DE2026466A1

DE2026466A1 - Elektrisches Festkörper Schaltrelais

Info

Publication number: DE2026466A1
Application number: DE19702026466
Authority: DE
Inventors: Michael F Chicago Hl Joyce (V St A)
Original assignee: North American Philips Corp
Current assignee: Philips North America LLC
Priority date: 1969-06-02
Filing date: 1970-05-29
Publication date: 1971-02-11
Also published as: CA930814A; GB1321410A; FR2049751A5; GB1321111A; NL7007979A; DE2118717A1; US3801832A; BE751272A

Description

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Patentgesuch vom 27,5.1970

Anmelderin: North American Philips Corporation,

Skokie/Illinois /U.S.A.
Unser Zeichens 10£fr/3 (bitte angeben)

Elektrisches Festkörper¹-Schaltrelais

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Festkörper-Schaltrelais, insbesondere ein Hochstrom-Schaltrelais, das innerhalb eines ; breiten Amplituden- und Frequenzbereichs durch Gleich- oder Wechselspannung steuerbar ist.

Die bekannten elektromagnetischen Sehaltrelais arbeiten mit einem vom Steuerstrom betätigten Magnetanker, wobei der mechanische Anker in der Regel von der Erregerspule elektrisch isoliert ist. Der Anker kann dabei Ruhe- oder Arbeitskontakte betätigen, von denen entweder einige oder alle gegenüber dem Anker und der Erregerspule isoliert sind. Zur wirkungsvollen Steuerung des Ankers läßt man die Erregerspule bei einer be- | stimmten Steuerspannung ansprechen. Die Steuerspannung wird von einer Stromquelle bereitgestellt, die den nötigen Steuerstrom liefern kann. Das Ansprechen solcher elektromagnetischer Schaltrelais hängt von der Hysterese-Charakteristik des Magneten ab, die in der Regel zur Kontaktbetätigung eine höhere Steuerspannung als zur Kontaktrückführung in die Ausgangslage verlangt. Außerdem sind die bekannten elektromagnetischen Schaltrelais üblicherweise zur Steuerung mit Gleich- oder Wechselstrom, meistens jedoch nicht für Allstrom, ausgelegt.

Die Erfindung hat die Aufgabe, ein kleines und leichtes, weitgehend von der Temperatur, vom Frequenzgang, von der Spannung

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und von Hysterese-Einflüssen unabhängiges Relais zu schaffen, das mit Gleich- oder Wechselstrom gesteuert werden kann und • bei dem der Magnetanker einschließlich der mechanischen Kontakte durch elektronische Elemente ersetzt ist, wobei ^;äh die Stelle der Erregerspule und des Ankers mit den Kontakten jeweils eine elektronische Einheit tritt und diese beiden elektronischen Einheiten oder Kreise elektrisch gegeneinander isoliert sind.

Die Erfindung erreicht dies bei einem elektrischen Festkörper-Schaltrelais dadurch, daß das durch Gleich- oder Wechselspannung steuerbare Schaltrelais aus einem Primär-,Steuerkreis mit Eingabe für das Steuersignal und einem anschließenden Impulsgeneratorkreis und einem Sekundär-Schaltkontaktkreis mit einem belasteten und an eine elektrische Energiequelle angeschlossenen Ausgang und einem steuerbaren Festkörper besteht, der durch Impulsaufgabe aus dem Primär-Steuerkreis sowohl in einen hohen als einen niedrigen Scheinwiderstand einstellbar ist, und daß der Primär-Steuerkreis und der Sekundär-Schaltkontaktkreis voneinander galvanisch getrennt, elektrisch aber miteinander gekoppelt sind.

Das elektronische Schaltrelais nach der Erfindung realisiert die bei elektromagnetischen Sehaltreiais dn der Regel nur mit Aufwand erzielbare galvanische Trennung des Primär-Steuerkreises vom Schaltkontaktkreis, beansprucht nur wenig Platz und hat geringes Gewicht. Das Schaltrelais nach der Erfindung schaltet sehr schnell und spricht auf Steuergleichspannungen zwischen etwa 3 bis 200 Volt und auf Steuerwechselspannungen von etwa 3 bis 1Ί0 Volt und bis zu 80 kHz an. Die Schaltkontakte kehren beim Spannungsabfall unter etwa 3 Volt sofort in ihre Ausgangsstellung zurück. Primär-Steuerkreis und

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Sekundär^Sehaltkpntaktkreis sind elektrisch voneinander getrennt. -Der, Sekundär-Kontakt schaltkreis ist mit hohem strpm bei weit über Raumtemperatur liegenden Temperaturen belastbar und, gegen transiente Stromstöße unempfindlich. Diese Eigenschaften des erfindungsgemäßen Schaltrelais sichern einen breiten Verwendungsbereich.

Die beiden genannten Kreise des elektronischen Schaltrelais nach der Erfindung lassen sich auch als integrierte Schaltungen aufbauen, da die"metallischen SchaItkontakte der üblichen elektromechanischen Schaltrelais durch elektronische Schaltelemente hoher Lebensdauer ersetzt sind. Das Schaltrelais nach der Erfindung ist dadurch weitgehend unempfindlich gegen Beschleunigungskräfte, äußerst betriebssicher und feuchtigkeitsunempfindlich.

Für die Kopplung des Primär-Steuerkreises mit dem Sekundär-SchaItkontaktkreis kann man Induktivitäten, Fotozellen, Kristalle oder andere Übertrager verwenden und die beiden Kreise so voneinander trotz bester elektrischer Kopplung sicher galvanisch trennen.

Die Zeichnung erläutert Einzelheiten der Erfindung und mögliche Abwandlungen anhand verschiedener Schaltbilder als Beispielelt. Dabei zeigen:

Fig. 1 ein Grundschaltbild; '

Fig. 2 ein anderes GrundschaltbiId;

Fig. 3 eine Abwandlung des Schaltkontaktkreises aus Fig. in Art einer einpoligen Zweiwegweiche (single-poledouble-throuw);

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Fig. 4 eine andere Abwandlung des Schaltkontaktkreises aus Fig. 1 zur Steuerung von Gleich- oder Wechselstrom j

Fig. 5 eine dritte Abwandlung des Schaltkontaktkreises aus Fig. 1;

Fig. 6 eine vierte Abwandlung des Schaltkontaktkreises aus Fig. 1 in Art einer einpoligen Zweiwegweiche:

fe Fig. 7 eine andere Ausführung des Relais nach der Erfindung

unter Verwendung von Fotozellenelementen zur Kopplung der beiden Kreise;

Fig. 8 ein anderes Schaltbeispiel für das Schaltrelais nach

der Erfindung mit einem lichtemittierenden Kondensator unter den Kopplungselementen;

Fig. 9 eine weitere Ausführung des Schaltrelais nach der Erfindung mit einer piezoelektrischen Kopplung ;

Fig.10 ein anderes Ausführungsbeispiel für die Erfindung und

ρ Fig.11 eine Abwandlung des Kontaktschaltkreises für synchrone

Schalttätigkeit, z.B., mit der Schaltung It. Fig. 10.

Lie Schaltung It. Fig. 1 besteht aus einem Primär-Eteuerkreis 11 anstelle der Spule des bekannten magnetischen Schaltrelais und einem Sekundär-Schaltkontaktkreis 12 anstelle von Einzel- Schalt kontakten des elektromechanischen Schaltrelais. An den Eingang mit den Klemmen 13 und 14 des Primär-Steuerkreises kann eine Steuergleich- oder Wechselspannung aufgegeben werden. Zur Gleichspannungssteuerung kann man die Gleichspannung von einer etwa 3 bis 200 Volt abgebenden Stromquelle abnehmen. Zur Wechselspannungεsteuerung kann die Steuerspannung eine

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Amplitude zwischen etwa 3 und IUO Volt und bei der Erfindung eine beliebige Frequenz bis zu 80 kHz haben. Diese Vierte für Spannung und Frequenz sind nur Beispiele für den breiten Arbeitsbereich bei der Auslegung der Schaltung It. Fig. 1 und soliwdie Erfindung nicht begrenzen. Mit dem Eingang 13 und IH ist ein Gleichrichterkreis 16 verbunden. Bei Steuerung des Schaltrelais mit Festfrequenz oder mit Gleichstrom braucht man natürlich keinen Gleichrichterkreis. Im Ausführungsbeispiel arbeitet der Gleichrichter als Ganzwellen-Brückengleichrichter mit zwei Spannungsbegrenzer-Zenerdioden 17 und 18 und zwei Normaldioden 19 und 21 zur Umwandlung von Wechselstrom-Steuersignalen am Eingang 13, 14 in eine gleichgerichtete Spannung.

