DE102005043884A1 - Control circuit for a relay - Google Patents

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Abstract

The invention relates to relates to a control circuit for a relay. A coil (1) of the relay and a switch element (2) connected in series thereto are supplied by a first voltage source configured by a capacitor (4). Said capacitor (4) is connected to an AC voltage source via a charging connection configured from a first diode (5). The inventive control circuit also comprises an additional DC voltage source (U) which is connected in parallel to the first voltage source via a second diode (8). The current for maintaining the relay in the picked-up state is partially taken from the additional DC voltage source (U), thereby reducing the power taken from the first voltage source.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ansteuerungsschaltung für ein Relais, wobei eine Spule des Relais und ein dazu in Reihe geschaltetes Schaltelement von einer durch einen Kondensator gebildeten ersten Spannungsquelle versorgt sind und wobei der Kondensator über eine aus einer ersten Diode gebildeten Ladeschaltung mit einer Wechselspannungsquelle verbunden ist.The The invention relates to a drive circuit for a relay, wherein a coil of the relay and a series-connected switching element of a first voltage source formed by a capacitor are supplied and wherein the capacitor via one of a first diode formed charging circuit connected to an AC voltage source is.

Ansteuerungsschaltungen für Relais, deren Spule in Reihe mit nur einem Schaltelement an eine Spannungsquelle angeschaltet ist, kennt man aus dem Stand der Technik. Bei diesen einfach aufgebauten Schaltungen wird ein Relais durch Ein- und Ausschalten des Schaltelements, beispielsweise eines Transistors, aktiviert und deaktiviert. Zur Entmagnetisierung der Relaisspule nach dem Abschalten des Schaltelements ist in der Regel eine Freilaufschaltung mit einer Diode vorgesehen.driving circuits for relays, the coil in series with only one switching element to a voltage source is turned on, known from the prior art. In these Simply designed circuits become a relay by switching on and off of the switching element, for example a transistor activated and deactivated. For demagnetization of the relay coil after the Turning off the switching element is usually a freewheeling circuit provided with a diode.

Zur Anschaltung einer Spule eines Relais an ein Wechselspannungsnetz wird nach dem Stand der Technik eine Gleichrichterschaltung eingesetzt. Im einfachsten Fall besteht die Gleichrichterschaltung aus einer Diode und einem Kondensator. Die Diode ist dabei nur für die positiven Halbwellen der Wechselspannung durchlässig. Der Kondensator lädt sich bei abgeschaltetem Schaltelement mit jeder positiven Halbwelle zunehmend auf, wobei zumindest die Erregerspannung des Relais erreicht werden muss, damit das Relais beim Einschalten des Schaltelements anzieht.to Connecting a coil of a relay to an AC voltage network According to the prior art, a rectifier circuit is used. In the simplest case, the rectifier circuit consists of a Diode and a capacitor. The diode is only for the positive ones Half-waves of AC voltage permeable. The capacitor is charging switched off switching element with each positive half wave increasingly on, wherein at least the excitation voltage of the relay can be achieved must so that the relay attracts when switching the switching element.

Schaltet das Schaltelement ein, beginnt Strom durch die Spule des Relais zu fließen und das Relais zieht nach einer Ansprechzeit im Bereich weniger Millisekunden an. Bei weiterhin fließendem Strom wird das Relais im angezogenen Zustand gehalten. Die Halteleistung liefert dabei die Wechselspannungsquelle, indem der Kondensator über die Diode laufend nachgeladen wird. Auf diese Weise erreichen beispielsweise Relais, die als Schalter in einem 230V Wechselspannungsnetz dienen, Halteleistungen von einigen Watt.switches the switching element, starts current through the coil of the relay to flow and the relay pulls after a response time in the range less Milliseconds. When the current continues to flow, the relay becomes kept in the tightened state. The holding power delivers the AC source by running the capacitor across the diode is reloaded. In this way, for example, relays, which serve as switches in a 230V AC mains, holding powers of a few watts.

