DE1614530C2 - Schaltungsanordnung zur zeitabhängigen Steuerung von Relais - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur zeitabhängigen Steuerung von Relais mit einem ein /?C-Glied enthaltenden Zeitkreis und einer als Schalter wirkenden Transistorstufe.

Zur zeitabhängigen Steuerung von Relais sind Steuerschaltungen bekanntgeworden, die mit einem /?C-Giied als Zeilkreis ausgerüstet sind. In der Regel werden die verlangten Anzugs- bzw. Abfallzeiten durch Auf- bzw. Entladung eines Kondensators erreicht. In einer bekannten Schaltung zur Steuerung von Relais findet die Auf- und Entladung des Kondensators über einen abwechselnd in den leitenden und gesperrten Zustand steuerbaren Transistor statt, dem die Steuerimpulse über einen Teilerpunkt eines zwischen die Betriebsspannung geschaltete Spannungsteilers zugeführt werden. Mittels eines solchen, die Spannung am

ίο Kondensator bewertenden Schaltelements ist es möglich, bei Erreichen einer bestimmten Spannung das zu steuernde Relais zum Ansprechen bzw. zum Abfallen zu bringen. Um den nachteiligen Einfluß von Betriebsspannungsänderungen zu vermeiden, ist es weiter bekannt, die Schaltschwelle des hinter dem zeitbestimmenden /?C-Gliedes liegenden Spannungsüberwachenden Teiles durch einen ohmschen Spannungsteiler zu bilden.

Bekannte Steuerschaltungen weisen jedoch einige Nachteile auf. Vor allem wirkt sich die Temperaturabhängigkeit der dem zeitbestimmenden Kreis nachgeschalteten Bauelemente (z. B. der Transistoren) auf die vorgegebenen Anzugs- und Abfallzeiten aus. Es ist deshalb bereits eine Zeitsteuerschaltung mit einem /?C-Kreis als zeitbestimmendes Element und einem Transistorschalter zur Bewertung der Spannung am Zeitkreiskondensator angegeben worden, in der diese Temperaturabhängigkeit mit Hilfe eines Thermistors kompensiert wird (DT-AS 11 02 812). Bei Strombewertung ergibt sich weiterhin, wenn lange Zeitdauern gefordert werden, für den Kondensator des Zeitkreises eine große Kapazität und demzufolge ein relativ großes Volumen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung zur zeitabhängigen Steuerung von Relais mit sehr hoher Konstanz für die eingestellten Anzugs- und Abfallzeiten anzugeben. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, sowohl während des Auflade- als auch während des Entladevorganges des Zeitkreiskondensators, die zeitbestimmenden Elemente vollkommen von der Bewertungsstufe zu entkoppeln, so daß die Verwendung zusätzlicher Schaltmittel zur Kompensation der Temperaturabhängigkeit überflüssig ist.

Gemäß der Erfindung wird das dadurch erreicht, daß der Zeitkreis aus mindestens zwei in Serie geschalteten Widerständen, die zusammen mit einem dritten Widerstand eine Spannungsteilerschaltung bilden, sowie einem an den Teilerpunkt dieser Spannungsteilerschaltung geschalteten Kondensator besteht, daß der Zeitkreis einerseits an einen Steuereingang und andererseits über zwei gegensinnig gepolte, in Reihe geschaltete Dioden an einen Transistor angeschaltet ist, daß die durch ein am Steuereingang auftretendes Kriterium eingeleitete Aufladung des Kondensators über den einen der in Serie geschalteten Widerstände, die nach Beendigung des am Steuereingang auftretenden Kriteriums eingeleitete Entladung des Kondensators stets über die zwei in Serie geschalteten Widerstände erfolgt, und daß der Emitter des ersten Transistors mit dem Teilerpunkt einer zweiten, zwisehen die Pole der Betriebsspannungsquelle geschalteten Spannungsteilerschaltung verbunden ist, wobei die Dimensionierung der im Zeitkreis enthaltenden Spannungsteilerschaltung und der zweiten Spannungsteilerschaltung derart ist, daß erst bei Erreichen einer bestimmten Spannung am Teilerpunkt der ersten Spannungsteilerschaltung die Durchlässigkeit der beiden Dioden vertauscht und der erste Transistor in den leitenden Zustand gesteuert wird.

