DE102017205927A1 - Relais-Antrieb mit Spannungsisolation - Google Patents

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Abstract

Hierin ist ein Rücklaufsystem offenbart. Das Rücklaufsystem weist einen Schwingkreis auf, der eine Primärseite und eine Sekundärseite aufweist. Das Rücklaufsystem weist auch eine Schaltvorrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, Energie zu dem Schwingkreis zu pulsen. Die Energie in einer ersten Seite des Schwingkreises gespeichert, wenn die Schaltvorrichtung an ist. Die Energie wird von der Primärseite zu der Sekundärseite übertragen, wenn die Schaltvorrichtung aus ist.

Description

  • HINTERGRUND
  • Im Allgemeinen ist ein Relaistreiber eine Schaltung, die ein Relais betreibt, sodass das Relais geeignet in einer zweiten Schaltung funktionieren kann. Beispielsweise kann das Relais, das auf Relaistreiberoperationen basiert, ein Schalter in der zweiten Schaltung sein. Ein Problem existiert, wenn heutige Vakuumrelais keine benötigte Abstandsspannung von einem Kontakt zum Gehäuse oder Spule haben. Somit kann eine Störung zu einem Gehäuse der heutigen Vakuumrelais zu Spulenkontakten aufgrund eines kleinen Sicherheitsabstands überschlagen. Im Gegenzug wird ein isoliertes Gehäuse und eine Isolationsstromversorgung verwendet, da eine interne Spannungsstörung die Kleinspannungsschaltungen (ELV, die gegen elektrische Schläge schützt) nicht beeinflussen oder beschädigen oder einen Benutzer in Gefahr bringen wird.
  • Die heutigen Hochspannungsrelais verwenden große offene Rahmenhochspannungskontakte, um Spannungen zu isolieren und Hochspannungsausgänge zu schalten. Diese Kontakte benötigen eine große Menge an Spannung und Energie (z. B. 115 V (Wechselspannung) oder 220 V (Wechselspannung)), um sie anzusteuern. Die Kontakte sind auch anfällig auf Oxidation oder Überschlag auf nahegelegene Objekte, zusammen mit einer Beeinflussung durch Höhe und Feuchtigkeit.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Hierin ist ein Rücklaufsystem offenbart. Das Rücklaufsystem weist einen Schwingkreis auf, der eine Primärseite und eine Sekundärseite aufweist. Das Rücklaufsystem weist auch eine Schaltvorrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, Energie zu dem Schwingkreis zu pulsen. Die Energie ist in einer Primärseite des Schwingkreises gespeichert, wenn die Schaltvorrichtung an ist. Die Energie wird von der Primärseite zu der Sekundärseite übertragen, wenn die Schaltvorrichtung aus ist.
  • Zusätzliche Merkmale und Vorteile werden durch die Techniken der vorliegenden Offenbarung realisiert. Andere Ausführungsformen und Aspekte der Offenbarung sind im Detail hierin beschrieben. Für ein besseres Verständnis der Offenbarung mit den Vorteilen und den Merkmalen wird auf die Beschreibung und die Zeichnungen Bezug genommen.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Der Gegenstand, der hierin beschrieben ist, wird insbesondere in den Ansprüchen am Abschluss der Beschreibung gezeigt und eindeutig beansprucht. Die vorhergehenden und andere Merkmale und Vorteile der Ausführungsformen hierin sind von den folgenden detaillierten Beschreibung im Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen ersichtlich, in denen:
  • 1 ein Schema einer Rücklaufkonstruktion gemäß einer Ausführungsform ist; und
  • 2 ein anderes Schema einer Rücklaufkonstruktion gemäß einer Ausführungsform ist.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Die hierin beschriebenen Ausführungsformen beziehen sich auf einen Relais-Antrieb mit Spannungsisolation. Der Relais-Antrieb kann eine Rücklauf-Stromversorgungskonstruktion aufweisen, die auf einen spezifischen Relaisspulenwiderstand abgestimmt ist, um eine Spannungsisolation unter Verwendung eines Isolationstransformators zu ermöglichen, wodurch keine Verwendung von großen Isolationsrücklauftechniken benötigt wird und eine hohe Effizienz erhalten wird, um überschüssige Energie zu minimieren.
  • In einer geregelten Ausführungsform kann eine Schaltungskonstruktion zwei getrennte Adern eines Kerns verwenden, wobei die zwei getrennten Adern nahe aneinander sind und ausgegossen sind. Eine Stromversorgung der Schaltungskonstruktion kann keinen Ausgang der zwei getrennten Adern ohne Rücklauf regulieren. Im Gegenzug muss eine Last und ein Widerstand (z. B. eine Relaisspule) detektiert werden, um die Spannung für die Schaltungskonstruktion festzusetzen. Des Weiteren ermöglicht ein Abstimmungskondensator auf einer Primärseite der Schaltungskonstruktion eine Regulierung des Ausgangs auf eine ausgewählte Spannung (z. B. um die 24 V (Gleichstrom) zu 26 V (Wechselstrom) Umwandlung auszuwählen).
  • In einer ungeregelten Ausführungsform verwendet eine Primärseite einer Rücklaufkonstruktion keinen Rücklauf und darf auf volle Pulsbreite gehen (z. B., um einen Schwingkreis anzusteuern). Im Gegenzug erhält eine Ableitung oder Ableitungsinduktivität eines Transformators eine niedrigere Parallelkapazität (z. B. sogar mit 2 bis 5 Watt an Energie, die durch die Rücklaufkonstruktion 100 gehen). Sich nun 1 zuwendend ist eine Rücklaufkonstruktion 100 im Allgemeinen in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform gezeigt.
  • Ein Eingang 105 der Rücklaufkonstruktion 100 empfängt eine Spannung von einer Stromversorgung (nicht gezeigt), die zu einer ersten Kapazitätsschaltung 110 geführt wird. Eine integrierte Rücklaufschaltung 115 ist mit der ersten Kapazitätsschaltung 110 verbunden und ist dazu eingerichtet, eine Rechteckwelle auszugeben. Die Rücklaufkonstruktion 100 weist auch eine Schaltvorrichtung 120 und eine Überstromschutzschaltung 125 auf, um einen elektrischen Kurzschluss an einem Ausgang zu erfassen (z. B. um ein Verglühen der Schaltvorrichtung 120 zu verhindern). Die Schaltvorrichtung 120 kann dazu eingerichtet sein, sich bei einem 50%-Tastverhältnis an- und abzuschalten, was einen Kondensator 130 und einen Schwingkreis 140 pulst. Der Schwingkreis 140 weist einen Transformator mit einer Primärseite 143 und einer Sekundärseite 147 auf. Indem gepulst wird, wird Energie in der Primärseite 143 des Transformators gespeichert.