Zu den wesentlichen Vorteilen der Erfindung gehört, daß das Schaltrelais sofort betätigt wird, wenn die auf den Eingang 13, 14 aufgegebene Spannung einen Grenzwert überschreitet. Dieser Grenzwert wurde bei praktischen Relaisausführungen mit etwa 3 Volt ermittelt. Fällt die aufgegebene Steuerspannung unter den Grenzwert, dann kommt das Relais sofort zur Ruhe.

Die über die Zenerdioden 18 und 21 (bzw. die einfachen Dioden 17 und 19) gleichgerichtete Eingangsspannung wird den Enden i einer Kippkreisreihenschaltung mit einem Scheinwiderstand 22 * zugeführt, der im Beispiel aus zwei Feldeffekttransistoren 23 und 24 und einer Kapazität 26 besteht. Jeder Feldeffekttransistor 23, 24 hat über einen verhältnismäßig breiten Spannungsbereich eine konstante Stromcharakteristik. Dieser Gesamtspannungsbereich ist durch Verwendung von zwei gleichartigen Feldeffekttransistoren nahezu verdoppelt. Der Stromfluß durch die Feldeffekttransistoren 23 und 24 wird durch die Werte von zwei mit den Feldeffekttransistoren in Reihe liegenden Wirkwiderständen 20 und 26 gesteuert. Die Feldeffekttransistoren 23, 24 können entweder als Verstärker-

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oder Sperrschichttransistoren arbeiten. Im ersten Fall verringert die Widerstandsvergrößerung der Wirkwiderstände 20 und 25 den Stromfluß durch die Feldeffekttransistoren. Im zweiten Fall steigert der Widerstand der Wirkwiderstände 20 und 25 den Stromfluß. Feldeffekttransistoren lassen sich zusammen mit den Wirkwiderständen 20 und 25 als Teil des Eigenwiderstandes dieser Elemente verwenden.

Parallel mit der Kapazität 2 6 liegt ein negativer Widerstand 27 in Form einer asymmetrischen Vierschichtdiode₈ obwohl andere negative Widerstände, wie z.B. Lawinentransistoren, Doppelbasisdioden, Tunneldioden und dergl. ebenfalls an ihrer Stelle verwendbar sind» Der negative Widerstand kann auch ein lichtemittierendes Element mit einer Kennlinie₈ die einen Knick hat, sein, die eine scharfe Kennlinienumkehr bei einem bestimmten Spannungswert zeigt. Ebenso kann die Kapazität 26 ein bei einer bestimmten Spannung lichtemittierendes Element sein.

Schließlich gehört auch noch die Primärwicklung 28 eines Impulswandlers 29 zum Primär-Steuerkreis 11. Der Impulswandler 29 muß keine große Energie übertragen und kann deshalb im Vergleich z.Bo mit der Erregerspule des üblichen elektromechanischen Schaltrelais verhältnismäßig klein sein und trotzdem einen ebenso hohen Stromwert steuern«, Dies bedeutet natürlich nicht₉ daß der Wandler 29 in jeder Weise wie die Erregerspule eines normalen elektromechanischen Schaltrelais arbeitet. Es handelt sich hier nur um eine näherungsweise Deutung seiner physikalischen Größe.

Im Ausführungsbeispiel It₀ Figo ist die Primärwicklung 28 des Wandlers 29 mit zwei Sekundärwicklungen 31 und 32 gekop-. pelt und koppelt so den Primär-= Steuerkreis 11 und äen Kontaktschaltkreis 12 des erfindungsgemäßen Relais» Die eine Sekundär-

wicklung 31 liegt in Reihe zwischen der Kathode und dem Gate eines Silizium-Gleichrichters 33. In gleicher Weise ist die Sekundärwicklung 32 zwischen die Kathode und das Gate eines anderen Silizium-Gleichrichters 34 geschaltet. Die Anoden-Kathoden-Kreise der beiden Silizium-Gleichrichter 33, 34 liegen miteinander unmittelbar parallel aber mit umgekehrter Polarität im Ausgang 36, 37 (Klemmen 36, 37), die den Kontaktanschlüssen des bekannten elektromechanischen Relais ensprechen. Im Ausgang 36 und 37 und parallel zu den Silizium-Gleichrichtern 33 und 34 liegt als Überspannungsschutz .außerdem noch eine Doppel-Zenerdiöde 3 8.

Bei Aufgabe einer Steuerspannung auf den Eingang 13, 14 des Primär-Steuerkreises wird diese, wenn es sich um eine'Wechselspannung . handelt , durch den Gleichrichterkreis 16 gleichgerichtet und damit die Verbindung zwischen den Dioden 17 und 18 und dem Feldeffekttransistor 23 positiv gegenüber der Verbindung zwischen den £ioden 19 und 21 und der Kapazität 26. Eine Gleichspannung als Steuerspannung muß so auf den Eingang 13, 14 aufgegeben werden,daß die Verbindung,zwischen den Dioden 17 und 18 positiv gegenüber der Verbindung zwischen den Dioden 19 und 21 und der Kapazität 2C wird. Der Gleichspannungswert kann als konstant unterstellt werden, während die jeweilige Wechselspannungsgröße sich dauernd zu ändern sycht. In jeden Fall erlauben die Feldeffekttransistoren 23 und 24 nur einen im wesentlichen konstanten Stromflu.l über die Kapazität ZC, an der sich ein einheitlicher Spannungswert aufbaut. Sobald die Spannung air. negativen Widerstand 27 einen bestimmten Wert erreicht, fällt der Scheinwiderstand plötzlich wesentlich ab und baut die Spannung an der Kapazität 26 ab. Dieser Spannungsabbau erfolgt als Stromimpuls durch die Primärwicklung 28, die mit den Sekundärwicklungen 31 und 32 magnetisch gekoppelt ist. Die den Strom durch die Feldeffekttransistoren

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23, 2*4 einschließenden Arbeitsparameter, die Kapazität (der Kondensator) 26 und die Schalt- oder Durchbruchspannung des negativen Widerstandes 27 sind nun so gewählt, daß die Stromimpulsfolge durch die Primärwicklung 28 etwa 2200/sec beträgt. Sie hält nach der Aufgabe eines Steuersignals auf dem Eingang 13 und IH so lange an, als die Siliziumgleichrichter 33 und 34 zwischen dem Ausgang 36, 37 stromführend sind.

Alle auf die Primärwicklung 2 8 aufgegebenen Impulse erzeugen an den Sekundärwicklungen 31 und 3 2 Spannungsimpulse. Diese Sekundärwicklungen sind so polarisiert, daß sie die Impulse zwischen der Gate-Elektrode und Kathode der Silizium-Gleichrichter 33,, 34 in einer diese Silizium-Gleichrichter leitend machenden Polarität aufgeben - genügend Spannung am Ausgang 36 und 37 vorausgesetzt -,da die Siliziumgleichrichter 33, 34 nur dann ansprechen, wenn auf ihre Gate-Elektroden eine Spannung geeigneter Polarität aufgegeben wird, um den einen oder anderen Silizium-Gleichrichter 3 3 oder 34 leitend zu machen. Dies wiederum in Abhängigkeit von der Polarität der Spannung am Ausgang 36, 37. Die Impulsfolge von 2 200 Impulsen / see wurde gewählt, damit mindestens ein Impuls zur Umsteuerung entweder des Siliziumgleichrichters 33 oder den Siliziumgleichrichter 34 innerhalb der ersten 10 jeder Halbwelle bei 60 Kz auftritt. Bei Aufgabe von Wechselspannung an den Ausgang 3 6 und 3 7 zum Arbeiten bei etwa 400 Hz oder anderen Frequenzen muß man natürlich andere Stromparameter zur Erzielung eines Impulses innerhalb der angegebenen oder geringeren Zeit wählen. Dann wird einer der Silizium-Gleichrichter 33, 34 umgesteuert und bleibt für den Rest der Spannungshalbwelle am Ausgang 36 und 37 in dieser Funktion, bis die Spannungsumkehr am Ausgang 36 und 3 7 den jeweils leitend durchgeschalteten Silizium-Gleichrichter in den Sperrzustand zurückkehren läßt. Die Arbeitsgeschwindigkeit ist deshalb

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durch die Schaltgeschwindigkeit der Silizium-Gleichrichter. 3 und 34 nach dem Beginn einer Halbwelle bestimmt.

