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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Ausrüstung bzw. Vorrichtung, speziell bezieht sie sich auf eine Relais-Kontroll- bzw. Steuervorrichtung.
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Hintergrund der Erfindung
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In einer Kontroll- bzw. Steuervorrichtung wird ein Relais in der Regel als Kontroll- bzw. Steuereinheit verwendet, wobei der Eingangsanschluss eines Zwei-Punkt-Schaltkreises bzw. einer Bang-Bang-Schaltung (”Bang-bang circuit”) mit einem Kontroll- bzw. Steuergerät verbunden ist, der Ausgangsanschluss mit einem kontrollierten bzw. zu steuernden Objekt verbunden ist und das Kontroll- bzw. Steuergerät die Arbeit des kontrollierten bzw. zu steuernden Objekts über den Schalter des Relais kontrolliert bzw. steuert. Die Gleichstrom-Arbeitsspannung, die für die Bang-Bang-Schaltung benötigt wird, unterscheidet sich im Allgemeinen von derjenigen, die für das Kontroll- bzw. Steuergerät benötigt wird, die jeweils durch Gleichstromenergieversorger bzw. Gleichstromnetzteile bereitgestellt werden. Bei einigen Kontroll- bzw. Steuergegebenheiten befindet sich das kontrollierte bzw. zu steuernde Objekt im Allgemeinen im Stand-by- bzw. Wartezustand, und es arbeitet nur, wenn das Kontrollbzw. Steuergerät Signale sendet. Beispielsweise ist in 1 ein Kontroll- bzw. Steuerschaltkreis einer ferngesteuerten Steckdose gezeigt, in dem das Kontroll- bzw. Steuergerät in dem rechteckigen Rahmen dargestellt ist und aufgebaut ist aus einem Empfangsschaltkreis für Fernsteuersignale JSMK und einem Demodulations- bzw. Dekodierungsschaltkreis IC1, wobei die Bang-Bang-Schaltung hauptsächlich aus einem An-Aus-Kontroll- bzw. Steuertransistor („on-off control dynatron”) Q1 zusammengesetzt ist und mit einem Relais JD1 dazu in Reihe geschaltet, mit darin dem Kollektorrückführschaltkreis, wobei der Kontaktgeber des Relais mit einem Wechselstromausgangsschaltkreis des kontrollierten bzw. gesteuerten Objekts – J3 in Reihe geschaltet ist.
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Der Mangel bei dieser Art an Relaiskontroll- bzw. -steuervorrichtung ist, dass im Stand-by-Zustand der Teil im Gleichstromenergieversorgungsschaltkreis, der dem Relais Energie liefert (beispielsweise die spannungsstabilisierende Röhre bzw. Diode („tube”) Z1 und der Widerstand R0 im Gleichstromenergieversorgungsschaltkreis, der die Energie für das An-Aus-Kontroll- bzw. Steuerrelais bereitstellt) einen elektrischen Stromfluss aufweist, und somit mehr elektrische Energie verbraucht.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die technische Fragestellung, die die vorliegende Erfindung lösen möchte, ist eine Relaiskontroll- bzw. -steuervorrichtung bereitzustellen, die im Stand-by-Zustand weniger elektrische Energie verbraucht.
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Der technische Vorschlag zur Lösung der obigen Fragestellung ist, dass die vorliegende Erfindung eine Bang-Bang-Schaltung umfasst, verbunden mit dem Ausgangsanschluss eines Kontroll- bzw. Steuergeräts und einer Gleichstromenergieversorgung, die die Energie für das Kontroll- bzw. Steuergerät und die Bang-Bang-Schaltung bereitstellt, wobei die Gleichstromenergieversorgung einen Gleichrichterschaltkreis bereitstellt, verbunden mit einer Wechselstromenergieversorgung, und es wird ein Energieversorgungsschaltkreis vom Partialdrucktyp bzw. Energieversorgungsspannungsteilerschaltkreis („partial Pressure type Power-supply circuit”), aufgebaut aus Gleichstrompartialdruckteilen bzw. Gleichstromspannungsteilerabschnitten („direkt current partial Pressure Parts”), zwischen den zwei Ausgangsanschlüssen des Gleichrichterschaltkreises bereitgestellt, wobei der Energieversorgungsspannungsteilerschaltkreis umfasst: eine Gruppe von Gleichstromenergieversorgungsanschlüssen, die den Strom für die Bang-Bang-Schaltung bereitstellen, sowie eine Gruppe von Gleichstrom-Stand-by-Energieversorgungsanschlüssen, die die Energie für das Kontroll- bzw. Steuergerät bereitstellen; die Bang-Bang-Schaltung wird bereitgestellt mit einem An-Aus-Kontroll- bzw. Steuerrelais, verbunden mit der Gleichstromenergieversorgung sowie einem zweiten Schalttransistor („switch dynatron”), mit dem An-Aus-Kontroll- bzw. Steuerrelais parallel geschaltet, wobei die Basiselektrode des zweiten Schalttransistors mit der Gleichstrom-Stand-by-Energieversorgung über einen ersten Schalttransistor verbunden ist, dessen Polarität umgekehrt zu der des zweiten Schalttransistors ist, wobei die Basiselektrode des ersten Schalttransistors mit dem Ausgangsanschluss des Kontroll- bzw. Steuergeräts verbunden ist, um eine Kipp-Vorspannung für den zweiten Schalttransistor bereitzustellen.
