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Schaltungsanordnung für ein Relais mit einer optoelektronischen Koppler.
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Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für ein Relais mit
einem optoelektronischen Koppler aus einem lichtabgebenden Element und einem Fototransistor.
Durch die DT-AS 1 762 461 ist eine elektronische Schaltvorrichtung bekannt, bei
der als Schaltstrecke ein Transistor benutzt wird, welcher durch ein lichtabgebendes
Element gesteuert wird. Im Basis-Kollektor-Kreis dieses Transistors liegt ein lichtempfindliches
Element, das durch ein zweites lichtabgebendes Element beeinflußt werden kann. Beim
Abschalten des ersten lichtabgebenden Elements wird kurzzeitig das zweite licht
abgebende Element eingeschaltet, damit sich die Transistorkapazität entladen kann.
Damit kann ein schnelleres Abschalten des Transistors erreicht werden.
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Die DOS 21 21 222 hat ein elektronisches Telegrafenrelais aus zwei
eingangsseitig parallelgeschalteten Zweigen mit
optoelektronischen
Kopplern für jeweils eine der Eingangsspannunspolarität zum Gegenstand. In jeaem
Zweig sind dem entsprechenaen optoelektronischen Koppler ein Operationsverstärker,
ein Schaltverstärker und ein Transistorschalter nachgeschaltet. Die Operationsverstärker
arbeiten infolge positiver Pückkopplung aigital. Alle Verstärker werden durch eine
besondere Spannungsquelle gespeist. Mit diesem elektronischen Relais kann auch der
stromlose Zustana des Eingangsstromkreises übertragen werden.
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In der DOS 21 37 660 ist ein kontaktloser elektronischer Kraftschalter
mit optoelektronischer Potentialtrennung beschrieben. Dieser Schalter besteht aus
einem optoelektronischen Kopbr, einer nachgeschalteten Triggerschaltung und einem
nachgeschalteten Thyristor; er ist insbesondere zum Schalten großer Wechselströme
vorgesehen.
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Ferner ist aus der DOS 22 36 425 ein elektronisches Fernmelderelais
mit einem elektrooptischen Koppler bekannt, dem ein Verstärker und ein Transistorschalter
nachgeschaltet sind. Für die elektro-luminiszierende Diode des optoelektronischen
Kopplers ist eine Schutzschaltung vorgesehen, die aus einer Paralleldiode für die
Eingangsspannungspolarität und einem Transistorstrombegrenzer in Form eines Farallelreglers
für die andere Polarität besteht, bei der die elektro-lum.iniszierende Diode leitend
ist.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Schaltungsanoranung
der eingangs genannten Art anzugeben, mit der in einfacher Weise die Ansprechempfindlichkeit
des Relais eingestellt werden kann.
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Dies wird gemäß der Erfindung daaurch erreicht, daß zur Basis-Emitter-Strecke
des Fototransistors ein die Kollektor-Emitter-Strecke eines weiteren Transistors
enthaltender Stromzweig im Nebenschluß liegt und daß der weitere Transistor durch
eine dem gewünschten Kopplungsverhalten des optoelektronischen Kopplers entsprechenae
Spannung gesteuert ist.
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Ein besonaerer Anwenaungsfall liegt vor, wenn das Relais als Ersatz
für das Telegrafenrelais dienen soll, welches Telegrafiezeichen über eine Fernmeldeleitung
empfängt, während der durch eine andere Einrichtung vorgenommenen Wiederaussendung
dieser Telegrafiezeichen von der Fernmeldeleitung getrennt ist und nach seiner Wiederanschaltung
noch für eine das Ausschwingen der Fernmeldeleitung überaauernden Zeit aufgrund
der Beeinflussung durch einen mit einem Sendekontakt über ein Zeitglied an das Telegrafenrelais
angelegte Hilfsspannung gesperrt ist, wobei das Zeitglied ein RC-Glied und einen
dem Kondensator deS RC-Glieaes parallelgeschalteten Entladewiderstand aufweist.
