DE19519757C2

DE19519757C2 - Freilaufkreis mit vorgebbarer AUS-Vorzugszeit für eine Spule

Info

Publication number: DE19519757C2
Application number: DE19519757A
Authority: DE
Inventors: Thomas Schuhbauer; Bernhard Dipl Ing Streich
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1995-05-30
Filing date: 1995-05-30
Publication date: 1997-04-24
Anticipated expiration: 2015-05-31
Also published as: US5933312A; EP0829123B1; CN1185240A; EP0829123A1; DE19519757A1; WO1996038893A1; CN1080014C

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Freilaufkreis mit vor gebbarer AUS-Verzugsdauer für eine Spule, mit folgenden Merkmalen:

a) der Freilaufkreis umfaßt eine parallel zur Spule liegende Reihenschaltung aus einer ersten Diode und einem span nungsabhängigen Widerstand,
b) dem spannungsabhängigen Widerstand ist ein erster Schalt transistor parallelgeschaltet,
c) zur Ansteuerung des ersten Schalttransistors liegt eine Parallelschaltung aus einem Kondensator und einem ersten ohmschen Widerstand an dessen Steuereingang,
d) die Parallelschaltung liegt gleichzeitig an einer Steuer speisespannungsquelle

Ein gattungsgemäßer Freilaufkreis ist aus der DE 33 17 942 C2 bekannt. Hier ist eine Schaltungsanordnung zum Schutz von mechanischen Schaltgeräten durch einen elektronischen Schal ter offenbart. Die mechanischen Schaltgeräte liegen mit durch Gleichstrom gespeisten ohmschen induktiven Lasten in Reihe. Der elektronische Schalter ist durch einen aus der Lastspan nung geladenen kapazitiven Speicher steuerbar. Dabei liegt der elektronische Schalter parallel zur Last und wird beim Ausschalten des Schaltgeräts leitfähig. Dem elektronischen Schalter liegt ein spannungsabhängiger Widerstand parallel und die Parallelschaltung liegt wiederum zur Last parallel. Die Schaltungsanordnung wirkt ähnlich wie eine zur Last parallel geschaltete Freilaufdiode. Solange eine Steuer speisespannungsquelle an die Last angeschaltet ist, wird der kapazitive Speicher aufgeladen und der elektronische Schalter durchgesteuert. Sobald die Steuerspannungsquelle von der Last abgetrennt wird, entlädt sich der kapazitive Speicher, was einen Übergang des elektronischen Schalters in den Sperrzu stand bewirkt. Der aufgrund der gespeicherten magnetischen Energie weiterhin durch die ohmsche induktive Last hindurch fließende Strom wird von dem elektronischen Schalter auf den spannungsabhängigen Widerstand kommutiert, und damit wird die in der Induktivität gespeicherte Restenergie endgültig schnell abgebaut.

Derartige ohmsche induktive Lasten sind z. B. Schützspulen, die durch eine Steuerspeisespannungsquelle mit Gleichstrom versorgt werden. Je nach Größe des Schützes und der dabei verwendeten Schützspule ergeben sich für das Abfallen des Schützes Abfalldauern von z. B. 100 bis 300 msek, was im Hin blick auf die Erfordernisse noch relativ langsam ist. Es besteht vielfach das Ziel, kürzere bzw. definierte Abfall dauern für die Schütze zu erreichen.

In der DE 94 09 760 U1 ist eine Schaltungsanordnung zur An steuerung eines Schützes offenbart. Parallel zur Schützspule liegt ein Freilaufzweig, der einen Schalttransistor und eine dazu in Reihe liegende Freilaufdiode enthält. Eine Freilauf steuerung steuert den Schalttransistor, abhängig von der Spannungsform der Steuerspannung.