Als wesentlich für eine gemäß der Erfindung aufgebaute Schaltungsanordnung wird dabei erachtet, daß nicht der Strom, sondern die Spannung am Zeitkreiskondensator bewertet wird. Da das die Spannung bewertende Schaltmittel in jedem Falle über eine der gegensinnig gcpolten Dioden entkoppelt ist, bleibt die Temperaturabhängigkeit der bewertenden Schaltmittel für den Zeitkreis praktisch unwirksam. Da deswegen dem zettbestimmenden Kreis praktisch keine Leistung zur Steuerung des die Spannung am Kondensator überwachenden Schaltmittels entnommen wird, kann das RC-GY\ed für große Zeitdauern mit einem großen Widerstand und einer kleinen Kapazität ausgelegt werden, wodurch sich ein kleines Volumen ergibt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden an Hand der in der Fig. 1 dargestellten Schaltungsanordnung zusammen mit einem in der Fig. 2 dargestellten Impulsdiagramm erläutert. In der Fig.3 ist eine Ausgestaltung der Ansteuerung einer Schaltung nach Fig. 1 dargestellt.

Die in der F i g. 1 dargestellte Schaltungsanordnung enthält in der mit St bezeichneten Steuerschaltung einen aus dem Kondensator Cund den Widerständen R 1, R 2 und R 3 bestehenden Zeitkreis. Die Widerstände R 1 und R 2 bilden zusammen mit dem Widerstand R 3 eine Spannungsteilerschaltung, deren Teilerpunkt mit A bezeichnet ist. Das die Spannung am Zeitkreiskondensator C bewertende Schaltmittel ist ein Transistor Tl, dessen Basis über die beiden gegensinnig gepolten Dioden D2 und D3 mit dem Zeitkreiskondensator und dessen Emitter an den mit B bezeichneten Punkt einer, zwischen die mit -1- Ub und — Ub bezeichnete Betriebsspannung geschalteten, aus den Widerständen R 7, RS, R9 und R 10 bestehenden zweiten Spannungsteilerschaltung geschaltet ist. Der Steuereingang ES ist einerseits über eine Diode mit dem Zeitkreis verbunden und andererseits über einen Schalter S an die positive oder negative Klemme der Betriebsspannungsquelle + Ub anschaltbar. Über den Kollektor des die Spannung am Zeitkreiskondensator bewertenden Transistors Tl sind weitere Transistoren T2 und T3 ansteuerbar, die eine an sich bekannte Verstärkerschaltung bilden. Im Kollektorkreis des letzten Transistors T3 ist das zu steuernde Relais R enthalten. Von einem weiteren mit D bezeichneten Teilerpunkt, der zwischen die Betriebsspannung geschalteten Spannungsteilerschaltung (R7, RS, /?9 und R 10) wird über einen Widerstand R 4 die Sperrspannung für die Basis des Transistors Tl abgezweigt.