Derartige Telegrafenrelais arbeiten in bekannter Weise mit einer sogenannten Bremswicklung.
Für das mit einem elektrooptischen Koppler arbeitende Relais wird gemäß einer weiteren
Ausbildung der Erfindung vorgeschlagen, die am Entladewiderstand abfallende oder
die an einem Teil dieses Wiaerstandes abgegriffene Spannung im weiteren Transistor
als Steuerspannung zuzuführen.
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Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist im lichtabgebenden
Element des optoelektronischen Kopplers ein Strombegrenzer vorgeschaltet. Hierdurch
werden definiertere Verhältnisse für das Kopplungsverhalten des
optoelektronischen
Kopplers geschaffen.
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Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 eine Schaltungsanordnung einer Steuerschaltung für ein Relais
gemäß der Erfindung, Fig.2 eine Schaltungsanordnung für ein elektronisches Relais
und Fig.3 ein Teil einer mit einem elektromagnetischen Relais arbeitenden Schaltungsanordnung.
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Die Steuerschaltung in Fig.l besteht aus einem zweiWiderstände R2,
P,3 und einen Transistor T2 umfassenden Strombegrenzer, einem optoelektronischen
Koppler OK, der ein lichtabgebenaes Element S und ein lichtempfangendes Element
E aufweist, und einem ein Potentiometer P, einen Widerstand R1 und einen Transistor
Tl umfassenden Schaltungsteil. Zwischen den Steuereingang SEl und dem lichtabgenden
Element S liegen, ausgehend vom Steuereingang SEl, der Widerstand R2 und der Widerstand
R3 in Reihe. An den gemeinsamen Verbindungspunkt dieser Widerstände ist der Emitter
des Transistors T2 angeschlossen während die Basis mit dem gemeinsamen Verbindungspunkt
des Widerstandes R3 und des lichtabgebenden ElementsS verbunden ist. Der Kollektor
dieses Transistors ist mit einem Steuereingang SE2 verbunden. Das lichtabgebende
Element S des optoelektronischen Kopplers OK ist in bekannter Weise als elektro-luminiszierenue
Diode ausgeführt, während das lichtempfangende Element E durch einen Fototransistor
gebildet wird. Bei dem vorgenannten
Schaltungsteil ist der Kollektor
des Transistors Tl mit der Basis des Fototransistors verbunden, während der Emitter
des Transistors Tl über den hochohmigen Widerstand Rl mit einem nullpotentialführenaen
Anschluß O verbunden ist. Die Basis des Transistors Tl ist an den Abgriff des Potentiometers
P angeschlossen, welches zwischen dem Anschluß O und einem Anschluß UC angeordnet
ist.
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Wird nun eine Steuereingangsspannung an die Steuereingänge SEl, SE2
angelegt, so leuchtet das lichtabgebende Element S. Dadurch wird an der Basis des
lichtempfangenden Element E eine Ladung erzeugt, die dieses Element leitend macht.
Dadurch areraen nichtdargestellte an die Punkte 1, 2 angeschlossene Schaltglieder
beeinflußt. Über ein derartiges Schaltglied ist der Schaltungspunkt 2 mit dem Anschluß
O verbunden. Soll nun die Empfindlichkeit des optoelektronischen Kopplers OK verringert
werden, so wird den Anschlüssen 0, UC eine das gewünschte Kopplungsverhalten entsprechenae
Spannung an gelegt. Ein Teil dieser Spannung wird vom Potentiometer P abgegriffen
und dem Transistor Tl zugeführt, der leitend gesteuert wird.
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Ein dem Kollektorstrom des Transistors Tl entsprechenaer Anteil der
Basis ladung des Fototransistors wird daher abgeleitet. Mit dem Potentiometer P
kann die Ansprechempfindlichkeit des Relais eingestellt werden.