Die Doppel-Zenerdiode 38, die als Schutz für die Silizium-Gleichrichter 33 und 34- vorgesehen ist, hat Durchbruchscharakteristik, wenn die an ihr liegende Spannung einen bestimmten Wert überschreitet und dabei fällt ihr Scheinwiderstand aber nicht auf Null, sondern bleibt so hoch, daß die Durchbruchsspannung bestehen bleibt. Wenn deshalb die normale Spannungsspitze, die die Schaltkontakte steuern sollen, 167 Volt beträgt und die Silizium-Gleichrichter 3 3 und 3M- eine Sperrspannung von 250 Volt haben, soll man die Doppel-Zenerdiode 38 für eine Durchbruchspannung von etwa 200 Volt auslegen, die größer ist als die normale Spannungsspitze, aber kleiner als eine schädliche Spannung ist. .

Im Schaltbild It. Fig. 2 ist der die bekannte Magnetspule ersetzende Eingang 13 und IM· ohne Zwischenschaltung eines Gleichrichters an einen Reihenkreis angeschlossen, der einen Konstanzstrom-Regler 41 und die Kapazität 26 enthält. Parallel zur Kapazität 26 liegen eine zweiseitige Schaltdiode42 und die Primärwicklung 28 des Impulstransformators 29. Die doppelseitige Schaltdiode 42 kann durch Gleichstrom oder den halben auf den Eingang 13, 14 aufgegebenen Wechselstrom betätigt werden. Die daraus resultierenden Impulse werden dem Impulstransformator 29 aufgegeben. Bei Steuerung durch einen nicht gleichgerichteten Wechselstrom besteht die Impulsreihe dann aus einer Reihe von positiven Impulsen, denen eine Reihe von negativen Impulsen folgt. Da die auf die Primärwicklung 28 aufgegebenen Stromimpulse für eine gewisse Zeit während des Wechselstromeingabezyklus am Ausgang 13 und 14 eine bestimmte Polarität haben und während des anderen halben Zyklus am Ausgang 13, 14 die entgegengesezte Polarität haben, muß die Hälfte der mi* durch die Sekundärwicklung des Transformators 29 übertragenen Impulse in der Polarität umgekehrt

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werden. Dies erreicht man mit zwei Sekundärwicklungen 43 und 44 mit jeweils einer Mittelanzapfung am Transformator 29, Die Mittelanzapfung der Sekundärwicklung 43 liegt an der Kathode des Silizium-Gleichrichters 33, die Mittelanzapfung der Sekundärwicklung 44 an der Kathode des Silizium-Gleichrichters Die Enden der Sekundärwicklung 43 sind mit einem Vollweg-(ganze Welle)Gleichrichter-Diodenkreis verbunden, der aus' den Dioden 46 und 47 besteht, die an der Gate-Elektrode des Silizium-Gleichrichters 33 angeschlossen sind» Ein gleicher Gleichrichterkreis aus den Dioden 4 8 und 49 ist mit den Enden der zweiten Sekundärwicklung 44 und der Gate-Elektrode des Silizium-Gleichrichters 34 verbunden.

Die in den Sekundärwicklungen 43 und 4% induzierten Impulse schälten die Dioden 46 und 48 für eine Impulsreihe einer Polarität und die Dioden 47 und 49 für die Impulsreihen entgegengesetzter Polarität. Dadurch haben die auf die Gate-Elektroden der Silizium-Gleichrichter 33 und 3% aufgegebenen Impulse die richtige Polarität, um die Silizium-Gleichrichter durchzuschalten (leitend zu machen), sobald am Ausgang 36 und 3 7 eine geeignet polarisierte Spannung aufgegeben wird. Entsprechend der Schaltung It. Fig. 1 ist der Silizium-Gleichrichter· 3 3 während einer¹ Halbwelle des am Ausgang 3 6 und 37 aufgegebenen Wechselstroms leitend und der Siliziumgleichrichter 34 während der anderen Hai'bwelle.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellten Festkörperrelais haben beide einen Ausgang aus nur- ©inem Paar Kontaktkleramen (3 6, 37) und entsprechen damit einem elektromechanischen Relais mit einem Arbeitskontakt, Mit dem Primär-Steuerkreis Ii der Schaltung 1 kann man jedoch auch mehr als nur einen Kontaktsatz steuern. Die Fig. 3 bringt dazu ein Schaltbild für einen Kontaktschaltkreis mit zwei 'selbständigen Arbeitskontakten.

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Bei der Schaltung It. Fig. 3 ist die erste Sekundärwicklung des Impulstransformatorε 29 mit der Gate-Elektrode eines Triacs 51 verbunden. Triacs können für jede Halbwelle eines Wechselstromzyklus leitend werden. Der Triac 51 in der Schaltung It. Fig. 3 nimmt deshalb die Stelle von zwei Silizium-Gleichrichtern 33 und3H der Fig. 1 ein, arbeitet jedoch langsamer als die Silizium-Gleichrichter und wird deshalb in erster Linie zur Steuerung von Wechselstrom mit einer Frequenz nur bis zu etwa UOO Hz benutzt. Triacs müssen wie Silizium-Gleichrichter umgeschaltet werden, d.h. sie bleiben nach einer Belastung so lange leitend, bis sich ihre Anoden-Kathoden-Spannung umpolt. Die Relaisschaltung nach Fig. 3 kann deshalb nicht auf Gleichstrom arbeiten, :

Die zweite Sekundärwicklung 32 ist mit einem anderen Triac 5 2 verbunden. Je eine Doppel-Zenerdiode 38, S3 arbeitet als Schutz gegen transiente Stöße für die Triacs. Entsprechend dem Doppel-Arbeitskontaktsystem sind auch die beiden Ausgänge des Kontaktschaltkreises voneinander getrennt. Ein Ausgang 36, 37 ist auf den Triac 51, der andere Ausgang 54, 55 auf den anderen Triac 52 geschaltet.

Die Schaltung It. Fig* 4 zeigt einen Kontaktschaltkreiε zum Arbeiten sowohl mit Gleichstrom als auch mit Wechselstrom. Der Primär-Steuerkreis entspricht dabei der Fig. 1 oder 2. Der Impulstransformator 29 muß dabei nur eine einzige Sekundärwicklung 31 haben, die an einen Gleichrichterkreis aus einer Diode 27 und einer Kapazität 58, an der ein pulsierender und von den am Transformator 29 übertragenen Impulsen erzeugter Gleichstrom bereitgestellt wird. Die an der Kapazität 58 auftretende Gleichspannung wird der Basis eines zweiseitigen Transistors 59 aufgegeben, dessen Ausgangselektroden mit dem Ausgang 36, 37 verbunden sind. Auch hier liegt zum Überspannungsschutz eine Doppelzenerdiode 38 über den Ausgangselektroden des zweiseitigen Transistors 59. Die in allen Schaltungen

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die mit dieser zweiseitigen Zenerdiode als Überlastungsschutz arbeiten, muß diese Zenerdiode beim Auftreten von Überspannungen so frühzeitig ansprechen, daß keinerlei schädliche Spannung im Schaltrelais, im vorliegenden Fall am zweiseitigen Transistor 59, auftritt.

Während der Impulsaufgabe auf die Primärwicklung 28 des Impulstran Bformators 29 hält die gleichgerichtete und auf die Basis des zweiseitigen Transistors 29 aufgegebene Spannung diesen durchgeschaltet (leitend) und zwar unabhängig von der Polarität der Spannung an Ausgang 36, 37, sperrt den zweiseitigen Transistor 59 jedoch sofort beim Ausbleiben von'"impulsen, so daß eine Umschaltung des Transistors 59 unnötig ist. Insoweit unterscheidet sich der zweiseitige Transistor 59 von den Silizium-Gleichrichtern und Triacs der Schaltbilder 1 und 3.

