DE2821624C2

DE2821624C2 - Relay switching stage

Info

Publication number: DE2821624C2
Application number: DE19782821624
Authority: DE
Inventors: Waldemar 6832 Hockenheim Lau
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Current assignee: ABB AG Germany
Priority date: 1978-05-18
Filing date: 1978-05-18
Publication date: 1986-07-10
Also published as: DE2821624A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Relaisschaltstufe für großen Speisespannungsbereich, wobei eine Reihenschaltung von Meßwiderstand, Relais und Schalttransistor zwischen Speisespannung und Massepotential vorgesehen ist und parallel zum Relais eine Freilaufdiode liegt. Die Erfindung wird für elektronische Geräte der Steuerungstechnik eingesetzt.The invention relates to a relay switching stage for a large supply voltage range, with a series connection of measuring resistor, relay and switching transistor provided between supply voltage and ground potential and a free-wheeling diode is parallel to the relay. The invention is applied to electronic devices of the Control technology used.

Aus der DE-OS 24 47 199 der Brown, Boveri & Cie, Baden (Schweiz) ist eine Schaltungsanordnung zur Steuerung eines Relais bekannt. Da der Strom zum Anziehen eines Magneten wesentlich größer ist, als der Strom zum Halten dieses Magneten, ist es die Aufgabe dieser Anmeldung, den Haltestrom abzusenken und trotz erheblicher Speisespannungsschwankungen die Betriebssicherheit des Relais zu gewährleisten.From DE-OS 24 47 199 of Brown, Boveri & Cie, Baden (Switzerland) a circuit arrangement for controlling a relay is known. Because the electricity to attract of a magnet is much larger than the current to hold that magnet, it is the job this application to lower the holding current and despite significant supply voltage fluctuations To ensure operational safety of the relay.

Spannungsschwankungen an der Relaisspule entstehen durch in Reihe mit der Magnetspule geschaltete Widerstände bzw. durch die Überbrückung dieser Widerstände während der Anzugszeit des Magneten durch Transistoren oder andere elektronische Schalter. Die bekannte Anordnung arbeitet so, daß ein elektronischer Schalter, der vor der Relaisspule angeordnet ist, durchschaltet und den Erregerstrom durch die Relaisspule fließen läßt. Überschreitet dieser Strom einen bestimmten Wert, so schaltet ein Stromtrigger den elektrischen Schalter ab. Die Relaisspule erhält aber weiterhin Strom durch einen Querstromzweig mit einer Diode. Unterschreitet dieser Strom aus dem Querstromzweig einen bestimmten Wert, spricht der Stromtrigger wieder an. Der Erregerstrom des Relais pendelt also ständig hin und her zwischen einem oberen Wert bis zur Abschaltung durch den Stromtrigger und einem unteren Wert, der durch den Querstromzweig gegeben ist.Voltage fluctuations on the relay coil are caused by being connected in series with the solenoid Resistances or by bridging these resistances during the attraction time of the magnet Transistors or other electronic switches. The known arrangement works so that an electronic Switch, which is arranged in front of the relay coil, switches through and the excitation current through the relay coil lets flow. If this current exceeds a certain value, a current trigger switches the electrical one Switch off. However, the relay coil continues to receive current through a cross-current branch with a diode. Falls below If this current from the cross-current branch has a certain value, the current trigger responds again. The excitation current of the relay oscillates continuously back and forth between an upper value until it is switched off by the current trigger and a lower value that is given by the cross-flow branch.

Das von einfachen Relaisschaltstufen bei großen Speisespannungsunterschieden her bekannte Vorschalten eines Widerstandes vor die Relaisspule und das Kurzschließen dieses Widerstandes durch eine Drahtbrücke ist wegen des nicht kontinuierlichen Spannungsbereiches nicht einfach zu handhaben. Daneben ist die heae Verlustleistung (Wärmeerzeugung im Vorwiderstand) dieser Anordnung an der oberen Spannungsgrenze nachteilig, so daß die Anzahl der unterzubringenden Relaisschaltstufen in einem Elektronikgerät setir begrenzt istThe upstream connection known from simple relay switching stages with large differences in supply voltage a resistor in front of the relay coil and short-circuiting this resistor with a wire bridge is not easy to handle because of the discontinuous voltage range. Next to it is the heae power loss (heat generation in the series resistor) of this arrangement at the upper voltage limit disadvantageous, so that the number of relay switching stages to be accommodated in an electronic device is limited is

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Relaisschaltstufe zu finden, die mit geringen Bauelementeaufwand für einen großen Speisespannungsbereich einsetzbar istIt is therefore the object of the invention to provide a relay switching stage to find that can be used with low component costs for a large supply voltage range is