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Der Strombegrenzer ist zwar nicht unbedingt erforderlich, doch können
durch ihn definierte Verhältnisse für den Ansprechpunkt des Relais geschaffen werden.
Der abzuleitende
Strom ist nämlich auch vom Strom durch das lichtabgebende
Element 5 abhängig, und daher ist es vorteilhaft, mit einem möglichst konstanten
Strom durch das lichtabgebende Element S zu arbeiten.
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In der Schaltungsanordnung gemäß Fig.2 sind die gleichen Teile wie
in Fig.l mit denselben Bezugszeichen erwähnt.
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Mit 2 npn-Transistoren T3, T4 ist ein Umschalter gebildet.
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Die Kollektoren dieser Transistoren sind mit Lastanschlüssen Ll, L2
verbunden, während die Emitter dieser Transistoren mit dem nullpotentialführenden
Anschluß 0 verbunden sina. Das licht empfangende Element E des optoelektronischen
Kopplers OK ist in Reihe mit einer Zenerdiode Z zwischen den Basen dieser beiden
Transistoren angeoranet. An den gemeinsamen Verbindungspunkt des Elements E und
der Zenerdiode Z ist ein Widerstand R6 angeschlossen, der mit seinem anderen Anschluß
an einem positives Potential U führenaen Anschluß liegt. Den Steuerstrecken der
Transistoren T3, T4 liegt jeweils ein Widerstand R4 bzw. R5 parallel. Zwischen dem
Kollektor und der Basis des Fototransistors liegt ein Kondensator Cl. Zusätzlich
ist im oberen Teil der Fig.2 ein Zeitglied gezeigt, das aus-einer Reihenschaltung
eines Konaensators C und eines Widerstandes W besteht. Der Konaensator ist dabei
an den Anschluß 0 angeschlossen, während der Widerstand über einen Sendekontakt
SK mit einem positives Potential führenden Anschluß U verbunden ist. Der gemeinsame
Verbindungspunkt des Kondensators C und des Widerstandes W ist über eine Diode D
mit dem Anschluß UC gekoppelt. Diese Teilschaltung dient dazu, das elektronische
Relais beim Vorhandensein gewisser Störspannungm zu sperren, wie später noch naher
erläutert wira.
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Das beschriebene elektronische Relais in Fig.2 ist für den Ersatz
des Telegrafenrelais vorgesehen, welches Telegrafiezeichen für eine Fernmeldeleitung
empfängt, während der durch eine andere Einrichtung vorgenommenen Wiederaussendung
dieser Telegrafiezeichen von der Fernmeldeleitung getrennt ist, und nach seiner
Wiederanschaltung noch für eine das Ausschwingen der Fernmeldeleitung überdauernden
Zeit aufgrund der Beeinflussung durch eine mit dem Sendekontakt 5K über das ZeitXiea
C, W an das Telegrafenrelais angelegte Spannung U gesperrt ist. Während des Empfangsbetriebes,
d.h. während des Empfangs von Telegrafiezeichen, ist der Sendekontakt SK offen;
der Kondensator C ist somit nicht geladen, und der Transistor Tl ist gesperrt. Im
Ruhezustand des elektronischen Relais ist der Transistor T3 leitend, dadle Spannung
U so bemessen ist, daß die Zenerdiode Z im Zenerbereich betrieben wird. Das lichtempfangende
Element E und damit der Transistor T4 sind gesperrt, da kein Strom durch das lichtabgebende
Element S fließt.
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Wird nun eine Steuereingangsspannung an die Steuereingänge SE1, SE2
angelegt, so leuchtet das lichtabgebende Element S.