  • Wenn die Schaltvorrichtung 120 abschaltet, wird die Energie, die in der Primärseite 143 des Transformators gespeichert ist, zu der Sekundärseite 147 des Transformators übertragen, während der Schwingkreis 140 klingelt. Die Energie wird dann gleichgerichtet und gefiltert (z. B. durch einen Gleichrichter 150 und einen Filter 155 durchgeleitet) und als ein Ausgang 165 freigegeben. Der Shunt-Regler 160 kann dazu eingerichtet sein, zu öffnen, während die Rücklaufkonstruktion 100 normal läuft. Beispielsweise kann der Shunt-Regler 160 auch dazu eingerichtet sein, auf 28 Volt festzusetzen, um die Spannung der Rücklaufkonstruktion 100 festzuklemmen, wenn der Ausgang 165 bei einer höheren Impedanz ist als das, was die Rücklaufkonstruktion 100 tolerieren kann.
  • In einer Ausführungsform kann ein Relais-Antrieb ein 24 V (Gleichspannung)–26 V (Gleichspannung) Relais-Antrieb mit 40 KV Isolation sein. Der 24 V (Gleichspannung)–26 V (Gleichspannung) Relais-Antrieb mit 40 KV Isolation weist eine 24 V (Gleichspannung)–26 V (Gleichspannung) 20 Watt Rücklaufstromversorgungskonstruktion auf, die auf einen spezifischen Relaisspulenwiderstand abgestimmt ist, um eine 40 KV Isolation (zwischen einem Eingang und einem Ausgang) unter Verwendung eines Isolationstransformators zu ermöglichen und nicht die Verwendung von großen Isolationsrücklauftechniken zu benötigen. Die 24 V (Gleichspannung)–26 V (Gleichspannung) 20 Watt Rücklaufstromversorgungskonstruktion hat auch eine größere als 88%-Effizienz, um überschüssige Energieanforderungen für die 24 V-Quellenstromversorgung zu minimieren. Sich nun 2 zuwenden ist eine Rücklaufkonstruktion 200 im Allgemeinen in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform gezeigt.
  • Die Rücklaufkonstruktion 200 weist einen Eingang 205, eine erste Kapazitätsschaltung 210, eine integrierte Rücklaufschaltung 215, eine Schaltvorrichtung 220, eine Überstromschutzschaltung 225, einen Kondensator 230, einen Schwingkreis 240, der einen Transformator mit einer Primärseite 243 und einer Sekundärseite 247 aufweist, einen Gleichrichter 250, einen Filter 255, einen Shunt-Regler 260 und einen Ausgang 265 auf.
  • Die Rücklaufkonstruktion 200 kann einen herkömmlichen 1:1,25-Verhältnis ausgegossenen Isolationstransformator aufweisen, wobei die Transformatorprimäre (z. B. erste Seite 243, mit Primär-zu-Sekundärableitungsinduktivität) parallel mit einem geeignet großen Kondensator (z. B. Kondensator 230) ist, als ein Resonanzschwinger verwendet wird, um die Energie, die zu dem Ausgang 265 übertragen wird, zu maximieren. Wenn eine unterschiedliche Widerstandsspule verwendet wird, dann wird der Kondensator 230 angepasst, um eine Ausgangsspannung festzusetzen. Der Shunt-Regler 260 wird zu einem Ausgangsabschnitt hinzugefügt, um den Ausgang 265 vor einem Überspannungszustand zu schützen (z. B. wenn eine Spule sich öffnen sollte oder ein Anschlussdraht nicht verbunden ist).
  • In einer Ausführungsform kann eine Primäre zu einer Sekundären verwendet werden, um ein Einrichten eines Hochfrequenzkondensatorteilers zu minimieren, um die Isolationseigenschaften der Anordnung mit einem niedrigeren Kapazitätstransformator zu maximieren. Um die niedrige Kapazität zu erhalten, kann die Ableitungsinduktivität erhöht werden, um zu verhindern, dass eine typische Rücklaufwindung korrekt arbeitet; daher wird die Rücklaufschaltung bei einer maximalen Pulsbreite betrieben. Man beachte, dass der primäre parallele Kondensator die Stromübertragung zu dem Ausgang maximiert und die Ausgangsspannung für einen gegebenen Lastwiderstand festsetzt.
  • Technische Effekte und Vorteile des Verwendens von Ausführungsformen der Rücklaufkonstruktion weisen auf, aber sind nicht darauf beschränkt: Vereinfachen einer Konstruktionskomplexität, Minimieren einer Teileanzahl, Nichtbenötigen der Verwendung von großen Isolationsrücklauftechniken und Aufweisen einer hohen Effizienz, um überschüssige Energie zu minimieren.
  • Die hierin verwendete Terminologie ist nur für den Zweck des Beschreibens bestimmter Ausführungsformen und nicht dazu gedacht, zu beschränken. Wie hierin verwendet, sind die Singularformen „ein”, „eine” und „der, die, das” dazu gedacht, ebenfalls die Pluralformen aufzuweisen, außer der Kontext gibt klar etwas anderes an. Es wird des Weiteren verstanden werden, dass die Begriffe „aufweist” und/oder „aufweisend”, wenn sie in dieser Beschreibung verwendet werden, das Vorhandensein von genannten Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen und/oder Komponenten spezifizieren, aber nicht die Anwesenheit oder das Hinzufügen von einem oder mehreren anderen Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon ausschließen.
  • Während die vorliegende Offenbarung im Detail in Verbindung nur mit einer beschränkten Anzahl an Ausführungsformen beschrieben wurde, sollte leicht verstanden werden, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf solche offenbarte Ausführungsformen beschränkt ist. Vielmehr kann die vorliegende Offenbarung modifiziert werden, um irgendeine Anzahl von Variationen, Änderungen, Ersetzungen oder äquivalenten Anordnungen einzuschließen, die bisher nicht beschrieben wurden, aber die dem Sinn und Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung entsprechen. Zusätzlich wird verstanden werden, während verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben wurden, dass Aspekte der vorliegenden Offenbarung nur manche der beschriebenen Ausführungsformen enthalten können. Dementsprechend ist die vorliegende Offenbarung nicht als beschränkend durch die vorgehende Beschreibung anzusehen, sondern wird nur durch den Schutzumfang der angehängten Ansprüche beschränkt.