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Die Gleichstromspannungsteilerabschnitte, die den Energieversorgungsspannungsteilerschaltkreis aufbauen, können eine spannungsstabilisierende Diode („tube”) und/oder einen Widerstand usw. darstellen.
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Das Funktionsprinzip der vorliegenden Erfindung ist wie folgt:
Im Arbeitszustand gibt das Kontroll- bzw. Steuergerät Arbeitssignale aus, um den ersten Schalttransistor abzuschalten, der zweite Schalttransistor wird zur gleichen Zeit abgeschaltet, die Gleichstromenergieversorgung liefert die Energie für das An-Aus-Kontroll- bzw. Steuerrelais und das An- und Ausschalten der kontrollierten bzw. zu steuernden Schaltung wird durch den Kontaktgeber des Relais kontrolliert bzw. gesteuert.
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Im Stand-by-Zustand kippt („breaks over”) der Stand-by-Signalausgang des Kontroll- bzw. Steuergeräts den ersten Schalttransistor, um die Kipp-Vorspannung („break-over bias voltage”) für den zweiten Schalttransistor bereitzustellen, damit der zweite Schalttransistor in der Sättigung ist, zu welchem Zeitpunkt das An-Aus-Kontroll- bzw. -Steuerrelais durch den zweiten Schalttransistor, der parallel geschaltet ist, kurzgeschlossen wird und aufhört zu arbeiten, wobei die zwei Anschlüsse der Gleichstromenergieversorgung zur gleichen Zeit kurzgeschlossen werden, wobei der entsprechende Spannungsteilerschaltkreis keinen Stromfluss aufweist und keine elektrische Energie verbraucht. Somit muss im Stand-by-Zustand nur im Spannungsteilerschaltkreis, der mit der Gleichstrom-Stand-by-Energieversorgung in Verbindung steht, ein Stromfluss vorhanden sein, um die Energie für das Kontroll- bzw. Steuergerät bereitzustellen, wobei das Kontroll- bzw. Steuergerät im Arbeitszustand die Arbeitssignale zur Bang-Bang-Schaltung im Stand-by-Zustand zu jedem Zeitpunkt auf Verlangen ausgeben kann, sobald die Bang-Bang-Schaltung im Stand-by-Zustand die Arbeitssignalausgabe vom Kontroll- bzw. Steuergerät erhält, bewirkt dieses, dass der erste und zweite Schalttransistor abgeschaltet werden, und das An-Aus-Kontroll- bzw. Steuerrelais in den Einschaltzustand übergeht.