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Dadurch wird in der Basis des lichtempfangenden Elements E eine Ladung
erzeugt, die dieses Element leitend macht. Über den Widerstand R6, das lichtempfangende
Element E und die Steuerstrecke des Transistors T4 fließt nun ein Strom, der den
Transistor T4 durchschaltet. Gleichzeitig wird das Potential am Punkt 1 soweit abgesenkt,
daß der Betrieb der Zenerdiode Z im Zenerbereich nicht mehr möglich ist. Der Transistor
T3 wird daher gesperrt. Die Umschaltfunktion ist damit erreicht. Aus der Art der
Ansteuerung ergibt sich, daß die Transistoren T3, T4 kurzzeitig gleichzeitig im
leitenden Zustand sind.
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Während des Sendebetriobes, d.h. während der Aussendung von Telegrafiezeichen
vom Ort des elektronischen Relais, wird der Sendekontakt SK geschlossen. Der Kondensator
C lädt sich auf, so daß an der Basis des Transistors Tl eine positive Spannung auftritt.
Diese Spannung ruft einen kleinen Basisstrom hervor, dessen Größe praktisch nur
durch den Wert des Widerstandes R4 bestimmt wird.
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Am Kollektor des Transistors T1 und damit an der Basis des Fototransistors
des optoelekt-ronischen Kopplers OK kann nun ein bestimmter Strom fließen, aessen
Größe mit dem Potentiometer P eingestellt ist. Der abgeleitete Strom wird so groß
gemacht, daß der Kopplungsfaktor gegen Null geht.
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Wird wieder auf den Empfangsbetrieb zurückgeschaltet, so öffnet damit
gleichzeitig der Sendekontakt SK. Die Ausschwingvorgänge der Fernmelaeleitung, an
die das elektronikhe Relais mit seinen Steuereingängen SE1, SE2 angeschlossen ist,
erfolgen nach einer e-Funktion.
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Die Zunahme der Empfindlichkeit des optoelektronischen Kopplers OK
erfolgt ebenfalls nach einer e-Funktion.
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Dies geschieht daaurch, daß de Kondensator C sich über die Diode D
und das Potentiometer P entlädt. Damit nimmt aber der durch den Transistor Tl abgeleitete
Strom nach einer solchen Funktion ab. Ist der Kopplungsfaktor des optoelektronischen
Kopplers OK wieder genügend groß, dann kann bei entsprechendem Ansteuerstrom der
beschriebene Umschaltvorgang wieaer erfolgen.
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Die in Figur 3 gezeigte Schaltungsanordnung kann entweder an die Schaltungspunkte
1, 2 in Fig.l oder an die gleichen Schaltungspunkte in Fig.2 angeschlossen sein,
wobei die
Glieder T3, T4, R4, R5, R6 und Z in Fig.2 fortfallen.
Der Fototransistor des optoelektronischen Kopplers OK ist nach Art der bekannten
Darlington-Schaltung in Cascade mit einem Transistor T5 geschaltet. Im Kollektorkreis
des Transistors T5 liegen ein Widerstand R7 und die Spule eines Relais Q, welches
durch eine Diode D5 überbrückt ist. Die Betriebsspannung U für das Relais Q wird
über einen Graetz-Gleichrichter Dl-D4 dem einen Anschluß des Relais Q und dem Emitter
des Transistors T5 zugeführt. Das Relais Q arbeitet mit einem quecksilberbenetzten
Umschaltekontakt q. Dabei ist der Mittelstift dieses Umschaltekontaktes mit dem
Anschluß U verbunden, während der Ruhestift an dem Lastanschluß Ll und der Arbeitsstift
mit dem Lastanschluß L2 verbunden ist.
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Ein Relais mit einem derartigen Umschaltkontakt ist wartungsfrei.
An die Anschlüsse 02 U kann auch eine Betriebsspannung mit umgekehrter Polari ät
angelegt /macht werden Der Graetz-Gleichrichter D1-D4 die Relaisschaltung von der
Polarität der angelegten Betriebsspannung unabhängig Mit der Schaltungsanordnung
nach Fig.3 können sehr große Lastströme geschaltet werden.