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß ein Transistor mit seinem Emitter über einen Widerstand an die Speisespannung, mit seinem Kollektor an den inversen Eingang eines UND-Gliedes und mit seiner Basis an das obere Ende der Wicklung des Relais gelegt ist, so daß in Abhängigkeit von dem Spannungsabfall an dem Meßwiderstand der Schalttransistor über das UND-Glied sperrbar und leitend schaltbar ist, daß der Emitteranschluß des Transistors über Spannungsteilerwiderstände mit Massepotential verbunden ist, so daß ein Stromfluß über Widerstände erfolgt, daß der Emitteranschluß des Transistors über einen Widerstand mit dem Kollektor des Schalttransistors bzw. mit dem unteren Ende der Wicklung des Relais verbunden ist, so daß ein Stromfluß über Widerstände und den Schalttransistor erfolgt, und daß eine Zenerdiode zur Erzeugung einer Referenzspannung für den Emitter des Transistors zwischen Speisespannung und die Spannungsteilerwiderstände geschaltet ist.
Ausgestaltungen sind aus den Unteransprüchen ersichtlich. According to the invention this is achieved in that a transistor is connected with its emitter via a resistor to the supply voltage, with its collector to the inverse input of an AND element and with its base to the upper end of the winding of the relay, so that depending on the voltage drop across the measuring resistor of the switching transistor can be blocked and switched on via the AND element, that the emitter terminal of the transistor is connected to ground potential via voltage divider resistors, so that a current flows through resistors, that the emitter terminal of the transistor is connected to the collector of the via a resistor Switching transistor or is connected to the lower end of the winding of the relay, so that a current flow takes place via resistors and the switching transistor, and that a Zener diode for generating a reference voltage for the emitter of the transistor is connected between the supply voltage and the voltage divider resistors.
Refinements are evident from the subclaims.

Durch die Erfassung und Regelung des Relaisstromes (getaktete Regelschaltung) wird ein überaus großer und bisher nicht bekannter Spannungsbereich für das Relais bei minimalem Aufwand und vollem Temperaturbereich (minus 25° bis plus 85° Celsius) erreicht Die Verlustleistung an der oberen Spannungsgrenze konnte wesentlich reduziert werden.By recording and regulating the relay current (clocked control circuit), an extremely large and Previously unknown voltage range for the relay with minimal effort and full temperature range (minus 25 ° to plus 85 ° Celsius) reached The power loss at the upper voltage limit could be significant be reduced.

Ein Ausführungsbeispiel für die Relaisschaltstufe wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. An exemplary embodiment for the relay switching stage is explained in more detail below with reference to the drawing.

An der Eingangsklemme Us liegt eine Betriebsspeisespannung, die in einem großen Bereich schwanken kann. Über den Meßwiderstand R 8 und das Relais R, den durchgeschalteten Transistor V4 ist die Betriebsspannung Us mit Masse (OV) verbunden. Zwischen RS und dem Relais R ist ein Transistor V2 mit seinem Basisanschluß gelegt. Der Emitter dieses Transistors ist über den Widerstand R 2 an die Betriebsspeisespannung Us geschaltet. Der Kollektor des Transistors ist auf den inversen Eingang eines UND-Gliedes RBSgeführt. An den Emitter des Transistors V2 ist weiterhin ein Widerstand RS und ein Widerstand /?3 geschaltet. RS führt dabei auf die Verbindung Relais R zum KollektorThere is an operating supply voltage at the input terminal Us which can fluctuate over a wide range. The operating voltage Us is connected to ground (OV) via the measuring resistor R 8 and the relay R, the switched through transistor V4 . A transistor V2 with its base connection is placed between RS and the relay R. The emitter of this transistor is connected to the operating supply voltage Us via the resistor R 2. The collector of the transistor is connected to the inverse input of an AND gate RBS . A resistor RS and a resistor /? 3 are also connected to the emitter of the transistor V2. RS leads to the connection between relay R and the collector

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von Transistor V4 und R 3 ist über den Widerstand R 4 der an Us angelegten Spannung für ein spannungsmäßimit O /verbunden. Zwischen den Widerständen R 3 und ges Konstanthalten am Meßpunkt D. R 4 befindet sich ein Meßpunkt D mit einer konstanten In Ausgestaltung der erfindungstemäßen Relais-of transistor V4 and R 3 is connected via resistor R 4 to the voltage applied to Us for a voltage level O /. Between the resistors R 3 and total keeping constant at the measuring point D. R 4 is a measuring point D with a constant.

Spannung. Dies wird erreicht durch eine Zenerdiode Vl schaltstufe ist anstelle der Zenerdiode eine Konstantzwischen t/s und D. ' 5 stromzuführung vorgesehen.Tension. This is achieved by a Zener diode Vl switching stage, instead of the Zener diode, a constant power supply between t / s and D. '5 is provided.

