein elektronisches Relais mit der vorgeschlagenen Eingangsbeschaltung universell nutz­ bar. Folglich kann mit nur einer Relaisausführung ein großer Spannungsbereich, beispielsweise in der Automati­ sierungstechnik, abgedeckt werden. Desweiteren kann ein derartig ausgebildetes Relais sehr klein und kompakt aus­ gelegt werden, was sich insbesondere bei Schaltschränken vorteilhaft auswirkt, die in der Regel für die unter­ schiedlichsten Steuerspannungsbereiche ausgelegt werden. Somit ist eine sehr wirtschaftliche Herstellung und Ver­ schaltung von Schaltschränken gegeben, da zum einen der benötigte Platzbedarf für diese Relais sehr gering ist und zum anderen wird die Gefahr, daß ein Eingangssignal fehlerhaft aufgeklemmt wird infolge des Gleichrichters, der bekanntlich gleichzeitig einen Verpolungsschutz ge­ währleistet, ausgeschlossen. Darüber hinaus kann dieses Relais direkt in Automatisierungsgeräte intergriert wer­ den, so daß in bestimmten Fällen auf einen Schaltschrank verzichtet werden kann.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Er­ findung erregt die Eingangsbeschaltung die lichtemit­ tierende Diode eines Optokopplers, der das Eingangssignal von einem oder mehreren Arbeitskontakten galvanisch trennt.

Für diese Anwendungsfälle ist die vorgeschlagene Ein­ gangsbeschaltung sehr kostengünstig nutzbar, da in der Regel im Schaltschrankbau und bei Automatisierungsgeräten eine Vielzahl von Optokopplern zur Anwendung kommen, um Eingangssignale aus gleichen oder verschieden großen Spannungsbereichen zuverlässig zu erkennen und für eine definierte Schnittstelle zur Weiterverarbeitung in nach­ folgende Kontroll- und Funktionssysteme zur Verfügung zu stellen.

Die erfindungsgemäße Eingangsbeschaltung kann aber auch als Adapter in elektrischen Geräten genutzt werden. Auf diese Weise können elektrische Geräte mit dieser Ein­ gangsbeschaltung universell an Versorgungsleitungen der unterschiedlichsten Gleich- und Wechselspannungsbereiche angeschlossen werden.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den beige­ fügten Zeichnungen, in denen eine bevorzugte Ausführungs­ form der Erfindung beispielsweise veranschaulicht ist.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: ein Schaltbild einer Ausführungsform des elektronischen Relais nach der Erfindung,

Fig. 2: ein Schaltbild einer Konstantstromschaltung.

Die Erfindung wird zwar im Zusammenhang mit der bevor­ zugten Ausführungsform in den Zeichnungen beschrieben, ist aber nicht auf die besondere Ausführungsform be­ schränkt, sondern umfaßt auch alle Modifikationen und Ab­ wandlungen, die innerhalb des Anspruchs 1 möglich sind, so kann auch die Konstantstromschaltung aus einer anderen Halbleiterbeschaltung bestehen.

Das Relais nach Fig. 1 besteht im wesentlichen aus der Eingangsbeschaltung I und der Ausgangsbeschaltung II, die in Fig. 1 beispielsweise nur durch die lichtemittierende Diode 6 des Optokopplers, dem Arbeitskontakt 7 und der Ausgangsklemmen A1 und A2 dargestellt wird. Die Ausgangs­ beschaltung II kann Arbeits- und/oder Ruhekontaktschal­ tungen mit Dioden, Transistoren, Tyristoren, Triacs, in­ tegrierten Schaltungen, logischen Schaltungen, Schmitt- Triggern, Fotozellen, Fotowiderständen enthalten und ist nicht auf die in Fig. 1 gezeigte Darstellung beschränkt.

Wie in Fig. 1 gezeigt, ist an die Eingangsklemmen E1 und E2 die Eingangsbeschaltung I angeschlossen, die aus einem zu den Eingangsklemmen E1 und E2 nachgeschalteten Gleichrichter 3 und einer an den Gleichrichter 3 in Reihe geschalteten Konstantstromschaltung 4 besteht, die das anliegende Eingangssignal an den Eingangsklemmen E1, E2 auf einen konstanten Steuersignalpegel i hält, der zur Erregung der lichtemittierenden Diode 6 des Optokopplers in der nachfolgenden Ausgangsbeschaltung II geeignet ist.

