DE3153262C2

DE3153262C2 - Schaltungsanordnung zum Betrieb eines bistabilen Relais mit monostabiler Schaltcharakteristik

Info

Publication number: DE3153262C2
Application number: DE19813153262
Authority: DE
Inventors: Rolf-Dieter Dipl.-Phys. 8081 Unter Schweinbach Kimpel; Richard 8000 München Siepmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1981-05-15
Filing date: 1981-05-15
Publication date: 1987-03-05

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Betrieb eines bistabilen Relais mit monostabiler Schaltcharakteristik, wobei die Einschaltflanke und die Abschaltflanke der Steuerspannung jeweils in Spannungsimpulse entgegengesetzter Polarität umgesetzt und so an die Erregerwicklung angelegt werden.
Monostabile Relais sprechen oberhalb eines bestimmten Wertes der Erregerspannung an und fallen unterhalb eines vorgegebenen Wertes der Erregerspannung wieder ab. Dabei fließt normalerweise ein Strom, solange die Erregerspannung am Relais anliegt, d. h., es wird dauernd Energie verbraucht. Um diesen Energieverbrauch zu verringern, ist es seit langem bekannt, vor ein bistabiles Relais einen Kondensator zu schalten und damit eine monostabile Schaltcharakteristik zu erzielen. Der Kondensator bewirkt, daß nur Stromimpulse durchgelassen werden und somit die Leistungsaufnahme stark verringert wird.
Bei bekannten Schaltungen dieser Art wird jeweils ein Anschluß der Reihenschaltung aus Kondensator und Erregerwicklung mit einem Pol der Spannungsquelle fest verbunden, während am anderen Anschluß ein mechanischer oder elektronischer Schalter vorgesehen ist. Über diesen Schalter wird der Kondensator zum Ansprechen des Relais auf die Betriebsspannung aufgeladen und zum Abfallen des Relais wieder entladen. Solche Schaltungen können gegenüber herkömmlichen monostabilen Relais den Nachteil haben, daß bei langsam ansteigender Steuerspannung das Relais unter Umständen nicht anspricht.
Bei bekannten Schaltungsanordnungen der eingangs genannten Art (DE-OS 27 47 607) wird über einen elektronischen Schalter jeweils ein Kondensator aufgeladen, wobei der Kondensatorladestrom das Relais ansprechen läßt. Beim Abschalten der Steuerspannung wird der Kondensator über einen Halbleiterschalter entladen, und der Entladestrom schaltet das Relais wieder in den Ruhestand zurück. Bei derartigen bekannten Schaltungsanordnungen ist also jeweils ein Kondensator unmittelbar in Reihe zur Erregerwicklung des Relais geschaltet, wodurch unter Umständebn verhältnismäßig große Kondenstoren erforderlich werden.
Darüber hinaus ist es auch allgemein bereits bekannt, bistabile Relais durch Umpolen einer Wicklung umzuschalten, wie dies beispielsweise in der US-PS 39 31 550 gezeigt ist. Bei der dort beschriebenen Schaltung wird ein Relais über eine elektronische Kippschaltung so eingesetzt, daß es als Stromstoßrelais wirkt. Das Relais wird über unipolare Impulse angesteuert, wobei das Relais nach jedem am Eingang der Schaltung ankommenden Impuls seinen Schaltzustand ändert. Damit ist jedoch keine monostabile Schaltcharakteristik erreicht.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art anzugeben, die mit möglichst geringem Aufwand und unter Einsatz möglichst einfacher Standard-Bausteine den monostabilen Betrieb bistabiler Relais gestattet und dabei die monostabile Schaltcharakteristik gewährleistet, wobei jeweils nur während des Schaltvorgangs Strom fließt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Erregerwicklung in Gegentaktschaltung zwischen die Ausgänge zweier elektronischer Schaltelemente geschaltet ist, wobei im Eingangskreis mindestens des einen Schaltelementes ein von der Steuerspannung beaufschlagtes Zeitglied vorgesehen ist.
Bei der Reihenschaltung eines Kondensators mit der Erregerwicklung hängt die Kapazität C des Kondensators wie folgt von den Spulendaten, der Induktivität L und dem Widerstand R ab:
C ~ @W:°KL°k:°KR°k¥&udf54;
d. h., bei einer Verringerung des Widerstandes um die Hälfte muß der Kondensator die vierfache Größe erhalten. Bei größeren Relais wird deshalb die Anordnung eines Kondensators im Erregerkreis ungünstig, zumal gegebenenfalls auch noch eine vergrößerte Selbstinduktion der Wicklung berücksichtigt werden muß. Aus diesem Grunde wird bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung die Umformung von Pegelsprüngen in Impulse nicht im Erregerkreis, d. h. am Ausgang der elektronischen Schaltelemente, sondern in deren Eingangskreis angeordnet.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die beiden elektronischen Schaltelemente zwischen die Ausgänge zweier monostabiler Kippstufen geschaltet, welche parallel an der Steuerspannung liegen und wovon die eine auf positive Impulsflanken und die andere auf negative Impulsflanken anspricht.
In einer weiteren Ausführungsform, bei der die Erregerwicklung ebenfalls zwischen die Ausgänge zweier elektronischer Schaltelemente geschaltet ist, liegt das Steuersignal an dem Eingang der ersten Schaltstufe unmittelbar und an dem Eingang der zweiten Schaltstufe über ein RC- Glied verzögert an. Auch hierbei ist der Kondensator nicht unmittelbar im Erregerkreis des Relais angeordnet, sondern in einem Zeitglied zur Verzögerung des zweiten Schaltelementes, so daß ein sehr kleiner Kondensator verwendet werden kann.
Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 und 2 zwei Schaltungsanordnungen mit elektronischen Schaltelementen zur Ansteuerung einer Erregerwicklung, wobei jeweils ein Zeitglied im Eingangskreis zumindest des einen elektronischen Schaltelementes vorgesehen ist,
Fig. 3 den Spannungsverlauf an der Erregerspule bei den Schaltungsanordnungen gemäß Fig. 1 und 2.
Die Fig. 1 und 2 zeigen Ansteuerschaltungen für eine Relaiswicklung RL, wobei ein Kondensator bzw. ein Zeitglied jeweils in den Eingangskreis eines oder zweier elektronischer Schaltelemente gesetzt wurde. Damit wird die Umformung von Pegelsprüngen der Steuerspannung U _s in Impulse vom Ausgang des jeweiligen Verstärkers zu dessen Eingang hin verlagert.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 formen die monostabilen Kippstufen MK 3 bzw. MK 4 aus der positiven bzw. negativen Flanke der Steuerspannung U _s jeweils einen kurzen Impuls. In einem Fall gelangt der Impuls von der monostabilen Kippstufe MK 3 über die (invertierende) Schaltstufe N 3 an den Anschluß A 2 der Relaiswicklung RL und schaltet das Relais in die eine Stellung. Im anderen Fall gelangt ein Impuls von der monostabilen Kippstufe MK 4 über das (invertierende) Schaltelement N 4 an den Anschluß A 1 der Wicklung RL und schaltet somit das Relais in die andere Stellung. In der Zwischenzeit sind beide Schaltstufen N 3 und N 4 jeweils im gleichen Schaltzustand, so daß durch die Wicklung kein Strom fließt.
Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform, wobei ein RC- Glied zur Verzögerung einer Schaltstufe verwendet wird. Die Relaiswicklung RL liegt wiederum zwischen zwei (invertierenden) elektronischen Schaltelementen N 5 und N 6. Am Eingang E von N 5 liegt die Steuerspannung U _s, die außerdem über das RC-Glied mit dem Widerstand R 7 und dem Kondensator C 7 an den Eingang des Schaltelementes N 6 geführt ist. Die Glieder N 5 und N 6 könnten auch nichtinvertierend sein, wie im übrigen auch die entsprechenden Schaltelemente von Fig. 1; jedoch stehen in integrierten Schaltkreisen meist NAND-Glieder eher zur Verfügung. Bei einer Änderung der Steuerspannung U _s wird das Signal zunächst über N 5 an den Anschluß A 2 der Relaiswicklung RL gegeben, während wegen der Verzögerung durch das RC-Glied am Eingang A 1 noch der alte Spannungspegel liegt. Nach der Verzögerungszeit erhält auch der Anschluß A 1 den gleichen Spannungspegel wie A 2, so daß das Relais wieder stromlos ist. Bei Verwendung von CMOS-Treibern, eventuell auch von mehreren parallelgeschalteten Treibern, können für diese Schaltung sehr kleine Kondensatoren C 7 eingesetzt werden.
Der Spannungsverlauf zwischen den Anschlüssen A 1 und A 2 der Relaiswicklung in zeitlicher Zuordnung zur Steuerspannung U _s ist in Fig. 3 dargestellt. Dabei gilt die Spannungskurve e 3 für beide Ausführungsbeispiele von Fig. 1 und Fig. 2.