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In der vorliegenden Erfindung ist der zweite Schalttransistor mit dem An-Aus-Kontroll- bzw. Steuerrelais parallel geschaltet und der erste Schalttransistor, der vom Kontroll- bzw. Steuergerät kontrolliert bzw. gesteuert wird, und dessen Polarität umgekehrt zu der des zweiten Schalttransistors ist, liefert die Kipp-Vorspannung für den zweiten Schalttransistor, wobei der erste Schalttransistor mit der umgekehrten Polarität bei Phasenumkehr und elektrischer Niveauänderung reagiert, wodurch es dazu kommt, dass die Gleichstromenergieversorgung an den zwei Anschlüssen der Bang-Bang-Schaltung so kurz geschlossen wird, dass kein Strom in den Gleichstromspannungsteilerabschnitten des entsprechenden Energieversorgungsspannungsteilerschaltkreises fließt und keine elektrische Energie verbraucht wird und die Gleichstrom-Stand-by-Energieversorgung auch die Energie für das Kontroll- bzw. Steuergerät bereitstellen kann, so dass das Kontroll- bzw. Steuergerät die Kontroll- bzw. Steuersignale zu jedem Zeitpunkt ausgeben kann, während die Bang-Bang-Schaltung sich in dem Zustand befindet, dass diese die Stand-by-Signale zu jedem Zeitpunkt empfangen kann.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Verbrauch an elektrischer Energie der Gleichstromenergieversorgung in der Bang-Bang-Schaltung reduziert, während sich diese im Stand-by-Zustand befindet, und die Vorteile sind verläßlicher Betrieb und der geringere Energieverbrauch im Stand-by-Zustand.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist der Schaltplan bzw. das Schaltungsdiagramm einer ferngesteuerten Steckdose, welche die Bang-Bang-Schaltung gemäß dem Stand der Technik verwendet;
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2 ist das schematische Blockdiagramm gemäß der vorliegenden Erfindung; und
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3 ist der Schaltplan bzw. das Schaltungsdiagramm einer ferngesteuerten Steckdose, die die Bang-Bang-Schaltung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einsetzt.
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Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Ausführungsform von 3 beschrieben.
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Diese Ausführungsform ist eine ferngesteuerte Steckdose, die die Bang-Bang-Schaltung verwendet. Die Bang-Bang-Schaltung, das Kontroll- bzw. Steuergerät und die Gleichstromenergieversorgung sind in einem Gehäuse untergebracht, ein Wechselstromeingangsanschluss, der mit der Wechselstromenergieversorgung verbunden sein kann, sowie eine Wechselstromausgangsvorrichtung sind auf dem Gehäuse vorgesehen, wobei der Nullleiteranschluss des Wechselstromeingangsanschlusses mit dem Nullleiteranschluss der Wechselstromausgangsvorrichtung verbunden ist, wobei der Phasenleiter des Wechselstromeingangsanschlusses mit dem Phasenleiter der Wechselstromausgangsvorrichtung über einen normalerweise geöffneten Kontaktgeber des Relais JDQ verbunden ist, wobei der Gleichrichterschaltkreis der Gleichstromenergieversorgung mit dem Wechselstromeingangsanschluss elektrisch verbunden ist.
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Mit Bezug auf 3 ist J1 der gemeinsame Nullleiteranschluss des N-Pols des Wechselstromeingangsanschlusses und des N-Pols der Wechselstromausgangsvorrichtung, J2 ist der L-Pol des Wechselstromeingangsanschlusses, J3 ist der AUS-Anschluss bzw. der Ausgang der Wechselstromausgangsvorrichtung, der mit dem L-Pol (J2) des Wechselstromeingangsanschlusses über einen normalerweise geöffneten Kontaktgeber des An-Aus-Kontroll- bzw. Steuerrelais JDQ verbunden ist.
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Innerhalb des Gehäuses der Steckdose ist ein Kontroll- bzw. Steuergerät (der Schaltkreis in dem gepunkteten Rahmen des Schaltungsdiagramms bzw. Schaltplans von 3), eine Bang-Bang-Schaltung, verbunden mit dem Kontroll- bzw. Steuergerät sowie eine Gleichstromenergieversorgung, die die Energie für das Kontroll- bzw. Steuergerät und die Bang-Bang-Schaltung liefert, untergebracht.
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Der Aufbau des Gleichstromenergieversorgungsschaltkreises ist so, dass dieser einen Gleichrichterschaltkreis vom Brückentyp bzw. einen Brückengleichrichter aufweist, der mit der Wechselstromenergieversorgung verbunden ist und aufgebaut ist aus den Gleichrichterdioden D1 bis D4, ein Energieversorgungsschaltkreis vom Partialdrucktyp bzw. Energieversorgungsspannungsteilerschaltkreis (”partial Pressure type Power-supply circuit”) ist aufgebaut aus zwei spannungsstabilisierenden Dioden Z1, Z2, die die zwei Gleichstromgleichrichterabschnitte darstellen, die in Reihe zwischen den zwei Ausgangsanschlüssen des Brückengleichrichterschaltkreises geschaltet sind – eine homonyme Reihenschaltung. Der Verbindungspunkt der zwei spannungsstabilisierenden Dioden ist mit der Erde verbunden, der eine Anschluss der zwei Ausgangsanschlüsse des Brückengleichrichterschaltkreises ist über die erste spannungsstabilisierende Diode Z1 geerdet und bildet die Gleichstrom-Stand-by-Energieversorgung, die 5 V Spannung zur Erde aufweist; der andere Anschluss ist über die zweite spannungsstabilisierende Diode Z2 geerdet und bildet die Gleichstromenergieversorgung, die –24 V Spannung zur Erde aufweist und umgekehrte Polarität besitzt.