Zur Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltung nach Fig.! wird davon ausgegangen, daß sich der Schalter S in der gezeichneten Lage befindet. Beim Einschalten der Betriebsspannung stellt sich am Teilerpunkt A der Spannungsteilerschaltung Ri, R 2 und R 3 ein solches Potential ein, daß die Diode D 2 durchlässig, die Diode D3 dagegen gesperrt ist. Das ist deshalb der Fall, weil die am Spannungsteilerpunkt D der Teilerschaltung R7, RS, R9 und R 10 entstehende Spannung, die als Sperrspannung an der Basis des Transistors Tl liegt, positiver ist als die Spannung am mit E bezeichneten Verbindungspunkt der beiden Dioden D i und D 2. Gelangt nunmehr an den Eingang ES der Steuerschaltung Si ein Kriterium in Form der positiven Spannung + Ub, d. h. wird der Schalter S betätigt, so beginnt über den Widerstand R1 die Umladung des Zeitkreiskondensators C. Sobald die Spannung am Teilerpunkt A der Spannung am Punkt D bzw. am Emitter des Transistors Ti entspricht, wird die Diode D 2 gesperrt, und die Diode D 3 wird durchlässig, denn der Basisstrom für den nunmehr leitenden Transistor Tl fließt über den Widerstand R3 und die Diode D3. Über die nachfolgenden Transistoren T2 und T3 wird das Relais R erregt, wodurch dessen Kontakt r betätigt wird. Die Anzugsverzögerung der Relais R wird innerhalb der Steuerschaltung also entsprechend dem Wert des Widerstandes R 1 zusammen mit dem Wert des Kondensators C und der Dimensionierung der Spannungsteilerschaltung R 7, R 8, R 9 und R 10 bestimmt.

Nach Beendigung des Steuersignals am Sleuereingang ES beginnt eine Entladung des Kondensators C über die in Serie liegenden Widerstände R 1 und R 2. Erreicht die Spannung am Teilcrpunkt A den Wert, auf den der Emitter des Transistors Ti festgehalten ist, so tritt der eingangs geschilderte Fall erneut ein, d. h., die Diode D2 wird durchlässig und die Diode D3 wird gesperrt. Da damit auch der Transistor Ti in den Sperrzustand gesteuert wird, folgen ihm auch die Transistoren Γ2 und T3, wodurch das im Kollektrokreis des dritten Transistors 73 liegende Relais R abfällt. Die Abfallverzögerung ist durch die in Serie geschalteten Widerstände R 1 und R 2 und den Kondensator C sowie durch den auf Grund der Dimensionierung der Spannungsteilerschaltung R 7, RS, R9 und R10 eingestellten Spannungswert bestimmt.

Bei einer derart aufgebauten Anordnung ist der die Spannung des Zeitkreiskondensators bewertende Transistor Ti sowohl während seines gesperrten als auch während seines leitenden Zustandes stets durch eine der beiden Dioden D2 und D3 vom Zeitkreis entkoppelt. Dadurch wird jeder Einfluß der Transistoren Tl, T2 und T3 auf den Zeitkreis vermieden. Die in der Fig. 1 mit R 5 und R 6 bezeichneten Widerstände können sehr große Werte besitzen, so daß auch die Werte der zeitbestimmenden Widerstände Ri bis R 3 sehr groß sein können. Das wiederum bedeutet, daß auch zur Erzeugung großer Anzugs- bzw. Abfallzeiten für das zu steuernde Relais die Kapazität des Zeitkreiskondensators Cklein gemacht werden kann.

Das in der F i g. 2 dargestellte Impulsdiagramm zeigt einige der wesentlichen Betriebsmöglichkeiten der in der F i g. 1 dargestellten Schaltung.

In der ersten Zeile des Diagramms ist das am Steuereingang ES anliegende Steuersignal, das beispielsweise in Form der positiven Betriebsspannung auftritt, als Funktion der Zeit dargestellt. In der zweiten Zeile ist der Verlauf der Spannung am Teilerpunkt A dargestellt, während aus dem in den Zeilen 3 und 4 dargestellten Verlauf die Schaltzustände des Transistors Tl und des zu steuernden Relais R entnehmbar sind. In dieser Figur sind die sich ergebenden Anzugs- bzw. Abfalizeiten mit τ an und τ ab bezeichnet. Die dem zu steuernden Relais eigene Anzugs- bzw. Abfallzeit ist mit τ Ran bzw. τ Rab bezeichnet worden.