Das trifft auch auf Relais zu, die nach dem Stand der Technik in Wechselrichtern zum Anschalten von alternativen Stromquellen an ein 230V Wechselspannungsnetz dienen. Dabei handelt es sich beispielsweise um Photovoltaikanlagen oder Brennstoffzellen, für deren wirtschaftlichen Einsatz ein hoher Gesamtwirkungsgrad gefordert ist. Hohe Halteleistungen der Relais wirken sich dabei negativ auf den Gesamtwirkungsgrad aus.The also applies to relays that are state of the art in inverters for switching on alternative power sources to a 230V AC mains serve. These are, for example, photovoltaic systems or fuel cells, for their economic use requires a high overall efficiency is. High holding power of the relay have a negative effect the overall efficiency.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Ansteuerungsschaltung für ein Relais anzugeben.task the invention is opposite one the prior art improved drive circuit for a relay specify.

Erfindungsgemäß geschieht dies mit einer Ansteuerungsschaltung der eingangs genannten Art, wobei eine zusätzliche Gleichspannungsquelle vorgesehen ist, welche über eine zweite Diode parallel zu der ersten Spannungsquelle geschaltet ist. Der Vorteil liegt dabei im einfachen Schaltungsaufbau mit nur einem Schaltelement und darin, dass eine der beiden Spannungsquellen für die Bereitstellung der Erregerspannung und die andere Spannungsquelle für die Lieferung des Haltestromes optimierbar ist. So stellt beispielsweise die erste Spannungsquelle die erforderliche Erregerspannung bereit und die zusätzliche Gleichspannungsquelle liefert einen Großteil des Haltestromes. Der Spannungswert der zusätzlichen Gleichspannungsquelle bestimmt dann im Wesentlichen die verbrauchte Halteleistung.According to the invention happens this with a drive circuit of the type mentioned, wherein an additional DC voltage source is provided, which via a second diode in parallel to the first voltage source is connected. The advantage is here in a simple circuit construction with only one switching element and therein, that one of the two voltage sources for providing the excitation voltage and the other voltage source for the delivery of the holding current can be optimized. For example, imagine the first voltage source provides the required excitation voltage and the extra DC voltage source provides a large part of the holding current. Of the Voltage value of the additional DC source then essentially determines the consumed Holding power.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Ladeschaltung in Reihe zur ersten Diode einen Widerstand umfasst, der den Ladestrom des Kondensators begrenzt. Damit wird verhindert, dass der Strom aus der Ladeschaltung den Kondensator bei eingeschaltetem Schaltelement laufend nachlädt und so auf dem hohen Niveau der Wechselspannungsquelle hält. Eine entsprechende Begrenzung des Ladestromes ermöglicht eine Entladung des Kondensators über die Spule des Relais bis auf ein Spannungsniveau, das dem Spannungswert der zusätzlichen Gleichspannungsquelle abzüglich des Spannungsabfalls an der zweiten Diode entspricht.there it is advantageous if the charging circuit in series with the first diode includes a resistor that limits the charging current of the capacitor. This prevents that the current from the charging circuit the Capacitor continuously recharges when the switching element is switched on and so on at the high level of the AC source. A appropriate limitation of the charging current allows a discharge of the capacitor over the Coil of the relay down to a voltage level corresponding to the voltage value the additional DC voltage source minus the voltage drop at the second diode corresponds.

Der Strom für das weitere Halten des Relais wird somit bis auf den geringen Anteil des Ladestroms der Gleichspannungsquelle entnommen. Die Spannung der Gleichspannungsquelle ist dabei geringer als die erforderliche Erregerspannung des Relais und bewirkt somit eine geringere Halteleistung. Die Gleichspannungsquelle muss allerdings genügend Strom liefern, damit das Relais nicht abfällt.Of the Electricity for the further holding of the relay is thus down to the small proportion taken from the charging current of the DC voltage source. The voltage the DC voltage source is less than the required Excitation voltage of the relay and thus causes a lower holding power. The DC source, however, must provide enough power for the Relay does not drop.

Ein vorteilhafter Aufbau der Ansteuerungsschaltung sieht vor, dass die Spule mit einem ersten Anschluss über den Widerstand, die erste Diode und den Kondensator an einen Leiter der Wechselspannungsquelle und über die zweiten Diode an die Gleichspannungsquelle angeschaltet ist und mit einem zweiten Anschluss über das Schaltelement mit einem Bezugspotenzial verbunden ist und dass die beiden Anschlüsse der Spule über eine dritte Diode zur Entmagnetisierung miteinander verbunden sind. Durch diese Anordnung entmagnetisiert sich die Spule nach dem Abschalten des Schaltelements über die dritte Diode und ist für den nächsten Zyklus bereit.One Advantageous structure of the drive circuit provides that the Coil with a first connection via the resistor, the first one Diode and the capacitor to a conductor of the AC voltage source and over the second diode is connected to the DC voltage source and with a second connection via the switching element is connected to a reference potential and that the two connections the coil over a third diode are connected to each other for demagnetization. By This arrangement demagnetizes the coil after switching off of the switching element via the third diode and is for the next Cycle ready.