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Die zwei Anschlüsse der ersten spannungsstabilisierenden Diode Z1 sind mit den Filterkondensatoren C3, C5 parallel geschaltet. Die zwei Anschlüsse der zweiten spannungsstabilisierenden Diode Z2 sind mit den Filterkondensatoren C4, C6 parallel geschaltet.
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Der Wechselstromeingangsschaltkreis ist mit einem Strombegrenzungswiderstand R1 und einem Kondensator C1 in Reihe geschaltet, wobei die zwei Anschlüsse des Kondensators C1 mit den Widerständen R2, R3 (220 kΩ) parallel geschaltet sind, deren Widerstandswert sehr viel größer ist als der Strombegrenzungswiderstand R1 (100 Ω).
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Der Aufbau der Bang-Bang-Schaltung ist wie folgt: die zwei Anschlüsse der Spule des An-Aus-Kontroll- bzw. -Steuerrelais JDQ werden mit der Gleichstromenergieversorgung, die –24 V Spannung liefert, verbunden, der normalerweise geöffnete Kontaktgeber des Relais ist mit dem kontrollierten bzw. zu steuernden Wechselstromrückführkreislauf J3 in Reihe geschaltet. Der zweite Schalttransistor Q2 ist vom NPN-Typ und ist parallel mit der Spule des An-Aus-Kontroll- bzw. Steuerrelais JDQ geschaltet, dessen Kollektor ist geerdet und dessen Emitter ist mit dem anderen Anschluss (–24 V) der Gleichstromenergieversorgung verbunden; die Basiselektrode des zweiten Schalttransistors Q2 ist mit dem Kollektor des ersten Schalttransistors Q1, der vom PNP-Typ ist, verbunden und weist die umgekehrte Polarität gegenüber derjenigen der Basiselektrode des zweiten Schalttransistors auf. Der Emitter des ersten Schalttransistors Q1 ist mit der Gleichstrom-Stand-by-Energieversorgung verbunden, die über die in Durchlassrichtung verbundene Diode D5 5 V Spannung liefert. Die Basiselektrode des ersten Schalttransistors Q1 ist mit dem Kontroll- bzw. Steuergerät verbunden.
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Das Kontroll- bzw. Steuergerät ist in dem mit gestrichelten Linien umrandeten rechteckigen Rahmen dargestellt. Das Kontroll- bzw. Steuergerät weist einen Fernsteuersignal-Empfangsschaltkreis zum Aufnehmen der Basisband- bzw. Tiefpasssignale und einen Demodulations- bzw. Dekodierungsschaltkreis, verbunden mit dem Ausgangsanschluss des Fernsteuersignal-Empfangsschaltkreises, auf. Der Ausgangsanschluss des Demodulations- bzw. Dekodierungsschaltkreises ist mit der Basiselektrode des ersten Schalttransistors Q1 der obigen Bang-Bang-Schaltung verbunden.
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Insbesondere ist der Eingangsschaltkreis des Fernsteuersignal-Empfangsschaltkreises ein superregenerierender Detektionsschaltkreis („superregeneration detecting circuit”), aufgebaut aus einem Transistor Q3, der mit dem Basisbandverstärkerschaltkreis verbunden ist, der aus einem Operationsverstärkerschaltkreis 1C1A über einen Tiefpassfilterschaltkreis, bestehend aus 1R5, 1C6, 1R6 und 1C6, besteht. Der Ausgangsanschluss des Basisbandverstärkerschaltkreises ist mit dem Demodulations- bzw. Dekodierungsschaltkreis über einen Impulsformerschaltkreis, bestehend aus einem Operationsverstärkerschaltkreis 1C1AB, verbunden; der Demodulations- bzw. Dekodierungsschaltkreis ist aufgebaut aus einem integrierten Schaltkreis HL0604E(U2), und einem peripheren Schaltkreis, wobei der Ausgangsanschluss des Impulsformerschaltkreises des Fernsteuersignal-Empfangsschaltkreises verbunden ist mit dem Eingangsanschlussbein 16 hiervon, das das Ausgangsanschlussbein 4 kontrolliert und mit der Basiselektrode des ersten Schalttransistors Q1 der Bang-Bang-Schaltung verbunden ist.