Im Stromweg von der lichtemittierenden Diode 6 zum Gleichrichter 3 ist eine Leuchtdiode 5 als Kontrolleuchte eingebunden, die anzeigt, wenn die lichtemittierende Di­ ode 6 erregt und damit das Eingangssignal wirksam ist. Als Sicherung ist vor dem Gleichrichter 3 zwischen den Eingangsklemmen E1 und E2 ein Überspannungsschutz 2 und in der Leitung der Eingangsklemme E1 vor dem Überspan­ nungsschutz 2 ein Überstromschutz 1 vorgesehen.

Wie in Fig. 2 dargestellt, besteht die Konstantstrom­ schaltung 4 bevorzugt aus einem Längsregler 8 und einem Rückkoppelungswiderstand 9, der auf die lichtemittierende Diode 6 des Optokopplers abgestimmt ist. Dem Rückkopp­ lungswiderstand 9 des Längsreglers 8 ist ein Kondensator 10 parallel geschaltet.

Ein an den Eingangsklemmen E1, E2 anliegendes Steuersig­ nal wird aus einem Spannungsbereich von 7 V-DC bis 230 V- AC 50-60 Hz, durch den Gleichrichter 3 gleichgerichtet. Bei Anliegen eines Eingangssignals mit Gleichspannung dient der Gleichrichter 3 als Verpolungsschutz.

In der Konstantstromschaltung 4 wird das in Gleichspan­ nung anliegende Eingangssignal infolge des Längsreglers 8 über den gesamten Spannungsbereich auf einen konstanten Strom begrenzt. Diese Begrenzung ist der verwendeten lichtemittierenden Diode 6 des Optokopplers angepaßt. Hat das am Relais anliegende Eingangssignal eine Leis­ tung, die nicht geeignet ist, die lichtemittierende Diode 6 zu erregen, erlischt ebenfalls die Leuchtdiode 5 im Rückweg zum Gleichrichter 3 und zeigt damit an, daß die Relaisbeschaltung unwirksam ist. Auf diese Weise entsteht eine Signalschwelle, welche das Eingangssignal zur Erre­ gung des Relais überwinden muß.

Aufstellung der Bezugszeichen

I Eingangsbeschaltung
II Ausgangsbeschaltung
E1 Eingangsklemme
E2 Eingangsklemme
A1 Ausgangsklemme
A2 Ausgangsklemme

1

Überstromschutz

2

Überspannungsschutz

3

Gleichrichter

4

Konstantstromschaltung

5

Leuchtdiode

6

lichtemittierende Diode

7

Arbeitskontakt

8

Längsregler

9

Rückkopplungswiderstand

10

Kondensator
i Steuersignalpegel der lichtemittierenden Diode

Claims (3)

1. Elektronisches Relais mit mindestens einem Arbeits­ kontakt, der bei einem vorhandenen Eingangssignal an den Eingangsklemmen des elektronischen Relais schal­ tet, und einer Eingangsbeschaltung, auf die das an den Eingangsklemmen anliegende Eingangssignal mit Gleich- oder Wechselspannung wirkt und die aus einem Gleichrichter und einer nachgeschalteten Konstant­ stromschaltung besteht, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Konstantstromschaltung (4) ein strombegrenzender Längsregler (8) mit Rückkopplungswiderstand (9) ist,
• - parallel zum Rückkopplungswiderstand (9) des Längs­ reglers (8) ein Kondensator (10) geschaltet ist, und
• - die Eingangsbeschaltung (I) das Eingangssignal auf einen vorgegebenen Signalpegel in der Weise anpaßt, in dem das Eingangssignal im gesamten Eingangsspan­ nungsbereich mit einem konstanten Strom (i) belastet ist, der auf eine nachfolgende lichtemit­ tierende Diode (6) abgestimmt ist.

2. Elektronisches Relais nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Eingangsbeschaltung (I) für die Wandlung des Eingangssignals aus einem bevorzugten Spannungsbereich von 7 V-DC bis 230 V-AC 50-60 Hz ausgelegt ist.

3. Elektronisches Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsbeschal­ tung (I) die lichtemittierende Diode (6) eines Opto­ kopplers erregt, der das Eingangssignal vom Arbeits­ kontakt (7) galvanisch trennt.