DE3301866A1

DE3301866A1 - Elektronische steuerschaltung zur erzeugung eines monostabilen schaltverhaltens bei einem bistabilen relais

Info

Publication number: DE3301866A1
Application number: DE19833301866
Authority: DE
Inventors: Erwin Ing.(grad.) 8505 Röthenbach Potthof
Original assignee: Diehl GmbH and Co
Current assignee: Diehl Verwaltungs Stiftung
Priority date: 1983-01-21
Filing date: 1983-01-21
Publication date: 1984-07-26
Also published as: FR2539913A1; GB2133947B; GB8400754D0; JPS59141131A; GB2133947A; US4595967A

Description

P 675

La/ib. ~-~>-

DIEHL GMBH & CO., Stephanstr. 49, 8500 Nürnberg

Elektronische Steuerschaltung zur Erzeugung eines monostabilen Schaltverhaltens bei einem bistabilen Relais.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektronische Steuerschaltung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Derartige Steuerschaltungen sind bekannt. 5

So wird Jn der nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung P 31 30 242.4-34 der Anmelderin eine derartige elektronische Steuerschaltung beschrieben, welche bei einem bistabilen Relais ein monostabiles Schaltverhalten erzeugt. Bei dieser Steuerschaltung werden mittels einer relativ aufwendigen logischen Schaltung geeignete Steuerimpulse für eine Brückenschaltung erzeugt, welche die Erregerwicklung des bistabilen Relais jeweils für die Dauer der Steuerimpulse mit den beiden Polen einer Spannungsquelle verbindet. Dabei wird die Stromflußrichtung durch die Erregerwicklung durch ein an der elektronischen Steuerschaltung anliegendes Eingangssignal bestimmt.

2Q Darüberhinaus besitzt die elektronische Steuerschaltung nach der Patentanmeldung P 31 30 242.4-34 weitere spezielle Möglichkeiten, wie taktsynchrones Schalten

- χ -V-

des Relais, oder aber die Erzeugung spezieller "Auffrischimpulse".

Es besteht jedoch auch ein Bedarf an einfacheren Schaltungen, die ausschließlich der Erzeugung eines monostabilen Schaltverhaltens bei einem bistabilen Relais dienen sollen, insbesondere zum Zwecke der Energieeinsparung .

Eine derartige Schaltung ist aus dem Datenblatt der Firma SDS-Elektro GmbH für den Baustein IC-12V, bzw* IC-24V bekannt, Dabei wird ein bistabiles Relais mit einem Kondensator in Serie geschaltet und durch dessen Auf- und Entladestrom umgeschaltet, wobei der Kondensator so dimensioniert werden muß, daß dessen Kapazitätin Verbindung mit dem Wicklungswiderstand des Relais eine Ladezeitkonstante ergibt, die mindestens so groß ist, wie die Ansprechzeit des Relais. Dabei ergeben sich insbesondere bei der Ansteuerung von Relais mit hoher Schaltleistung (nach dem Datenblatt, 2. Seite) Kapazitätswerte bis zu einigen 100 Mikrofarad.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, eine einfache unkomplizierte und in der Herstellung billige Steuerschaltung anzugeben, welche ebenfalls bei einem bistabilen Relais ein monostabiles Schaltverhalten er- zeugt. Dabei soll insbesondere auch die Verwendung von großen Kondensatoren im Mikrofaradbereich vermieden werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine elektronische Steuerschaltung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 ausgestaltet.

Dabei wird durch die Verzögerungsschaltung, welche in einfachster Weise als RC-Glied aufgebaut werden kann, erreicht, daß der durch diese angesteuerte Brückenzweig der Brückenschaltung um einen vorgebbaren Zeitraum nach dem direkt angesteuerten Brückenzweig in die jeweils umgekehrte Schaltstellung umschaltet. Werden die Brückenzweige identisch ausgelegt, so findet ein Stromfluß durch das an der Brückenschaltung angeschlossene bistabile Relais jeweils nur während des Verzögerungs-Zeitraumes statt. Durch entsprechende Dimensionierung des Verzögerungsschaltkreises, bzw. des besonders vorteilhaften RC-Gliedes kann nun in einfachster Weise die Dauer des Stromflusses durch das Relais so eingestellt werden, daß ein sicheres Umschalten bei minimalem Energieverbrauch erreicht wird. Dabei sind für den Kondensator des RC-Gliedes nur relativ kleine Kapazitätswerte im Bereich Nanofarad notwendig, da durch den Kondensator nur ein, bzw. zwei Transistoren angesteuert werden.