In der Schaltung It. Fig. 5 ist der Kontakt schaltkreis des Schaltrelais It. Fig.. 1 in anderer Weise abgewandelt. Hier' ist der Impulsübertrager 29 mit seiner Primärwicklung 28 an einen Primär-Steuerkreis entsprechend Fig. 1 oder 2 angeschlossen und hat eine erste und mit einem ersten Gleichrichterkreis aus der Diode 57 und der Kapazität 5 8 verbundene Sekundärwicklung 31. Die andere Sekundärwicklung 32 ist mit einem zweiten Gleichrichterkreis aus der Diode 61 und einer Kapazität 62 verbunden. Der erste Gleichrichterkreis ist mit der Basis eines bipolaren Transistors 6 3 verbunden, der in Reihe mit einer den Ausgang 36, 37 überbrückenden Schutzdiode 64 liegt. Der andere Gleichrichterkreis ist mit der Basis eines zweiten bipolaren Transistors 6 6 verbunden, der in Reihe mit einer zweiten Schutzdiode 67 über dem Ausgang 36, · 37 liegt. Hier dient eine einzige Doppel-Zenerdiode 38 als Überspannungsschutz für die beiden bipolaren Transistoren ■ 63, 66. Die Schaltspannung für die bipolaren Transistoren 63 und 66 wird von einem Generator 68 abgenommen, der in

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Reihe mit einem Vorsehaltwiderstand 69 (lead) am Ausgang 36, 37 liegt.

Die bipolaren Transistoren 63, 66 schalten immer nur für eine bestimmte, auf ihre Emitter und Kollektoren aufgegebene Spannungspolarität durch. Damit man sie durch beide Halbwellen jedes vom Gerfrator 68 erzeugte Wechselstromzyklus durchschalten kann₅ braucht man deshalb zwei bipolare Transistoren 63 und 66* Zur Bereitstellung geeigneter Spannungspolarität für den Stromfluß durch die Emitter-Kollektorkreise der bipolaren Transistoren 63 und 66 braucht man außerdem eine geeignete Energiegröße an ihren Basiselektroden. Sie wird durch Gleichrichtung der "

mit dem Impulsübertrager 29 auf die Dioden 57 und 61 aufgegebenen Impulse erzielt.

Die Fig. 6 zeigt das Schaltbild für den Haltkontaktkreis eines Wechsel-Arbeitskontakt-Relais, wobei der gemeinsame Arbeitskontakt 78 wechselnd mit dem Kontakt 77 oder 82 schließt. Also hat der Impulsübertrager eine Primärwicklung 28 und drei Sekundärwicklungen 71, 72 und 73, die alle auf einen Kern 74 mit einer rechteckigen Hysteresisschleife gewickelt sind. Die Hysteresisschleife muß dabei nicht so exakt rechteckig sein, wie dies manchmal für andere Schaltkreise verlangt wird. Der Begriff "rechteckig (square)" ist ä im folgenden in einem breiten Sinn zu verstehen.

Der erste Triac 76 ist mit einem Ausgang an die Kontaktklemme 77 angeschlossen, die normalerweise als Ruhekontakt arbeitet. Der andere Ausgang des Triac 76 ist mit dem Sternpunkt der drei Sekundärwicklungen 71, 72, 73 verbunden. Im Regelfall hat die Wicklung 73 nicht so viele Windungen wie die Wicklungen 71 und 72 und ist vom gemeinsamen Sternpunkt weg < mit einer gemeinsamen Kontaktklemme 78 verbunden. Die Steuerelektrode des Triacs 76 ist über den Wirkwiderstand 79

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mit dem normalerweise geschlossenem Kontakt 77 verbunden»

Die Ausgangselektroden des zweiten Triacs 81 sind unmittelbar* , zwischen dem gemeinsamen Kontakt 78 und einem dritten Kontakt 82 eingeschaltet, der normalerweise offen und damit ein Arbeitskontakt ist. Die Gate-Elektrode des Triacs 82 ist mit einem freien Ende der zweiten Sekundärwicklung 72 verbunden.

Die Schaltung It. Fig. 6 arbeitet nun mit einem dritten Triac» dessen Strombelastbarkeit geringer als die der beiden Haupttriacs 76 und 81 sein kann. Die Ausgangselektroden dieses dritten Triacs sind zwischen die Gate-Elektrode des ersten Triacs 76 und den Sternpunkt der drei Sekundärwicklungen 71 _f 72, 73 eingeschaltet. Die Gate-Elektrode des dritten Triacs

wiederum ist mit dem freien Ende der Sekundärwicklung 71 verbunden .

Wie bei einem Ruhe-Arbeitskontakt-Relais üblich, arbeitet die Schaltung It. Fig. 6 mit einer einzigen Energiequelle 81, die zur Umschaltung der- Triacs 76 und 81 eine Wechselstromquelle sein muß und mit dem gemeinsamen Kontakt 78 und über eine Gabelschaltung mit den Belastungsimpedanzen 86 und'87 mit den Kontakten 77 und 82 verbunden ist. Die Kontakte 77 und 78 bzw. 78 und 82 sind zum Überspannungsschutz der Triacs 76 und 81 durch zwei Doppelzener-Schutzdioden 88 und 89 überbrückt.

Angenommen die Schaltung der Fig. 6 wird zum erstenmal unter Spannung gesetzt und an der Primärwicklung 28 liegen keine Impulse an, dann fließt von der Stromquelle 84 Strom durch die Belastung 86,den Ruhekontakt 77, den Triac 76, die Sekundärwicklung 73 und den gemeinsamen Kontakt 78. Damit dieser Zustand eintreten kann, muß der Triac durchgeschaltet, d.h. leitend sein. Dazu ist seine Gate-Elektrode über den

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Wirkwiderstand 79 mit dem Kontakt 77 verbunden. In diesem Zustand und einen richtigen Wert des Uirkwiderstands 79 vorausgesetzt ist der Triac 76 während positiver und negativer Halbwellen des vom Cenerator 84 abgegebenen Wechselstroms leitend. Der Wert des Wirkwiderstands 79 muß optimal ausgelegt sein und soll zwischen etwa 200 bis 20 Kiloohm liegen. Der Triac 76 ist beim ersten Anlauf jeder Halbwelle noch nicht leitend. Seine Durchschaltung ist mit einigen wenigen Winkelgraden, typisch sind etwa 10 Winkelgrade, bei jeder Wechselstromhalbwelle verzögert, damit der Triac 76 in jedem Fall vor dem Triac Sl leitend wird, solange keine Impulse an der Primärwicklung 28 anliegen.

Wenn man die Kontakte der Schaltung It. Fig. 6 so steuern will, daß der Ruhekontakt offen und der Arbeitskontakt geschlossen ist, muß man im Primär-Steuerkreis (siehe Primär-Steuerkreis 11 in Fig. 1) Impulse erregen und auf die Primärwicklung 28 aufgeben. Diese Impulse schalten über die -erste Sekundärwicklung 71 den dritten Triac durch, so daß ein Strompfad geringer Impedanz zwischen der Gate-Elektrode des ersten Triacs 76 und dem gemeinsamen Kontakt 7 8 zustande kommt und das Durchschalten des ersten Triacs zu Beginn der nächsten Wechselstromhalbwelle vom Generator Bk nach der Aufgabe von Impulsen auf die Primärwicklung 28 verhindert. Diese Schaltsperre am Triac 76 muß bereits bei Beginn einer vom Generator 8t anlaufenden Wechselstrom-Halbwelle vor dem Durchschalten verhindert werden»

Zugleich wird der zweite Triac 81 durch die Aufgabe von Impulsen auf die zweite Sekundärwicklung 72 durchgeschaltet gehalten und so zwischen dem gemeinsamen Kontakt 78 und dem Arbeitskontakt 82 eineniedrige Impedanz oder meist ein Kurzschluß erzeugt, der zum Stromfluß vom Generator 81 über den Belastungswiderstand 87, den Arbeitskontakt 82, den zweiten Triac 81 und den gemeinsamen Kontakt 78 führt.

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Die dritte Sekundärwicklung 73 tastet den Stromfluß durch den Triac 76 ab und zwingt so den Magnetkern 74 (mit rechteckiger hysteresisschleife) in einen magnetischen Zustand, der die Impulsübertragung aus den beiden Sekundärwicklungen 71 und 72 bis zum Abklingen jedes Stromdurchflusses durch den ersten Triac 76 sperrt. Dadurch kann der Arbeitskontakt 82 vor dem Öffnen des Ruhekontakts 77 nicht gegenüber dem gemeinsamen Kontakt 78 schließen, so daß ein Wechselkontakt entsteht.- Den Stromfluß durch den Triac 81 muß man nicht abtasten, weil dieser Triac nicht schaltet, solange keine Impulse an der Primärwicklung 28 anliegen. Die dritte Sekundärwicklung 73 soll die niedrigstmögliche Impedanz haben, weil der Strom durch den Triac 76 auch durch sie fließt. Das Schaltrelais nach der Fig. 7 verwendet als Impulsübertrager zwischen dem Primär-Steuerkreis 11 und dem Schaltkontakt 12 der Fig. 1 einen Lichtübertrager. Dabei besteht der Primär-Steuerkreis aus dem Eingang 91 und 92 und einer Reihenschaltung aus einem Feldeffekttransistor 9 3 und einer Kapazität 94. Mit dem Feldeffekttransistor 9 3 sind zwei Belastungswiderstände 66 und 67 verbunden. Mit der Kapazität 94 ist ein lichtemittierendes Element 98 mit Kennlinienknick,z.B. eine zweiseitige Fotozellendiode , parallelgeschaltet.