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Sowohl der Fernsteuersignal-Empfangsschaltkreis als auch der Demodulations- bzw. Dekodierungsschaltkreis des Kontroll- bzw. Steuergeräts werden durch die Gleichstrom-Stand-by-Energieversorgung, die 5 V Spannung liefert, mit elektrischer Energie versorgt.
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Das Funktionsprinzip dieser Ausführungsform ist wie folgt:
Im Stand-by-Zustand liefert die Gleichstrom-Stand-by-Energieversorgung mit 5 V Spannung die Energie für den Fernsteuersignal-Empfangsschaltkreis und den Demodulations- bzw. Dekodierungsschaltkreis, wenn keine Kontroll- bzw. Steuersignale empfangen werden, gibt das Demodulations- bzw. Dekodierungsschaltkreisbein 4 niedrige Niveaus aus, der erste Schalttransistor Q1 kippt bzw. schlägt durch, der zweite Schalttransistor Q2 wird in Sättigung gehalten, was bewirkt, dass die Spule des An-Aus-Kontroll- bzw. Steuerrelais kurzgeschlossen wird, so dass das Relais nicht arbeitet, der Wechselstromausgangsstromkreis J3 wird durch den normalerweise geöffneten Kontaktgeber ausgeschaltet, und es wird kein Wechselstrom mehr abgegeben.
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Zu diesem Zeitpunkt werden die zwei Anschlüsse der zweiten spannungsstabilisierenden Diode Z2 der Gleichstromenergieversorgung, deren Spannung –24 V beträgt, durch den zweiten Schalttransistor Q2 kurzgeschlossen. Es fließt kein Strom hindurch, und es wird keine elektrische Energie verbraucht.
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Nachdem der Fernsteuersignal-Empfangsschaltkreis die Fernsteuersignale empfängt, dekodiert der Demodulations- bzw. Dekodierungsschaltkreis und gibt höhere Niveaus aus, der erste Schalttransistor Q1 wird abgeschaltet, um den zweiten Schalttransistor Q2 abzuschalten, die Gleichstromenergieversorgung mit –24V Spannung liegt an den zwei Anschlüssen der Spule des An-Aus-Kontroll- bzw. Steuerrelais JDQ an, der Wechselstromausgangsstromkreis J3 wird durch den geschlossenen, normalerweise offenen Kontaktgeber eingeschaltet, und es wird Wechselstrom ausgegeben.
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1 zeigt die ferngesteuerte Steckdose, die die Relaiskontrolle bzw. -steuerung aus dem Stand der Technik verwendet. Wenn der Schaltkreis sich im Stand-by-Zustand befindet, fließt der Strom durch die spannungsstabilisierende Diode Z1 der Gleichstromenergieversorgung mit 24 V Spannung, so dass der Energieverbrauch im Stand-by-Zustand etwa 1 W beträgt, wie auch immer, im Stand-by-Zustand gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die 24 V Arbeitsenergieversorgung durch den zweiten Schalttransistor Q2 kurzgeschlossen, durch die spannungsstabilisierende Diode Z2 des entsprechenden Spannungsteilungsschaltkreises fließt kein Strom, die Wechselstromenergie geht durch das Druckablassen bzw. den Spannungsabfall („depressurization”) des strombegrenzenden Widerstands R1 und des Kondensators C1, die Gleichrichtung von D1–D4, dem Filtern von C3 und C5, der Spannungsstabilisierung von Z1, und die Ausgabe der 5 V Gleichstrom-Stand-by-Energieversorgung, es werden nur etwa 0,2 W an geringfügiger aktiver Energie verbraucht (C1 verbraucht keine aktive Energie). Somit hat dies die Vorteile, dass weniger Energie im Stand-by-Zustand verbraucht wird.
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In dieser Ausführungsform kann die zweite spannungsstabilisierende Diode Z2 vermeiden, dass die Spitzenspannung zu hoch wird, die Filterkondensatoren C4, C5, parallel geschaltet mit Z2, können die Welligkeit bzw. Rippelwelle („ripple wave”) reduzieren, so dass die Betätigung des Kontaktgebers des An-Aus-Kontroll- bzw. Steuerrelais JDQ stabiler und verlässlicher ist.