Weiterhin ist eine Vorrichtung zur Ansteuerung eines elektro magnetischen Verbrauchers bekannt (siehe DE 43 21 127 A1). Diese umfaßt eine Serienschaltung des elektromagnetischen Verbrauchers und eines ersten Schaltmittels, einen Freilauf kreis für den elektromagnetischen Verbraucher, der ein zwei tes Schaltmittel umfaßt sowie Ansteuermittel für die Betäti gung der Schaltmittel.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Freilaufkreis der obengenannten Art zu schaffen, mit dem man die magneti sche Energie einer Spule, allgemein einer parallel geschalte ten induktiven Last, nach deren Abschaltung von einer Steuerspeisespannung innerhalb kurzer bzw. definierter Dauer abbauen kann. Der Einsatz eines solchen Freilaufkreises bei Schützen soll eine kurze bzw. definierte Abfalldauer der Schütze ermöglichen.

Erfindungsgemäß wird dies mit den Merk malen nach Patentanspruch 1 gelöst.

Der Vorteil dieses Frei laufkreises besteht in seiner selbstgesteuerten Wirkung. Sie rührt daher, daß bei Auftreten von Abschaltüberspannungen an der Spule der Freilauftransistor, d. h. der erste Schalttran sistor sicher gesperrt wird und damit der Stromfluß auf den spannungsabhängigen Widerstand kommutiert wird.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung gibt Anspruch 2 wieder.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an hand einer Zeichnung näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt einen zu einer Spule 1 parallel geschal teten Freilaufkreis. Diese Parallelschaltung liegt an einer Steuerspeisespannungsquelle 8 mit einem Pluspol 13 und einem Minuspol 14. Der Freilaufkreis umfaßt eine unmittelbar zur Spule 1 parallelliegende Reihenschaltung aus einer ersten Diode 2 und einem ersten Schalttransistor 4, dem ein span nungsabhängiger Widerstand 3 parallel geschaltet ist. Dabei liegt der Drain-Anschluß D des Schalttransistors 4 am Minus pol 14, sein Source-Anschluß S ist mit der Anode der ersten Diode 2 verbunden, die wiederum mit ihrem Kathodenanschluß an den Pluspol 13 angeschaltet ist. Der Pluspol 13 ist über eine dritte Diode 15 und einen dazu in Reihe liegenden dritten ohmschen Widerstand 16 mit dem Gate-Anschluß G des ersten Schalttransistors 4 verbunden.

Eine aus einem ersten ohmschen Widerstand 7 und einem Konden sator 6 bestehende Parallelschaltung 5 liegt zwischen dem Source-Anschluß S und dem Gate-Anschluß G des ersten Schalt transistors 4. Der Parallelschaltung 5 liegt eine erste Zenerdiode 17 und ein zweiter Schalttransistor 9 parallel, der mit seinem Emitter am Source-Anschluß S und mit seinem Kollektor am Gate-Anschluß G des ersten Schalttransistors 4 anliegt. Die Basis des zweiten Schalttransistors 9 ist über eine Reihenschaltung aus einem zweiten ohmschen Widerstand 10, einer zweiten Zenerdiode 11 und einer zweiten Diode 12 an den Minuspol 14 geschaltet, wobei an diesem der Anodenan schluß der zweiten Diode 12 anliegt und die beiden Kathoden anschlüsse der zweiten Diode 12 und der zweiten Zenerdiode 11 miteinander verbunden sind.

Die Spule 1 ist z. B. eine Schützspule, der eine elektronische Ansteuerung 18, wie dargestellt, in Reihe geschaltet sein kann.

Die Steuerspeisspannungsquelle 13 ist eine Gleichspannungs quelle, mit der die Spule 1, allgemein eine ohmsche induktive Last, versorgt wird. Zugleich wird über die Diode 15 und den ohmschen Widerstand 16 die in Reihe liegende Parallelschal tung aus der ersten Zenerdiode 17, dem ersten ohmschen Wider stand 7 und dem Kondensator 6 mit einer Steuerspannung beauf schlagt. Durch diese wird der erste Schalttransistor 4 in den leitenden Zustand geschaltet, der solange beibehalten wird, wie die Steuerspeisespannungsquelle 8 zugeschaltet ist. Bei Abschalten der Steuerspeisespannungsquelle 8 baut sich die Ansteuerspannung vom ersten Schalttransistor 4 nach der durch die Parallelschaltung 5 vorgegebenen Zeitkonstante nur lang sam ab, bis sie einen Wert erreicht, bei dem der erste Schalttransistor 4 sperrt. Zur Vermeidung des labilen Schalt zustandes des ersten Schalttransistors 4 in seinem linearen Bereich wird durch den zweiten Schalttransistor 9 ein siche res Sperren des als Freilauftransistor arbeitenden ersten Schalttransistors 4 gewährleistet.