2p Bei Verwendung von Treibertransistoren zur Verstärkung der Steuersignale kann eine deutliche Verbesserung der Schaltpräzision des Relais erreicht werden. Eine derartige Schaltung ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das Schalten des Relais zeitkritisch ist.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen im Folgenden näher erläutert. Im einzelnen zeigt:

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild der erfindungsgemäßen

elektronischen Steuerschaltung, 30

Fig. 2 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der elektronischen Steuerschaltung, und

Fig. 3 ein Spannungs-Zeit-Diagramm für verschiedene Punkte aus der Schaltung nach Fig. 2.

Fig. 1 zeigt ein Prinzipschaltbild einer elektronischen Steuerschaltung zur Erzeugung eines monostabilen Schaltverhaltens bei einem bistabilen Relais 1. Das Relais 1 wird dabei von einer schematisch dargestellten Brückenschaltung 2 angesteuert. Die Brückenschaltung besteht aus zwei identischen Brückenzweigen 3, 4, die parallelgeschaltet sind, und deren Verbindungsstelle 5, 6 an einer Spannungsquelle (angedeutet..durch U, und Massesymbol) angeschlossen sind. Jeder der beiden Brückenzweige 3, 4 besteht aus zwei in Serie geschalteten, elektronischen Schaltern 7, 7', 8, 8', welche elektrisch steuerbar sind und komplementär arbeiten. Zwischen diesen in Serie geschalteten Schaltern 7, 7', 8, 8' liegen die beiden Anschlußpunkte 9» 10 für das bistabile Relais 1. Als elektronische Schalter 7, 7', 8, 8' sind vorzugsweise bipolare oder Feldeffekttransistoren verwendbar.

Die elektronischen Schalter 7, 7Ί 8, 8' jeweils einer der beiden Brückenzweige 3» 4 werden mittels des gleichen Signals gesteuert. Dieses Signal ist bei dem einen Brückenzweig 3 identisch mit dem binären Eingangssignal U . Der andere Brückenzweig 4 wird über einen Verzögerungsschaltkreis 11 angesteuert. Dieser Verzögerungsschaltkreis 11 soll den jeweiligen Pegel des Eingangssignals U mit einer bestimmten vorgebbaren Verzögerung weiter-r, leiten. Dabei wird die Verzögerungszeit durch den Energiebedarf bestimmt, welchen das Relais 1 für einen Umschaltvorgang benötigt. Dies soll im folgenden anhand der Funktion der Schaltung näher erläutert werden.

Da die elektronischen Schalter 7, 7', 8, 8^f jeweils eines der beiden identisch aufgebauten Brückenzweige 3, 4 komplementär arbeiten, ist in einem Brückenzweig 3, 4 jeweils ein elektronischer Schalter 7» 7¹, 8, 8' geöffnet und einer geschlossen. Bei konstanten Eingangssignal U , und nach Ablauf der Verzögerungszeit des Verzögerungsschaltkreises 11 sind die Schaltstellungen der elektronischen Schalter 7, 7^f, 8, 8» in beiden Brückenzweigen gleich, d. h., die beiden Anschlußpunkte 9, 10 des bistabilen Relais 1 liegen auf gleichem Potential, bspw. auf Masse. Ändert sich nun das Eingangssignal U , so schalten im direkt angesteuerten Brückenzweig 3 die beiden elektronischen Schalter 7, sofort in ihren jeweils anderen Schaltzustand. Der zugehörige Anschlußpunkt 10 des Relais 1 liegt demnach jetzt auf einem anderen Potential, bspw. Betriebst potential U^ , wie der andere Anschlußpunkt 9, so daß durch das Relais 1 ein Strom fließt. Dieser Zustand hält an, bis der durch den Verzögerungsschaltkreis 11 vorgegebene Verzögerungszeitraum abgelaufen ist. Da-nach liegt das neue Eingangssignal U_ auch an den elektronischen Schaltern 7', 8¹ des über den Verzögerungsschaltkreis angesteuerten Brückenzweiges 4 an, so daß auch diese elektronischen Schalter 7', 8¹ in ihren jeweils anderen Schaltzustand umschalten. Jetzt liegen wieder beide Anschlußpunkte 9, 10 des bistabilen Relais' 1 auf gleichem Potential, bspw. auf Betriebspotential U, , so daß durch das Relais 1 kein Strom mehr fließt.