Claims (9)

  1. Rücklaufsystem, welches aufweist: einen Schwingkreis, der eine Primärseite und eine Sekundärseite aufweist; und eine Schaltvorrichtung, die dazu eingerichtet ist, Energie zu dem Schwingkreis zu pulsen, wobei die Energie in einer Primärseite des Schwingkreises gespeichert ist, wenn die Schaltvorrichtung an ist, und wobei die Energie von der Primärseite zu der Sekundärseite übertragen wird, wenn die Schaltvorrichtung aus ist.
  2. Rücklaufsystem gemäß Anspruch 1, welches eine erste Kapazitätsschaltung aufweist, die dazu eingerichtet ist, eine Spannung an einem Eingang von einer Stromversorgung zu empfangen.
  3. Rücklaufsystem gemäß Anspruch 1, welches eine integrierte Rücklaufschaltung aufweist, die dazu eingerichtet ist, eine Rechteckwelle auszugeben.
  4. Rücklaufsystem gemäß Anspruch 1, welches eine Überstromschutzschaltung aufweist, die dazu eingerichtet ist, einen elektrischen Kurzschluss an der Schaltvorrichtung zu regeln.
  5. Rücklaufsystem gemäß Anspruch 1, wobei die Schaltvorrichtung dazu eingerichtet ist, bei einem 50%-Tastverhältnis an- und abzuschalten.
  6. Rücklaufsystem gemäß Anspruch 1, wobei die Energie von der Primärseite zu der Sekundärseite übertragen wird, wenn die Schaltvorrichtung aus ist, während der Schwingkreis klingelt.
  7. Rücklaufsystem gemäß Anspruch 1, welches einen Gleichrichter und einen Filter aufweist.
  8. Rücklaufsystem gemäß Anspruch 1, welches einen Shunt-Regler aufweist, der dazu eingerichtet ist, aufzumachen, während die Rücklaufkonstruktion läuft, wenn das Rücklaufsystem bei einer höheren Impedanz als eine Toleranz des Rücklaufsystems ist.
  9. Rücklaufsystem gemäß Anspruch 1, wobei der Shunt-Regler auf 28 Volt gesetzt ist.
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