Claims

1. Schaltungsanordnung zum Betrieb eines bistabilen Relais mit monostabiler Charakteristik, wobei die Einschaltflanke und die Abschaltflanke der Steuerspannung jeweils in Spannungsimpulse entgegengesetzter Polarität umgesetzt und so an die Erregerwicklung angeschaltet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerwicklung (RL) in Gegentaktschaltung zwischen die Ausgänge (A 1, A 2) zweier elektronischer Schaltelemente (N 3, N 4; N 5, N 6) geschaltet ist, wobei im Eingangskreis mindestens des einen Schaltelementes (N 3, N 4; N 6) ein von der Steuerspannung (U _s) beaufschlagtes Zeitglied (MK 3, MK 4; R 7, C 7) vorgesehen ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Schaltelemente Logik-Bausteine (N 3, N 4, N 5, N 6) verwendet sind.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden elektronischen Schaltelemente (N 3, N 4) zwischen die Ausgänge zweier monostabiler Kippstufen (MK 3, MK 4) geschaltet sind, welche parallel an der Steuerspannung (U _s) liegen und wovon die eine auf positive Impulsflanken und die andere auf negative Impulsflanken anspricht.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerspannung (U _s) an dem Eingang des ersten Schaltelementes (N 5) unmittelbar und an dem Eingang des zweiten Schaltelementes (N 6) über ein RC-Glied (R 7, C 7) anliegt.