Der Kontakt schaltkreis hat bei der Schaltung It. Fig. 7 einen lichtempfindlichen Feldeffekttransistor, der mit den Gate-Llektroden von zwei Silizium-Gleichrichtern 101 und 102 verbunden ist. Die beiden Silizium-Gleichrichter 101 und 102 sind miteinander mit gegenseitig umgekehrter Polarität verbunden und liegen beide parallel über dem Ausgang mit den Kontakten 103 und 104, die wiederum dem Kontaktsatz des Schaltrelais entsprechen. Parallel zu den Silizium-Gleichrichtern 101 und 102 liegt als Überlastungsschutz eine Doppel-Zenerdiode Io6.

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Bei Aufgabe einer Steuerspannung auf den Eingang 91, 92 baut der Stromfluß durch den Feldeffekttransistor 9 3 an der Kapazität 94 so lange Spannung auf, bis das lichtemittierende Element 9 8 seine Durchbruchspannung erreicht und einen Lichtimpuls abgibt. In einem Strahlbereich liegt der lichtempfindliche Feldeffekttransistor 99. Der Lichtübertrager als Ganzes muß natürlich gegen Fremdlicht abgeschirmt sein. Beim Eintreffen eines Lichtimpulses am lichtempfindlichen Feldeffekttransistor 99 versetzt dies einen der Silizium-Gleichrichter 101 oder in leitenden Zustand, was von den jeweiligen Polaritäten der Ausgangskontakte 103 und 104 abhängt. Wenn vom Eingang 91 und 92 kein Steuersignal mehr abgeht, wird der Feldeffekttran- | sistor 9 3 stromlos und endet der sich wiederholende Spannungsaufbau an der Kapazität 94 und damit die Abgabe von Lichtimpulsen am lichtemittierenden Element 98.

Die Schaltung It. Fig. 8 ähnelt der von Fig. 7 mit dem Unterschied, daß sie anstelle des lichtemittierenden Elements 9 der Fig. 7 mit einer lichtemittierenden Kapazität 107 arbeitet, die in Reihe mit dem Feldeffekttransistor 93 und parallel mit einem Festkörperelement 8 mit Durchbruchcharakteristik, z.B. einer Diode, arbeitet. Der Kontaktschaltkreis der Fig. 8 entspricht"im übrigen dem der Fig. 7.

Wenn sich bei dieser Schaltung bei Aufgabe von Steuersignalen " am Eingang 91, 92 genügend Spannung an der Kapazität 107 aufgebaut hat, beginnt die Kapazität 107 Licht zu emittieren. Kurz danach schaltet das Element 108 durch und schließt die Kapazität 107 kurz, wodurch ihre Spannung unter den Lichtemissionswert fällt. Dadurch kommt es an der Kapazität 107 zu einer Folge von Lichtimpulsen, deren Umfang und Dauer durch den Stromfluß im Feldeffekttransistor der Kapazität 107 best immt wird.

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Fig. 9 zeigt eine andere erfindungsgemäße Abwandlung für die Kopplung von Primär-Steuerkreis und Sekundär-Schaltkontaktkreis. Der Eingang 13, 14 ist an die Enden einer» Reihenschaltung aus einem zweiseitig wirksamen Halbleiterschaltelement 109 und zwei Elektroden 111 und 112 an den beiden entgegengesetzten Seiten eines piezoelektrischen Kristalls 113 angeschlossen. Das Kristall 113 ist körperlich mit einem zweiten Kristall " im zur Schwingungsübertragung verbunden. Der piezoelektrische Kristall 113, 114 kann aus kleinen Plättchen bestehen,, die miteinander Fläche gegen Fläche verklebt sind. Der piezoelektrische Kristall 114 hat ebenfalls ein Paar Elektroden 116 und 117, von denen die eine mit der Gate-Elektrode und die andere mit einer Anode eines Triacs 118 verbunden ist. Die beiden Ausgangselektroden dieses Triacs 113 liegen in Reihe mit einer Stromquelle 119 und einer Belastungsimpedanz 121.

Sobald die auf den Eingang 13 und ΙΛ aufgegebene-Signalspannung den Schwellenwert überschreitet, schaltet das Halbleiterelement 109 durch und gibt einen plötzlichen Spannungsimpuls auf das Kristall 113 zwischen den Elektroden 111 und 112. Dieser Spannungsimpuls verfornit den Kristall 113 durch piezoelektrischen Effekt abrupt und wird mechanisch auf den zweiten Kristall 114 in Form einer plötzlichen Deformation übertragen, ruft dort einen Spannungsimpuls über den Elektroden 116 und 117 hervor und schaltet den Triac 118 um; Wie bereits bei Erläuterung der Fig. 6 beschrieben bleibt der Triac 118 leitend, wenn er einmal in diesen Zustand versetzt ist, bis,, die Spannung an seinen Ausgangselektroden am Ende jeder Halbr ;_t welle der Wechselstromperiode Muli wird.

Die Fig. 10 zeigt eine weitere erflndungsgemäße Schaltung, wobei der allgemein mit 120 bezeichnete Schaltkreis dem Primär-Steuerkreis 11 und der mit 125 bezeichnete Kreis dem Sekundär-Schaltkontaktkreis der Fig, I entspricht. Der

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Steuerkreis 120 kann den Primär-Steuerkreis 11 der Fig. 1 voll ersetzen und besteht aus einer Reihe von jenen der Fig. ähnlichen und deshalb auch mit den gleichen Bezugsziffern bezeichneten Elementen. Dazu gehören ein Eingang mit den Eingangsanschlüssen 13, IU, die mit einem Vollweg-Brückengleichrichter 16 aus den Dioden 17, 18, 19 und 21 besteht. Der Ausgang des Brücken-Gleichrichters 16 ist mit einer Reihenschaltung 122 aus den beiden Feldeffekttransistoren 23 und 24, die jeweils in Peihe mit Belastungswirkwiderständen 20 und liegen und mit einem weiteren Widerstand 123 verbunden, zu dem eine Reihenschaltung aus einer Tunneldiode 124 und der Primärwicklung 12G eines Impulsübertragers 127 parallel liegt.

Der Siialtkontaktkreis 125 besteht in Fig. 10 aus zwei gesteuerten Silizium-Gleichrichtern 128, 129, die mit umgekehrter Polarität zwischen dem Ausgang (Arbeitskontakt) 36, 37 liegen. Die Steuerkreise für die beiden Silizium-Gleichrichter 128, 129 bestehen aus einer aus vier Dioden 132, 133, 134 und 135 aufgebauten Brückenschaltung 131, Außerdem ist vom Kontaktanschluß 36 weg eine Diode 13 6 mit der Gate-Elektrode des Silizium-Gleichrichters 129 und vom Kontaktanschluß 37 weg eine entsprechende Diode 137 mit der Gate-Elektrcde des Silizium-Gleichrichters 128 verbunden. Ein überwachungs-Silizium-Gleichrichter 138 liegt in Reihe mit einem Wirkwiderstand 139 und bildet einen Reihenkreis zwischen dem Sternpunkt der Kathoden der Dioden 132 und 124 und den Anoden der Dioden 133 und 135. Außerdem liegt noch eine Sekundärwicklung 141 des Impulsübertragers 127 in Reihe mit dem Wirkwiderstand 13 9 und parallel zur Gate-Elektrode und Kathode des Überwachungs-Silizium-Gleichrichters 138.