Weiterhin ist parallel zu dem Widerstand RS und Diese Konstantstromzuführung zur Regelung des Ar-Furthermore, parallel to the resistor RS and this constant current supply for regulating the ar-

dem Relais R eine Freiluftdiode V3 geschaltet Der Ein- beitspunktes des Transistors V 2 kann bei Einsatz von gang e, der auf den zweiten Eingang des UND-Gliedes vielen Relaisschaltstufen extern gebildet werden, so daß RBS führt, ist zum Anschalten der erfindungsgemäßen eine zentrale Referenzspannungsquelle zur Verfügung Relaisschaltstufe vorgesehen. Der Ausgang des UND- io steht Eine weitere Ausgestaltung ist dadurch möglich, Gliedes RBSist über einen Widerstand R 6 mit der Basis daß das UND-Glied RBSdurch einen Transistor ersetzdes Schalttransistors V 4 verbunden. Die Basis ist eben- bar ist Dieser Transistor übernimmt die Funktion des falls noch über den Widerstand R 7 auf Massepotential UND-Gliedes, er ist mit seiner Basis an den Kollektor OV gelegt. R 6 und R 7 sind die Basisteilerwiderstände des Transistors V2 geschaltet, sein Emitter ist auf Masdes Schalttransistors V 4. 15 se gelegt und sein Kollektor ist einmal mit dem Eingangan open-air diode V3 connected to the relay R. The entry point of the transistor V 2 can be formed externally with the use of output e, the second input of the AND element, so that RBS leads, is a central reference voltage source for switching on the invention available relay switching stage provided. The output of the AND- io is available. A further embodiment is possible in that the element RBS is connected via a resistor R 6 to the base that the AND element RBS is replaced by a transistor of the switching transistor V 4. The base is level. This transistor takes over the function of if it is still connected to ground potential via the resistor R 7 and its base is connected to the collector OV . R 6 and R 7 are connected to the base divider resistors of the transistor V2 , its emitter is connected to the ground of the switching transistor V 4. 15 se and its collector is connected once to the input

Die beschriebene Leistungsschaltstufe arbeitet wie e und der Basis des Schalttransistors VA verbunden, folgt: In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemä-The power switching stage described works like e and is connected to the base of the switching transistor VA , as follows: In a further embodiment of the

Ein handsübliches Relais, das beispielsweise nur für ßen Relaisschaltstufe ist an den Widerstand Ä5 des 12 V vorgesehen ist soll an eine Spannung von 24 V Ausführungsbeispieles eine konstante Spannung gelegt, gelegt werden. Bei L-Signal am Eingang e wird der 20 erzeugt durch eine Zenerdiode oder eine Konstant-Schalttransistor V4 über das UND-Glied RBS leitend stromfalle. Durch diese konstante Spannung am Widerdurchgeschaltet Ein Strom fließt von Us = 74 V über stand R 5 bzw. Emitter von V2 wird erreicht, daß eine den Meßwiderstand R 8, die Wicklung des Relais R und wesentliche Erweiterung der oberen Spannungsgrenze den durchgeschalteten Transistor V4 nach O V. Ein wei- für das Relais möglich istA conventional relay, which is only intended for a relay switching stage, for example, at the resistor Ä5 of the 12 V is to be applied to a voltage of 24 V in the exemplary embodiment, a constant voltage. In the case of an L signal at the input e, the 20 is generated by a Zener diode or a constant switching transistor V4 via the AND element RBS conductive current trap. A current flows from Us = 74 V through stood R 5 or the emitter of V2 through this constant voltage at the resistor, so that the resistor R 8, the winding of the relay R and a substantial extension of the upper voltage limit, the through-connected transistor V4 to O V. One way for the relay is possible

terer Strom fließt über die Widerstände R 2, RS und 25 The other current flows through the resistors R 2, RS and 25

den Transistor V4 nach OV. Ein Strom fließt von R 2 Hierzu 1 Blatt Zeichnungenthe transistor V4 to OV. A stream flows from R 2 to this 1 sheet of drawings

über R 3 und R 4 nach OV, so daß am Meßpunkt D eine konstante Spannung in Abhängigkeit der Zenerdiode Kl anstehtVia R 3 and R 4 to OV, so that a constant voltage is present at measuring point D as a function of the Zener diode Kl