Für die Auslegung des Schaltelements ist es vorteilhaft, parallel zum Kondensator eine Zenerdiode anzuordnen. Diese hat eine niedrigere Durchbruchspannung als der Scheitelwert der pulsierenden gleichgerichteten Wechselspannung. Die vom Schaltelement zu schaltende Spannung wird dann auf diese Durchbruchspannung begrenzt, sodass ein kostengünstiges Schaltelement zum Einsatz kommen kann, da von diesem dann nicht der volle Scheitelwert der pulsierenden gleichgerichteten Wechselspannung geschaltet werden muss.For the design of the switching element, it is advantageous to arrange a Zener diode parallel to the capacitor. This has a lower breakdown voltage than the peak value of the pulsed rectified AC voltage. The ones from Switching element to be switched voltage is then limited to this breakdown voltage, so that a cost-effective switching element can be used because of this then not the full peak value of the pulsed rectified AC voltage must be switched.

Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise unter Bezugnahme auf die beigefügte Figur erläutert. Es zeigt in schematischer Darstellung:The Invention will now be described by way of example with reference to FIG to the attached figure explained. It shows in a schematic representation:

1 Beispielhafte Anordnung einer Ansteuerungsschaltung 1 Exemplary arrangement of a drive circuit

Das Relais im Ausführungsbeispiel dient beispielsweise als Schalter zur Anschaltung einer Stromquelle an ein 230V Wechselspannungsnetz. Der Leistungskreis ist der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Das 230V Wechselspannungsnetz mit einem Leiter (L1Netz) und einem Nullleiter als Bezugspotenzial (NNetz) bildet auch die Wechselspannungsquelle, an die die Ansteuerungsschaltung über eine Ladeschaltung, bestehend aus einer Diode 5 und einem Widerstand 7 (z.B. 400kOhm), angeschlossen ist. Über diese Ladeschaltung wird ein Kondensator 4 (z.B. 4,7μF) aufgeladen.The relay in the exemplary embodiment is used, for example, as a switch for connecting a power source to a 230V AC mains. The power circuit is not shown for clarity. The 230V AC network with a conductor (L1 network ) and a neutral conductor as reference potential (N network ) also forms the AC voltage source to which the drive circuit via a charging circuit consisting of a diode 5 and a resistance 7 (eg 400kOhm), is connected. About this charging circuit is a capacitor 4 (eg 4.7μF) charged.

Der Kondensator 4 bildet eine erste Spannungsquelle, an die die Spule 1 des Relais mit einem nachgeschalteten Schaltelement 2 angeschlossen ist. Das Schaltelement 2 ist beispielsweise ein Transistor. Die Basis des Transistors liegt über einen weiteren Widerstand 3 an einem Steuersignal S an. Dieses Steuersignal S ist zum Beispiel eine Rechteckspannung zwischen 0V und plus 5V. Das Schaltelement 2 ist ausgeschalten, wenn das Steuersignal S einen Wert von 0V aufweist.The capacitor 4 forms a first voltage source to which the coil 1 of the relay with a downstream switching element 2 connected. The switching element 2 is a transistor, for example. The base of the transistor is over another resistor 3 to a control signal S on. This control signal S is, for example, a square wave voltage between 0V and plus 5V. The switching element 2 is turned off when the control signal S has a value of 0V.

Parallel zum Kondensator 4 ist eine Zenerdiode 9 angeordnet. Die am Schaltelement 2 anliegende Spannung wird auf die Durchbruchspannung der Zenerdiode 9 begrenzt, wodurch das Schaltelement 2 entsprechend klein dimensioniert werden kann. Es können auch mehrere Zenerdioden in Reihe geschaltet werden, um eine höhere Durchbruchspannung zu erreichen (z.B. 4 × 62V).Parallel to the capacitor 4 is a zener diode 9 arranged. The on the switching element 2 applied voltage is at the breakdown voltage of the Zener diode 9 limited, whereby the switching element 2 can be sized accordingly small. It is also possible to connect several zener diodes in series in order to achieve a higher breakdown voltage (eg 4 × 62V).