Auch diese erfindungsgemäße Schaltung It. Fig. 10 beginnt mit der Aufgabe ein* Steuerspannung auf den Eingang 13 und 14 zu arbeiten und führt zu Stromfluß durch die Feldeffekt-

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transistoren 23 und 24. Die Arbeitsweise der Feldeffekttransistoren führt zu einer im wesentlichen konstanten Spannung am Wirkwiderstand 123. Die Induktivität der Primärwicklung des Impulsübertragers 127 wirkt dabei als Energiespeicher, so daß infolge der negativen Spannungscharakteristik der Tunneldiode 124 ein Schwingungskreis mit verhältnismäßig hoher Frequenz, z.B. rund 80 KEz, entsteht. Die erzeugten Schwingungen sind mehr oder weniger sinusförmig und werden durch den Impulsübertrager 127 auf die Sekundärwicklung übertragen. Das Wicklungsverhältnis des Übertragers 127 soll sich zur Verbesserung der Energie-Speicherfähigkeit vom Wicklungsverhältnis des Impulsübertragers 29 im Schaltbeispiel It. Fig. 1 möglicherweise völlig unterscheiden. So kann z.B. die Primärwicklung 28 beim Impulsübertrager 29 in Fig. 1 sechs Windungen und jede der Sekundärwicklungen 31 und 32 zehn Windungen haben. Dagegen soll die Primärwicklung 126 des Impulsübertragers 127 in der Schaltung It. Fig. 10 neun bzw. siebzig Windungen haben.

Die vom Zusammenspiel der Tunneldiode 124 und der Primärwicklung 126 erzeugten Schwingungen schalten bei Kopplung auf die Sekundärwicklung 141 den Silizium-Gleichrichter über die Gate-Elektrode für jede Ealbwelle leitend. In diesem Zustand des Silizium-Gleichrichters 138 und bei positivem Kontakt 36 (durch Aufgabe eines Wechselstroms) kommt ein Stromfluß durch die Diode 136, die Diode 132, die Reihenschaltung aus dem Silizium-Gleichrichter 138 und dem Wirkwiderstand 139 und die Diode 135 zur Gate-Elektrode des Silizium-Gleichrichters 128 zustande und machen den Silizium-Gleichrichter 128 für den Rest der Halbwelle der auf den Kontakt 36 aufgegebenen Wechselspannung leitend. Der auf die Kontakte 36 und 37 aufgegebene Wechselstrom kann zufolge der hohen Frequenz der von der Tunneldiode 124 im Verbund mit der Primärwicklung 126 erzeugten Schwingungen eine verhältnismäßig hohe Frequenz haben und deshalb den Silizium-

Gleichrichter etwa innerhalb der ersten zehn Winkelgrade jeder positiven Halbwelle noch durchgeschaltet halten.

Bei Spannungsumkehr des auf die Ausgangskontakte 36, 37 aufgegebenen Wechselstroms kann jedoch über den Strompfad aus den Dioden 132, 135 und 136 und dem Silizium-Gleichrichter 13 8 zur Gate-Elektrode des Silizium-Gleichrichters 128 kein Strom mehr fließen, um den letzteren in leitendem Zustand zu halten» Stattdessen fließt der Strom dann durch einen anderen Pfad _:. aus den Dioden 135, 134 und 133 und dem Silizium-Gleichrichter 13 8 zur Gate-Elektrode des Silizium-Gleichrichters 129 und j

zwar auf Dauer der Fortsetzung der Schwingungserregung durch . die Tunneldiode 124 und die Primärwicklung 126 im Primär-Steuerkreis 120. Infolgedessen führt der Silizium-Gleichrichter 129 während der anderen Halbwellen Strom, in denen der Silizium-Gleichrichter 128 keinen Strom führen kann.

Fällt das Steuersignal am Eingang 13, 14 während einer Halbwelle des auf den Ausgang (Kontakte 36, 37) aufgegebenen Wechselstroms aus, dann wird der Schaltkontaktkreis 125 des erfindungsgemäßen Relais am Ende dieser Halbwelle nicht leitend, weil durch den Silizium-Gleichrichter 138 kein Strom mehr fließen kann, um den Silizium-Gleichrichter 128 oder den Silizium-Gleichrichter 129 zu schalten. I

Die Kontakte 36 und 37 des Ausgangs des Schaltkontaktkreises 125 sind miteinander durch die geringe Impedanz des Silizium-Gleichrichters 128 oder des Silizium-Gleichrichters 129 verbunden, sobald ein Steuersignal auf den Eingang 13, 14 aufgegeben wird. Diese Verbindung unterbleibt nur dann, wenn das Steuersignal gerade während der Spannungsumkehr am Ende jeder Halbwelle des an den Schaltkontakten 36 und 37 anliegenden Wechselstroms eintrifft.'Die Schaltkontakte 36 und 37 können deshalb im Scheitelpunkt der Wechselstromwelle

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effektiv kurzgeschlossen sein« Diese Arbeitsweise kann in manchen Fällen für das vom Relais nach der Erfindung gesteuerte Organ Nachteile bringen.Um., dies zu verhindern, kann man das Schaltrelais nach der Erfindung synchron so arbeiten lassen,' daß der Schaltkontaktkreis 125 nur dann leitend wird, wenn' die auf die Ausgangskontakte 36 und 37 aufgegebene Wechselspannung Null ist oder dicht bei Null liegt». Eine Schaltung für solche Synchron-Arbeit bringt die Fig. 11»

Die Schaltung nach Fig. 11 ist für ein Festkörper-Schaltreiais zur Steuerung von Wechselstrom bestimmt. Dabei entsprechen der Primär-Steuerkreis 120 jenem der Fig. IO und zahlreiche Elemente im Sekundär»Schaltkontaktkreis 1^2 jenen im Schaltkontaktkrexs der Schaltung It. Figo 10» Diese übereinstimmenden Elemente haben in beiden Schaltbildern gleiche Bezugsziffern." In der Schaltung It. Fig. 11 sind der Silizitim-Gieichrichter 13 8 und der Wirkwiderstand 139 über eine Brückenschaltung aus den Dioden 132, 133 _s 1.3H und 135 und der Sekundärwicklung IHl des Impulsübertragers 127 in Reihe zwischen die Gate-Elektrode und die Kathode des Silizium-Gleichrichters' 13 8 geschaltet. Die der Stromquelle 1ΜΌ entnommene Wechselspannung wird über eine Belastung 143 und einen Vollweg-Gleichrichter aus den Dioden 132, 133, 134 und 135 auf einen Spannungsteiler aus den Widerständen IM-U- und 145 aufgegeben. Mit dem Sternpunkt der Widerstände IW, 145 ist die Basis eines , Transistors IM·6 verbunden. Der Emitter dieses Transistors, 146 ist mit der Basis eines zweiten Transistors 147 verbunden. Die Kollektors beider Transistoren 146 und,147 sind direkt mit dem Sternpunkt der SekundäCTJicklung i4'i des Impulsübertragers und der Gate-Elektrode des Silizium-Gleichrichters 1.3 8 verbunden. Der Emitter des Transistors ist mit dem Sternpunkt der Dioden 133 und 135 und der, Wicklung IM·! und der Kathode des Silizium-Gleichrichters 138 verbunden. Dadurch stehen die Transistoren 1.46 und 147 in Darlington-Verbindung. , _ιΓ

Die erfindungsgemäße Schaltung lt. Fig. 11 arbeitet ähnlich der It. Fif . IC Bei Aufgabe eines Steuersignals auf den Priir.är-Steuerkreis 120 werden im Primär-Steuerkreis Schwingungen erregt, die durch den Impulsübertrager 127 auf die Sekundärwicklung 141 im Sekundär-Schaltkontaktkreis Überträgen werden. Durch die Darlingtonschaltung der Transistoren und 147 ist jedoch die Steuerfähigkeit dieser Impulse gegenüber dem Silizium-Gleichrichter 13 8 beschränkt. Der vollßleichgerichtet auf die Basis des Transistors 146 von der Brückenschaltung aus den Dioden 132, 133, 134 und 135 aufgegebene Wechselstrom ist so hoch, daß er beide Transistoren

146 und 147 hochleitend machen kann. Sobald der Transistor leitend ist, schließt er die Sekundärwicklung 141 im wesentlichen kurz und sperrt die Gate-Elektrode des Silizium-Gleichrichters 138 gegen alle Impulse aus den Primär-Steuerkreis 120. Der Transistor 146 und infolgedessen auch der Transistor

147 ist nur für ein kurzes Intervall leitend, wenn die Größe der auf die Basis des Transistors 146 aufgegebenen gleichgerichteten Wechselspannung im wesentlichen KuIl ist. Dieser Zustand tritt für ein kurzes Zeitintervall unmittelbar vor und unmittelbar nach dem Ende jeder V.'echselstromhalbwelle aus der Stromquelle 140 ein. Während jedes solchen kurzen Intervalls ist die Sekundärwicklung 141 nicht kurzgeschlossen und können über die Sekundärwicklung 141 Impulse aus dem Primär-St euer kr eis 120 zur Gate-Elektrode des Silizium-Gleichrichters 138'zu dessen Leitendmachung übertragen werden.