Der Strom durch den Meßwiederstand RS ist aufgrund der hohen Spannung zu groß, d. h, der Spannungsabfall an R 8 ist größer als der Spannungsabfall an R 2 (Basisspannung ist größer als Emitterspannung). Der Transistor V2 wird leitend und gibt L-Signal auf das UND-Glied RBS. Das am Eingang e vorhandene dauernde L-Signal wird jetzt nicht mehr auf den Leistungstransistor V 4 durchgeschaltet, weil das UND-Glied RBS sperrt Über den Zweig R 2IR 3IR 4. An R 2 tritt dadurch ein noch kleinerer Spannungsabfall auf, der Emitter von V2 ist weiterhin negativer als die Basis und der Transistor ist durchgeschaltetThe current through the measuring resistor RS is too large due to the high voltage, i. h, the voltage drop at R 8 is greater than the voltage drop at R 2 (base voltage is greater than emitter voltage). The transistor V2 becomes conductive and gives the L signal to the AND gate RBS. The permanent L signal present at input e is now no longer switched through to power transistor V 4 because the AND element RBS blocks via branch R 2IR 3IR 4. As a result, an even smaller voltage drop occurs at R 2 , the emitter of V2 is still more negative than the base and the transistor is turned on

Beim Sperren des Schalttransistors V4 hat der Strom durch die Wicklung des Relais R das Bestreben, weiterzufließen, d. h., er nimmt nach einer e-Funktion ab. Der abnehmende Strom fließt dabei über die Freilaufdiode /3 zurück. Der Spannungsabfall an R 8 besteht weiterhin. Erst ab einer gewissen Grenze, die abhängig ist von der Amperewindungszahl der Relaisspule (das Relais ist weiterhin angezogen), wird der Spannungsabfall an R 8 kleiner. Wenn der Spannungsabfall an RS bei abnehmendem Strom kleiner ist als der Spannungsabfall an R 2, die Basis von V2 also negativer ist als der Emitter, sperrt der Transistor V2. Das UND-Glied Abschaltet durch, Leistungstransistor V4 läßt Strom durch und der Strom durch R S bzw. der Spannungsabfall an R 8 steigt an.When the switching transistor V4 is blocked, the current tends to continue flowing through the winding of the relay R , ie it decreases according to an exponential function. The decreasing current flows back via the freewheeling diode / 3. The voltage drop at R 8 continues. Only above a certain limit, which depends on the number of ampere-turns of the relay coil (the relay is still picked up), does the voltage drop at R 8 decrease. If the voltage drop across RS with decreasing current is smaller than the voltage drop across R 2, i.e. the base of V2 is more negative than the emitter, the transistor V2 blocks. The AND gate switches off through, power transistor V4 lets current through and the current through RS or the voltage drop at R 8 increases.

Die Regelung des Stromes durch die Wicklung des Relais R erfolgt praktisch als Zweipunktregelung mit einem oberen und einem unteren Schaltpunkt. Dabei wird die obere Schwelle erzeugt durch die Referenzspannung, gebildet aus Zenerdiode Vl und den Widerständen R 3, R 4 und R 5 und die untere Schwelle durch die aus Wicklungsinduktivität, Wicklungswiderstand und Strommeßwiderstand gebildete exponential abnehmende Spulenspannung. Die Stufe taktet also in Abhängigkeit von der oberen und der unteren Referenzspannung. The regulation of the current through the winding of the relay R takes place practically as a two-point regulation with an upper and a lower switching point. The upper threshold is generated by the reference voltage, formed from the Zener diode Vl and the resistors R 3, R 4 and R 5 and the lower threshold by the exponentially decreasing coil voltage formed from winding inductance, winding resistance and current measuring resistance. The stage clocks depending on the upper and lower reference voltage.

Die Zenerdiode VI sorgt unabhängig von der HöheThe Zener diode VI ensures regardless of the height

Claims

Patent claims:

1. Relay switching stage for a large supply voltage range, a series connection of measuring resistor, relay and switching transistor is provided between supply voltage and ground potential and a free-wheeling diode is parallel to the relay, characterized in that a transistor (V2) with its emitter via a resistor (R 2) the supply voltage (Us) is connected with its collector to the inverse input of an AND element (RBS) and with its base to the upper end of the winding of the relay (R) , so that depending on the voltage drop across the measuring resistor (RS ) the switching transistor (V 4) can be blocked and switched on via the AND element (RBS) , that the emitter connection of the transistor (V2) is connected to ground potential (OV) via voltage divider resistors (R 3, R 4), so that a current flows Via the resistors (R2, R3, R4) , the emitter connection of the transistor (V2) is connected to the collector of the switching transistor (V 4) or to the lower part via a resistor (RS) l is connected to the winding of the relay (R) , so that a current flows through the resistors (R 2, R 5) and the switching transistor (V4) , and that a Zener diode (VX) for generating a reference voltage for the emitter of the transistor ( V2) is connected between the supply voltage and the voltage divider resistors (R 3, R 4).

2. Relay switching stage according to claim 1, characterized in that a constant current trap is provided between the resistor (R 3) and ground potential (OV) to form the reference voltage

3. Relay switching stage according to claim 1, characterized in that instead of the resistor (RS) a constant current trap is provided or the constant voltage can be generated by a Zener diode.