Die Spule 1 des Relais ist parallel zum Kondensator 4 über eine zweite Diode 8 an eine weitere Gleichspannungsquelle U angeschaltet. Dabei ist die Anode der Diode 8 mit der Gleichspannungsquelle U verbunden. Die Gleichspannungsquelle U liefert beispielsweise einen konstanten Spannungswert von 15V.The sink 1 of the relay is parallel to the capacitor 4 via a second diode 8th connected to a further DC voltage source U. In this case, the anode of the diode 8th connected to the DC voltage source U. The DC voltage source U supplies, for example, a constant voltage value of 15V.

In der Regel werden Relaisschaltungen in Vorrichtungen eingesetzt, die zusätzliche Schaltungsanordnungen für Steuer-, Melde- oder Messaufgaben umfassen. Günstigerweise steht dann als Gleichspannungsquelle U ein positives Potenzial an einem Punkt dieser zusätzlichen Schaltungsanordnungen zur Verfügung; es entsteht dann kein zusätzlicher Aufwand zur Bereitstellung der Gleichspannungsquelle U.In usually relay circuits are used in devices, the extra Circuit arrangements for Include control, reporting or measurement tasks. Conveniently then stands as a DC voltage source U has a positive potential at one point of this extra Circuit arrangements available; then there is no additional Effort to provide the DC voltage source U.

Über eine parallel zur Spule 1 des Relais angeordnete dritte Diode 6 entmagnetisiert die Spule 1 nach Abschaltung des Schaltelements 2.About one parallel to the coil 1 the relay arranged third diode 6 demagnetizes the coil 1 after switching off the switching element 2 ,

Bei ausgeschaltetem Schaltelement 2 (Steuersignal S gleich 0V) lädt sich der Kondensator 4 über die Ladeschaltung auf. Die Diode 5 der Ladeschaltung ist dabei für die positiven Halbwellen der Wechselspannungsquelle durchlässig, die beiden anderen Dioden 6 und 8 sind gesperrt. Der Kondensator 4 lädt dabei so lange, bis die Spannung am Kondensator 4 der Durchbruchspannung der Zenerdiode 9 entspricht und diese durchlässig wird oder wenn vor dem Erreichen der Durchbruchspannung das Schaltelement einschaltet. Dabei ist darauf zu achten, dass die Spannung am Kondensator 4 zumindest die Erregerspannung des Relais erreicht, damit dieses Anziehen kann.When the switching element is switched off 2 (Control signal S equal to 0V), the capacitor charges 4 on the charging circuit. The diode 5 the charging circuit is permeable to the positive half-waves of the AC voltage source, the other two diodes 6 and 8th are locked. The capacitor 4 charges it until the voltage on the capacitor 4 the breakdown voltage of the zener diode 9 corresponds and this is permeable or if the switching element turns on before reaching the breakdown voltage. Make sure that the voltage on the capacitor 4 at least reaches the excitation voltage of the relay so that this can be tightened.

Zum Anziehen des Relais wechselt das Steuersignal S auf plus 5V, das Schaltelement 2 schaltet ein und zieht das positive Potenzial des Kondensators 4 über die Spule 1 des Relais auf das Bezugspotenzial NNetz. Es fließt Strom durch die Spule 1 und nach dem Verstreichen einer Ansprechzeit zieht das Relais an.To tighten the relay, the control signal S changes to plus 5V, the switching element 2 turns on and pulls the positive potential of the capacitor 4 over the coil 1 of the relay to the reference potential N mains . It flows through the coil 1 and after the elapse of a response time, the relay picks up.

Der Stromfluss durch die Spule 1 entleert den Kondensator 4 so lange, bis das am Kondensator 4 anliegende positive Potenzial der Spannung der Gleichspannungsquelle U abzüglich des Spannungsabfalls an der zweiten Diode 8 entspricht. Die zweite Diode 8 wird dann durchlässig, die parallel zur Spule 1 angeordnete dritte Diode 6 sperrt weiterhin. Der Kondensator 4 behält sein Spannungspotenzial und der Strom durch die Spule 1 wird bis auf den Anteil des weiterhin fließenden Ladestroms aus der Gleichspannungsquelle U entnommen. Die Halteleistung wird also zum Großteil aus der Gleichspannungsquelle U abgedeckt.The current flow through the coil 1 empties the condenser 4 until the capacitor 4 applied positive potential of the voltage of the DC voltage source U minus the voltage drop across the second diode 8th equivalent. The second diode 8th becomes permeable, which is parallel to the coil 1 arranged third diode 6 continues to lock. The capacitor 4 maintains its voltage potential and the current through the coil 1 is taken from the DC voltage source U up to the proportion of the still flowing charging current. The holding power is thus largely covered by the DC voltage source U.