Der Silizium-Gleichrichter 138 bleibt dann leitend, bis er durch die Spannungsumkehr des Wechselstroms am Ende der Halbwelle wieder umgeschaltet wird, steuert so den Schalt zustand im einen oder anderen Silizium-Gleichrichter 128, 129, so daß diese beiden Silizium-Gleichrichter synchron mit dem Wechselstrom durch die Belastung IH3 arbeiten. Dies ist zwingend für alle Schaltaufgaben, bei denen nur dann geschaltet werden muß, wenn die aufgegebene Spannung Null ist oder nahe bei Null liegt.

BAD ORIGINAL

In dieser\ Beschreibung gehören alle Schaltbeispiele zur Erfindung, auch^wenn dies bei der Einzelerläuterung der Beispiele nicht besonders erwähnt ist.

Die Beschreibung ist die Kombinations-Übersetzung von zwei amerikanischen Patentanmeldungen, in der verschiedene Spezialausdrücke vollkommen, für die sich anhand der existenten neuesten deutscher^ Fernmelde-Spezialliteratur noch keine geeigneten, entsprechenden deutschen Übersetzungen ermitteln ließen. Zur Erleichterung der Identifizierung der zu den

einzelnen Bezugsziffe^n gehörenden Schaltelemente liegt der Beschreibung deshalb ein zusätzlicher Zeichnungssatz der Fig. 1 bis 11 bei, in di\° die in der deutschen Übersetzung verwendeten Begriffe in deutscher Sprache eingetragen sind. Diese Erläuterungen gehören\zur Anmeldung.

Die deutsche Übersetzung wurde angefertigt unter Beiziehung von Elsevier, Fachwörterbuch für Elektronik und Wellenleiter, des Dictionary of Electronics, Conimuniba±iö.ns and Electrical Engineering von Wernicke und der einschlägigen"-Siemens-Fach-^ bücher.

Patentansprüche:

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Claims

Patentansprüche

fl.JElektrisches Gleich- oder Wechselstrom-Festkörper-Schaltrelais, insbesondere Hochstrom-Schaltrelais, dadurch gekennzeichnet , daß es aus einem elektronischen Festkörper-Primär- St euer kreis (11 bzw. 120) mit Steuersignal-Eingabe (Eingangskontakte 13, 14) auf einen Impulserregerkreis und aus einem steuerbaren, elektronischen, Festkörper-Sekundär-Schaltkontaktkreis (12 bzw. 125 bzw. 142) mit i

gleich- oder wechselstrombelastetem Ausgangsschalter (Schaltkontakte 36, 37 bzw. 103, 104 bzw. 36, 37 und 54, 55 bzw. 77, 78, 82) besteht, der durch Impulsaufgabe aus dem Primär-Steuerkreis sowohl in einen Zustand großer als auch kleiner Impedanz einstellbar ist und daß der Primär-Steuerkreis und der Sekundär-Schaltkontaktkreis mittels eines Impulsübertragers (29 bzw. 98 und 99 bzw. 107, 99 bzw. 113, 114 bzw. 127) gegenseitig galvanisch getrennt, elektrisch jedoch miteinander gekoppelt sind (Fig. 1 bis 11).

2. Schaltrelais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß g zum Impulsgenerator eine den Strom konstant haltende Einrichtung und eine damit in Reihe liegende Parallelschaltung aus einer Ladekapazität (26) und einem negativen Widerstand gehören.

3. Schaltrelais nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß "die den Strom konstant haltende Einrichtung mindestens aus einem Feldeffekttransistor (23, 24) besteht, dessen strom- - führende Elektroden in Reihe mit der Ladekapazität (26) liegen.

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H. Schaltrelais nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den Strom konstant haltende Einrichtung aus zwei Feldeffekttransistoren (23, 2U) besteht, von denen jeder stromführende Elektroden und eine Steuerelektrode hat, daß die stromführenden Elektroden miteinander und mit der Ladekapazität (26) in Reihe liegen und daß außerdem getrennte Wirkwiderstände (20, 25) vorhanden sind, die die Steuerelektrode jedes Feldeffekttransistors mit einer stromführenden Elektrode des gleichen Feldeffekttransistors.

L· 5. Relais nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den Strom konstant haltende Einrichtung ein gesättigter, zweiseitiger DriftStrombegrenzer ist (Fig. 2).

6. Schaltrelais nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladekapazität (26) lichtemittierend ist und zum Impulsübertrager (29) ein lichtempfindliches und mit dem Sekundär-Schaltkontaktkreis verbundenes Element gehört, das den Sekundär-Schaltkontaktkreis bei Lichtemission der Kapazität (26) in einen niedrigen Widerstand versetzt.

7. Schaltrelais nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der negative Widerstand lichtemittierend ist und der Im-

P pulsübertrager (29) ein darauf ansprechendes lichtempfindliches Element enthält und so mit dem Sekundär-Schaltkontaktkreis verbunden ist, daß -er diesem beim Auftreffen von Lichtimpulsen vom negativen Widerstand einen niedrigen Widerstand gibt.

8. Schaltrelais nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zweig des Impulsgeneratorkreises Lichtimpulse abgibt und der Impulsübertrager eine auf die Lichtimpulse ansprechende Fotozelle enthält und daß zum Sekundär-Schaltkontaktkreis zwei rückgekoppelte gesteuerte Sperrschicht-

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Gleichrichter mit je einer mit der entsprechenden Fotozelle und Ausgangselektrode verbundenen Gate-Elektrode gehören.

9. Schaltrelais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Impulsübertrager ein Impulstransformator mit einer mit dem Impulsgeneratorkreis verbundenen Primärwicklung (28) gehören.

10. Schaltrelais nach Anspruchs, dadurch gekennzeichnet _s daß der zu steuernde Kreis erste und zweite gesteuerte Sperrschicht-Gleichrichter (33, 34) enthält, deren Anoden jeweils mit den Kathoden des anderen gesteuerten Sperrschicht-Gleichrichters verbunden sind, daß der Impulsübertrager (29) eine erste und mit der Gate-Elektrode und Kathode eines dieser Sperrschicht-Gleichrichter verbundene Primärwicklung (28),eine erste, zwischen der Gate-Elektrode und Kathode eines Sperrschicht-Gleichrichters geschaltete Sekundärwicklung (43) und eine zweite, zwischen die Gate-Elektrode und Kathode des anderen Sperrschicht-Gleichrichters geschaltete Sekundärwicklung (44) hat.

11. Schaltrelais nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zum elektronischen Kontaktschaltkreis (12) ein Triac mit zwei stromführenden Elektroden und einer Gate-Elektrode gehört und daß die Sekundärwicklung des Impulsübertragers (29) der Gate-Elektrode und einer stromführenden Elektrode des Triacs verbunden ist.

12. Schaltrelais nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich ein zweites und mit einer zweiten Belastung verbundenes Ausgangskontaktpaar (54, 55), ein zweiter Triac mit stromführenden und in Reihe mit dem zweiten Ausgangskontaktpaar und einer Gate-Elektrode verbundene

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Elektroden hat und, daß eine zweite Sekundärwicklung des Impulsübertragers (29) zwischen die Gitterelektrode des zweiten Triac und dem Ausgang des zweiten Triac geschaltet ist, derart, daß ihm seine Impulse leitend machen.

13. Schaltrelais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Primär-Steuerkreis zusätzlich zwischen dem Eingang (13, 14) und dem Impulsgeneratorkreis (16) ein Gleichrichterkreis vorgesehen ist. .

IU. Schaltrelais nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichrichterkreis aus einem Brückengleichrichter mit zwei Zenerdioden besteht, die in Reihe und mit umgekehrter Polarität unmittelbar am Eingang (13, 14) des Primär-Steuerkreises liegen.

15. Schaltrelais nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen doppelseitig wirkenden Transistor im Schaltkontaktkreis (12) und einen Impulsübertrager (29) mit einer Primärwicklung und einer Sekundärwicklung im Sekundär-Schaltkontaktkreis und einem zusätzlichen Gleichrichterkreis zwischen der Sekundärwicklung und den Eingangselektroden des doppelseitig wirkenden Transistors.