Die Diodenbeschaltung des zweiten Schalttransistors 9, beste hend aus dem zweiten ohmschen Widerstand 10, der zweiten Zenerdiode 11 und der zweiten Diode 12 dient dazu, beim Auftreten von Überspannungen an dem ersten Schalttransistor 4, welche entstehen, wenn der erste Schalttransistor 4 im linearen Bereich arbeitet, den zweiten Schalttransistor 9 sicher durchzusteuern und damit die Gate-Source-Strecke des ersten Schalttransistors 4 kurzzuschließen und diesen damit zu sperren.

Der spannungsabhängige Widerstand 3 dient zum Schutz der Drain-Source-Strecke des ersten Schalttransistors 4. Er baut die bei Abschaltung der Steuerspeisespannungsquelle 8 entste henden Abschaltüberspannungen an der Spule 1 ab und schützt den ersten Schalttransistor 4 vor Zerstörung.

Durch Varianten des ersten ohmschen Widerstands 7 und des Kondensators 6 kann die in der Spule 1 gespeicherte Restener gie mehr oder weniger schnell abgebaut werden bzw. bei Anwen dung für eine Schützspule die Ausschaltverzugszeit des Schüt zes beliebig eingestellt werden. Dies gilt nur bis zur maxi malen Ausschaltverzugsdauer, in der das Schütz ohne Beschal tung abfallen würde.

Durch die Dimensionierung der ersten Diode 2, die auch als Freilaufdiode bezeichnet wird, des ersten Schalttransistors 4 und des spannungsabhängigen Widerstands 3 ist die Beschaltung an verschiedene elektromagnetische Antriebe anpaßbar.

Der Freilaufkreis kann auch für eine elektronisch getaktete Spulenansteuerung 18 verwendet werden.

Gegenüber bisher bekannten Schaltungsanordnungen ist der hier beschriebene Freilaufkreis wesentlich einfacher und mit weniger Bauelementen aufgebaut.

Selbstverständlich läßt sich anstatt des beschriebenen ersten Schalt transistors 4 und des zweiten Schalttransistors 9 ein anderer Schalttransistortyp verwenden.

Claims

1. Freilaufkreis mit vorgebbarer AUS-Verzugsdauer für eine Spule (1), mit folgenden Merkmalen:

a) der Freilaufkreis umfaßt eine parallel zur Spule (1) lie gende Reihenschaltung aus einer ersten Diode (2) und einem spannungsabhängigen Widerstand (3),
b) dem spannungsabhängigen Widerstand (3) ist ein erster Schalttransistor (4) parallelgeschaltet,
c) zur Ansteuerung des ersten Schalttransistors (4) liegt eine Parallelschaltung (5) aus einem Kondensator (6) und einem ersten ohmschen Widerstand (7) an dessen Steuerein gang (6),
d) die Parallelschaltung (5) liegt gleichzeitig an einer Steuerspeisespannungsquelle (8),

dadurch gekennzeichnet, daß

e) der Parallelschaltung (5) ein zweiter Schalttransistor (9) parallelgeschaltet ist, und daß
f) bei Auftreten einer Abschaltüberspannung an der Spule (1) der zweite Schalttransistor (9) durchgesteuert und dadurch der erste Schalttransistor (4) gesperrt wird.

2. Freilaufkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansteuerkreis des zweiten Schalttransistors (9) eine Reihenschaltung aus einem zweiten ohmschen Widerstand (10), einer Zenerdiode (11) und einer zweiten Diode (12) enthält, wobei die Zenerdiode (11) und die zweite Diode (12) entgegengesetzt gepolt geschaltet sind.