Bei Eintreffen eines positiven Steuersignals am Eingang ES der Steuerschaltung zum Zeitpunkt 11 beginnt die Umladung des Zeitkreiskondensators. Verschwindet das Steuersignal vor Erreichen des am Punkt A liegenden Potentials UA, so wird der Transistor Tl nicht umgesteuert, das Relais R demnach nicht erregt. Dieser Fall ist in der F i g. 2 unter a dargestellt. Liegt dagegen das Steuersignal länger am Steuereingang ES an als zur Umladung des Kondensators C erforderlich ist, was in der F i g. 2 unter b dargestellt ist, so wird zum Zeitpunkt t'4 das Potential UA erreicht

sein, der Transistor T1 somit durchlässig gesteuert werden und nach einer mit τ Run bezeichneten relaisbedingten Ansprechzeit zum Zeitpunkt 15 auch das Relais R ansprechen. Zum Zeitpunkt ?6 verschwindet, wie in der Fi g. 2 unter cangenomtncn, das positive Steuersignal für eine Zeit, die kleiner ist als die durch die Steuerschaltung bedingte Abfallzeit r .'iodes Relais. Das Steuersignal wird also zum Zeitpunkt /7 wieder erscheinen, noch ehe das Potential am Punkt Λ auf den Wert UA abgesunken ist. Sowohl der Transistor Tl als auch das Relais R bleiben im vorher eingestellten Zustand. . . ■ ^;

Das gleiche gilt auch für den unter d dargestellten Fall. Folgt nun jedoch zum Zeitpunkt f8 ein kurzes positives Steuersignal, dessen Länge kleiner ist als die zur erneuten Aufladung des Kondensators erforderliche Zeitdauer, so zeigt die F i g. 2 deutlich, daß sich dadurch eine verkürzte Abfallzeit für das Relais R ergibt, da nunmehr der Kondensator nicht vom vollen Wert ajjf das Potential LJA umgeladen werden muß. Dieses kurze Steuersignal sei zum Zeitpunkt i9 beendet. Das Potential UA ist dann bereits zum Zeitpunkt 110 errreicht. Der Transistor 71 wird wiederum gesperrt, wodurch zum Zeitpunkt ill das Relais zum Abfall gebracht wird. Als Abfallzeit ergibt sich dabei die mit zRab bezeichnete reduzierte Abfallzeit. Während des nunmehr folgenden, unter f dargestellten Betriebsfalles wird der Zeitkreiskondensator vollständig umgeladen. Zum Zeitpunkt 112 beginnt der unter g dargestellte Betriebsfall, d. h. am Steuereingang ES liegt wieder das positive Steuersignal. Infolgedessen wird der Kondensator Cerneut umgeladen, erreicht zum Zeitpunkt ί 13 den Wert UA, wodurch der Transistor Tl leitend gesteuert wird. Nach der relaisbedingten Anzugszeit τ Ran zieht auch das Relais R an. Verschwindet zum Zeitpunkt 114 das positive Steuersignal erneut, so beginnt die Umladung des Kondensators, die zum Zeitpunkt ί 15 den Wert UA erreicht. Dadurch wird der Transistor Tl in den Sperrzustand gesteuert. Nach der relaisbedingten Abfallzeit vRab fällt nunmehr auch das Relais. R ab, wobei sich die exakt definierte Abfallzeit τ ab ergibt.

Es ist bei den unter d und e der F i g. 2 angegebenen Betriebsfällen möglich, daß eine verkürzte Abfallzeit auftritt. Um diesen Undefinierten Zustand zu vermeiden, bedarf es jedoch nur einer bestimmten Dimensionierung der verwendeten Zeitkreisbauelemente. Dabei ist es besonders für den Einsatz in Telegrafieanlagen vorteilhaft, den Zeitkreis aus drei Widerständen zu bilden und die Aufladung des Zeitkreiskondensators abhängig vom Zustand des zu steuernden Relais zu steuern. Eine diese Ausgestaltung der Erfindung aufzeigende Anordnung ist in der Fig. 3 dargestellt. Dabei ist lediglich ein Teil der Steuerschaltung St vorhanden, da sowohl der Aufbau als auch die Wirkungsweise der Schaltung der in der F i g. 1 gezeigten Schaltung entsprechen und bereits an Hand dieser Figur beschrieben wurden.