16. Schaltrelais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sekundär-Schaltkontaktkreis (12) erste undi_c3weite bipolare Transistoren mit je einem Emitter- und Kollekt.arkreis und einer Gate-Elektrode und erste und zweite Reihen-Gleichrichterkreise hat, die in Reihe mit den Emitter- und Kollektorkreisen der ersten und zweiten bipolaren Transistoren liegen, daß davon der erste bipolare Transistor und der erste Reihen-Gleichrichter parallel mit dem zweiten bipolaren Transistor und dem zweiten Gleichrichter geschaltet sind, und daß, der Impulsübertrager mit seiner

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Primärwicklung im Impulsgeneratorkreis und mit zwei Sekundärwicklungen im Sekundär-Schaltkontaktkreis (12) liegen, wobei die erste Sekundärwicklung (43) mit der Gate-Elektrode des ersten bipolaren Transistors verbundenen Diodengleichrichterkreis und die zweite Sekundärwicklung (44) ebenfalls einen mit der Gate-Elektrode des zweiten bipolaren Transistors verbundenen Dioden-Gleichrichterkreis hat.

17. Schaltrelais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsübertrager zwischen dem Primär-Steuerkreis (11) mit dem Sekundär-Schaltkontaktkreis (12) aus einem Piezo- J Kristall-ähnlichen Element besteht, wobei ein erster Teil (113) des Kristalls mit dem Primär-Steuerkreis (12) verbunden ist, und ein zweiter Teil (114) des Kristalls verformungsabhängig vom ersten arbeitet und elektrisch mit dem Sekundär-Schaltkontaktkreis (12) gekoppelt ist.

18. Schaltrelais nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

A) einen Impulswandler als Impulsübertrager zwischen Primär- Steuer kr eis und dem Sekundär-Schaltkontaktkreis mit einer mit dem Impulsgenerator verbundenen Primärwicklung und einer ersten, zweiten und dritten Sekundärwicklung, deren eine Enden im Stern verbunden und deren andere

Enden frei sind, und "

B) einem Doppel-Arbeitskontakt im Sekundär-Schaltkontaktkreis, wobei zum steuerbaren Festkörper-Schaltkontakt- ^λ kreis ein erstes bistabiles Halbleiterelement mit zwei Ausgangselektroden und einer Gate-Elektrode, eine Reihenschaltung aus den beiden Ausgangselektroden und der ersten Sekundärwicklung zwischen der gemeinsamen Kontaktklemme und der zweiten Kontaktklemme und BeIastungsimpedanz zwischen der Gate-Elektrode und einer Ausgangselektrode gehören, die das bistabile Halbleiterelement normalerweise in einem bestimmten Intervall nach dem Beginn jedes Wechselstromzyklus leitend macht und so einen

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niedrigen Impedanzpfad zwischen dem gemeinsamen Kontaktanschluß und dem zweiten Kontaktanschluß bereitstellt, und weiter ein zweites bistabiles Halbleiterelement mit zwei Ausgangselektroden und mit einer mit dem freien Ende der zweiten Sekundärwicklung verbundene und das zweite bistabile Halbleiterelement leitend machenden und so einen niedrigen Impedanzpfad zwischen dem gemeinsamen Kontaktanschluß und dem dritten KontaktanSchluß bei Impulsabgabe vom Impulsgenerator und Stromlosigkeit der ersten Sekundärwicklung bereitstellenden Gate-

fc Elektrode, und mit einem dritten bistabilen Halbleiterelement mit einer ersten und mit der Gate-Elektrode des ersten bistabilen Halbleiterelementes verbundenen Ausgangselektrode, einer zweiten und mit einem Ende der dritten Sekundärwicklung verbundenen Ausgangselektrode und einer mit dem freien Ende der dritten Sekundärwicklung verbundenen und das dritte bistabile Halbleiterelement bei Aufgabe von Impulsen leitend machenden und das erste Halbleiterelement sperrenden Gate-Elektrode.

19. Schaltrelais nach den Ansprüchen 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulswandler einen magnetischen Kern

W mit im wesentlichen viereckiger (square) Hysteresisschleife hat. _fc

20. Schaltrelais nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite und dritte Sekundärwicklung jeweils wesentlich mehr Windungen als die erste Sekundärwicklung hat.

21. Schaltrelais nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Ende der ersten Sekundärwicklung mit einem Ausgang des ersten bistabilen Halbleiterelementes und ihr freies Ende mit dem gemeinsamen Kontaktanschluß verbunden sind.

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22. Schaltrelais nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß jedes bistabile Halbleiterelement ein Triac ist.

23. Sohaltrelais nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Belastungsimpedanz für Triac-Gateelektrode ein Wirkwiderstand von etwa 200 bis 21

24. Schaltrelais nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich eine erste Dipol-Zenerdiode zwischen dem gemeinsamen Kontaktanschluß und dem zweiten Kontaktanschluß und dem zweiten Kontaktanschluß und eine zweite Dipol-Zenerdiode zwischen dem gemeinsamen Kontaktanschluß und dem | dritten Kontaktanschluß vorgesehen sind.

25. Schaltrelais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsübertrager zwischen dem Primär-Steuerkreis (120) und dem Sekundär-Schaltkontaktkreis (142) aus einem Impulswandler (127) besteht und daß zum Primär-Steuerkreis eine Tunneldiode (124) und die Primärwicklung (126) des Impulswandlers gehören.

26. Schaltrelais nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulswandler zwischen der Primärwicklung (126) und der Sekundärwicklung (141) ein Obersetzungsverhältnis größer

als etwa 5:1 hat. I

27. Schaltrelais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß A) zum Schaltkreis ein erster gesteuerter Sperrschicht-Gleichrich?^p^efiit einem Schaltkontakt verbundenen Anode und einer mit dem anderen Schaltkontakt verbundenen Kathode, ein zweiter gesteuerter Sperrschicht-Gleichrichter mit einer mit dem ersten Schaltkontakt verbundenen Kathode und einer mit dem zweiten Schaltkontakt verbundenen Anode, eine erste Diode mit einer mit dem zweiten Schaltkontakt verbundenen Anode und einer mit

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der Gate-Elektrode des ersten gesteuerten Sperrschichtgleichrichters verbundenen Kathode, eine zweite Diode mit einer mit dem ersten Schaltkontakt verbundenen Anode und einer mit der Gate-Elektrode des zweiten gesteuerten Sperrschichtgleichrichters verbundenen Kathode, ein Brückenkreis mit einer dritten, vierten, fünften und sechsten, in einer geschlossenen Schleife verbundenen Diode, wobei der Stern zwischen der sechsten und dritten Diode mit der Gate-Elektrode des ersten gesteuerten Sperrschichtgleichrichters und der Stern zwischen der vierten und fünften Diode mit der Gate-Elektrode des zweiten gesteuerten Sperrschichtgleichrichters verbunden ist, und ein dritter gesteuerter Sperrschichtgleichrichter mit einer mit dem Stern zwischen der dritten und vierten Diode verbundenen Anode, einer mit dem Stern zwischen der fünften und sechsten Diode verbundenen Kathode und einer Gate-Elektrode und

B)ein Impulsübertrager zwischen dem Primärsteuerkreis (120) und Sekundär-Schaltkontaktkreis (125) mit einem Impulswandler (Kern 127) mit einer Primärwicklung (126) im Primärsteuerkreis und einer Sekundärwicklung (141) zwischen der Gate-Elektrode und Kathode des dritten gesteuerten Sperrschichtgleichrichters, einer Stromfluß durch den dritten gesteuerten Sperrschichtgleichrichter bei positiven zweiten Schaltklemme erzeugenden Polarität der dritten und fünften Diode, und einer Stromfluß durch den dritten gesteuerten Sperrschichtgleichrichter bei positiver Polarität des ersten Schaltkontaktes erzeugenden Polarität der vierten und sechsten Diode gehören.

2S. Schaltrelais nach Anspruch 27, gekennzeichnet durch einen Transistorkreis mit einem zur Sekundärwicklung (IUl) des Impulswandlers (12 7) parallelen Schaltkontaktkreis und

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einen Primär-Steuerkreis und mit einem Stromkreis, der den Primär-Steuerkreis bei Aufgabe eine voll gleichgerichtete Wechselsteuerspannung schwingungsfähig und den Sekundär- Schaltkontaktkreis im Kurzschluß der Sekundärwicklung leitfähig schaltet, wenn die Steuer-Wechselspannung (Signalspannung) bei Null liegt.

29. Schaltrelais nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß zum Transistorkreis ein parallel zum dritten gesteuerten Sperrschichtgleichrichter zwischen dessen Anode und Kathode liegender Spannungsteiler (144, 145) gehört.

30. Schaltrelais nach den Ansprüchen 27 bis 29, dadurch gekennzeichnet , daß der Transistorkreis aus zwei Transistoren (146, 147) in Darlington-Verbindung besteht.

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