Gegenüber herkömmlichen Relaisansteuerungen lässt sich mit dieser Art der Haltestrombereitstellung zum Beispiel für Relais des Fabrikats Finder 62.22.8.230.4300 oder Tyco Electronics RM900271 eine Reduktion der Halteleistung von ca. 2,8VA auf 0,1W erreichen.Compared to conventional Relay controls leaves yourself with this type of holding current provision for example for relays of the Finder 62.22.8.230.4300 or Tyco Electronics RM900271 one Reduce the holding power from about 2.8VA to 0.1W.

Zum Abfallen des Relais wechselt das Steuersignal S wieder auf 0V und das Schaltelement 2 schaltet aus. Nach eine kurzen Abfallzeit, in der die Spule entmagnetisiert, fällt das Relais ab. Der Entmagnetisierungsstrom der Spule 1 fließt dabei in Durchlassrichtung der dritten Diode 6 so lange durch die Spule 1, bis die Magnetisierungsenergie abgebaut ist und damit die Diode 6 erneut sperrt. Der Kondensator 4 wird dann wieder für das nächste Einschalten über die Ladeschaltung aufgeladen.To drop the relay, the control signal S changes back to 0V and the switching element 2 switch off. After a short fall time, in which the coil demagnetizes, the relay drops out. The degaussing current of the coil 1 flows in the forward direction of the third diode 6 so long through the sink 1 until the magnetization energy is dissipated and thus the diode 6 locks again. The capacitor 4 is then charged again for the next turn on the charging circuit.

Claims (4)

Ansteuerungsschaltung für ein Relais, wobei eine Spule (1) des Relais und ein dazu in Reihe geschaltetes Schaltelement (2) von einer durch einen Kondensator (4) gebildeten ersten Spannungsquelle versorgt sind und wobei der Kondensator (4) über eine aus einer ersten Diode (5) gebildeten Ladeschaltung mit einer Wechselspannungsquelle verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine zusätzliche Gleichspannungsquelle (U) vorgesehen ist, welche über eine zweite Diode (8) parallel zu der ersten Spannungsquelle geschaltet ist.Driving circuit for a relay, wherein a coil ( 1 ) of the relay and a switching element connected in series ( 2 ) from one through a capacitor ( 4 ) are supplied and wherein the capacitor ( 4 ) via one of a first diode ( 5 ) is connected to an AC voltage source, characterized in that an additional DC voltage source (U) is provided, which via a second diode ( 8th ) is connected in parallel to the first voltage source. Ansteuerungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladeschaltung einen Widerstand (7) umfasst.Drive circuit according to claim 1, characterized in that the charging circuit is a resistor ( 7 ). Ansteuerungsschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (1) mit einem ersten Anschluss über den Widerstand (7), die erste Diode (5) und den Kondensator (4) an einen Leiter (L1Netz) der Wechselspannungsquelle und über die zweiten Diode (8) an die Gleichspannungsquelle (U) angeschaltet ist und mit einem zweiten Anschluss über das Schaltelement (2) mit einem Bezugspotenzial (NNetz) verbunden ist und dass die beiden Anschlüsse der Spule über eine dritte Diode (6) zur Entmagnetisierung miteinander verbunden sind.Control circuit according to claim 1 or 2, characterized in that the coil ( 1 ) with a first connection via the resistor ( 7 ), the first diode ( 5 ) and the capacitor ( 4 ) to a conductor (L1 network ) of the AC voltage source and via the second diode ( 8th ) is connected to the DC voltage source (U) and with a second connection via the switching element ( 2 ) is connected to a reference potential (N network ) and that the two terminals of the coil via a third diode ( 6 ) are connected to each other for demagnetization. Ansteuerungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zum Kondensator (4) eine Zenerdiode (9) angeordnet ist.Control circuit according to one of claims 1 to 3, characterized in that parallel to the capacitor ( 4 ) a zener diode ( 9 ) is arranged.
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