Der Zeitkreis besteht hier aus den drei Widerständen R\, RX' und Rl, sowie einem Kontakt /· des zu steuernden Relais R. Die Aufladung des Kondensators C erfolgt im Falle des nicht betätigten Relais R stets über die zwei Widerstände R1 und R 1', im Falle des betätigten Relais R dagegen stets über nur einen Widerstand R 1. Für den Fall, daß die erfindungsgemäße Schaltung beispielsweise zur Überwachung von TeIegrafiezeichen verwendet werden soll, also beispielsweise zur Leitungsüberwachung, ist bei einer Tclcgral'iergeschwindigkeit von 50 Bd als kürzester Impuls ein 20 ms-lmpuls zu erwarten. Für diese Anwendung ist also der Zeitkreiswiderstand R 1 so auszulegen, daß bei angezogenem Relais, d. h. bei betätigtem Kontakt /; als Mindestnachladezeit eine Zeit von 19 ms ausreicht.

Es ist selbstverständlich möglich, im Kollektorkreis des dritten Transistors T3 nicht nur ein Relais, sondern mehrere Relais, beispielsweise parallclgeschaltcte Relais, zu steuern. Weiterhin kann die im Eingangskreis angeordnete Diode D1 dann entfallen, wenn mit Einfachstromsteuerung gearbeitet wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur zeitabhängigen Steuerung von Relais mit einem ein RC-G\\ed enthaltenden Zeitkreis und einer als Schalter wirkenden Transistorstufe, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitkreis (Ri, R 2, R 3, C) aus mindestens zwei in Serie geschalteten Widerständen (Ri, R2), die zusammen mit einem dritten Widerstand (R 3) eine Spannungsteilerschaltung bilden, sowie einem an den Teilerpunkt (A) dieser Spannungsteilerschaltung geschalteten Kondensator (C) besteht, daß der Zeitkreis einerseits an einen Steuereingang (ES) und andererseits über zwei gegensinnig gepolte, in Reihe geschaltete Dioden (D2, D3)an einen Transistor angeschaltet ist, daß die durch ein am Steuereingang (ES) auftretendes Kriterium (+Ub) eingeleitete Aufladung dps Kondensators (C) über den einen (R \) der in Serie geschalteten Widerstände (Ri, R 2). die nach Beendigung des am Steuereingang (ES) auftretenden Kriteriums (— Ub) eingeleitete Entladung des Kondensators (C) stets über die zwei in Serie geschalteten Widerstände (R 1, R 2) erfolgt, und daß der Emitter des ersten Transistors (Ti) mit dem Teilerpunkt (B) einer zweiten, zwischen die Pole der Beiriebsspannungsquelle (± Ub) geschalteten Spannungsteilerschaltung (R 7, R 8, R 9, R 10) verbunden ist, wobei die Dimensionierung der im Zeitkreis enthaltenen Spannungsteilerschaltung(R I, R 2, R 3) und der zweiten Spannungsteilerschaltung (R 7, R 8, R 9, R 10) derart ist, daß erst bei Erreichen einer bestimmten Spannung (UA) am Teilerpunkt (A) der ersten Spannungsteilersehaltungdie Durchlässigkeit der beiden Dioden (D2, D3) vertauscht und der erste Transistor (Ti) in den leitenden Zustand gesteuert wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitkreis aus drei in Serie geschalteten Widerständen (Ri, Ri', R2) besteht, die über einen Kontakt (r) des zu steuernden Relais (R) derart an den Steuereingang (ES) anschaltbar sind, daß die Aufladung des Zeitkreiskondensators (C) im Falle des nicht betätigten Relais (R) stets über zwei Widerstände (R 1, R Γ), im Falle des betätigten Relais (T^dagegen stets über einen Widerstand (R i) geschieht, wodurch die Umladung beschleunigt wird.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung des Relais (R) über eine im Kollektor des ersten Transistors (Tl) ansteuerbare, an sich bekannte, zwei Transistoren (Tl, T2) enthaltende Verstärkerstufe geschieht.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (St) mehr als ein Relais steuert.