Ändert sich nun das Eingangssignal U zurück in den Ausgangszustand, so wird der Anschlußpunkt 10 im direkt angesteuerten Brückenzweig 3 auf Massepotential geschaltet

während der Anschlußpunkt 9 des über den Verzögerungsschaltkreis angesteuerten Brückenzweiges 4 noch während der vorgegebenen Verzögerungszeit auf dem Betriebspotential u\ verbleibt. Der nunmehr durch das Relais 1 während der Verzögerungszeit fließende Strom fließt demnach in _N die entgegengesetzte Richtung, so daß das Relais 1 in die Ausgangsstellung zurückgeschaltet wird. Durch die Auswahl einer bestimmten Verzögerungszeit kann somit die Dauer des im Anschluß an jeden PegeHweohsel des Ein- -IO¹ gangssignals U auftretenden Stromflusses vorgegeben, und die Schaltung an das jeweils verwendete bistabile Relais 1 angepaßt werden.

Fig. 2 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel, bei -je welchem als Verzögerungsschaltkreis 11 ein RC-Glied aus einem Widerstand 12 und einem Kondensator 13 verwendet wird.

Bei diesem Ausführungsbeispiel sind den beiden Brückenzweigen 3, 4 der Brückenschaltung 2 jeweils ein Treibertransistor 14, 14' in Emitterschaltung mit je einem KoIlektorwiderstand 15,15' zur Verstärkung der Steuersignale vorgeschaltet. Die Steuersignale bestehen aus dem Eingangssignal U für den direkt angesteuerten Brückenzweig 3, und aus der jeweils am Kondensator 13 anliegenden Spannung U . Dabei ist der Kondensator 13 über den Widerstand 12 mit dem Eingangssignal U beaufschlagt, so daß die Spannung U bei einer Änderung des Eingangssignals

U diesem mit einer durch die Werte des Kondensators 1 e

und des Widerstandes 12 vorgegebenen Verzögerung folgt

Die Brückenschaltung 2 besteht aus zwei identisch aufgebauten Brückenzweigen 3, 4 welche in diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 aus je zwei komplementären bipolaren Transistoren als elektronische Schalter

7, 7', 8, 8' zusammengesetzt sind. Die Kollektor-Emitter-Strecke dieser komplementären Transistoren sind in Serie geschaltet, wobei die beiden Emitter zusammengeschaltet sind, und die Anschlußpunkte 9, 10 der Brückenschaltung 2 für das bistabile Relais 1 bilden. Die Kollektoren der jeweils gleichen Transistoren aus beiden Brückenzweigen; 3» 4 sind miteinander verbunden und an Betriebspotential U, , bzw. Massepotential angeschlossen. Die Basen der Transistoren je eines Brückenzweiges 3» 4 sind miteinander verbunden und werden von der Treibertransistoren 14, 14· angesteuert.

In Fig. 3 sind drei Spannungs-Zeit-Diagramme für ein Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 dargestellt. Das erste Diagramm gibt einen Spannungsverlauf für das Eingangssignal U vor, wobei zum Zeitpunkt A1 von Pegel "Low" auf Pegel "High" und zum Zeitpunkt B1 von Pegel "high" auf Pegel "Low" umgeschaltet wird. Das zweite Diagramm zeigt den Verlauf der am Kondensator 13 anliegenden Spannung U . Ab dem UmsehaltZeitpunkt A1

des Eingangssignals lädt sich der Kondensator 13 mit einer durch die RC-Kombination 12, 13 vorgegebenen Ladezeitkonstante auf,bis der Pegel "High" erreicht ist. Beim zweiten Umschaltzeitpunkt B1 beginnt sich der Kondensator 13 entsprechend zu entladen, bis die Spannung U_ den Pegel "Low" erreicht hat. Bei bestimmten am Kondensator 13 anliegenden Spannungen U_ (abhängig von der Auslegung der Brückenschaltung 2 und der Verstärkerstufen mit den Treibertransistoren 14, 14') schaltet auch der über die Verzögerungsschaltung 11 angesteuerte Brückenzweig 4 um. Diese Schaltpunkte sind in

Fig. 3 mit A2 und B2 bezeichnet. Die zwischen diesen Schaltpunkten A1, A2 und B1, B.2 verstreichende Zeit ist die Verzögerungszeit T , während der das bistabile Relais 1 durch die Brückenschaltung 2 mit Spannung beaufschlagt wird. Die am Relais^anliegende Spannung U ist im dritten Diagramm der Fig. 3 dargestellt. Dabei wird das Relais 1 im Anschluß an jede Pegeländerung des Eingangssignals U für die Zeitspanne T , welche durch Änderung der Werte des Widerstandes 12 und des Kondensators 13 veränderbar ist, mit Spannung beaufschlagt, wobei· die Polarität der Spannung von der Richtung der Pegeländerung des Eingangssignals U abhängig ist. Die Zeitspanne T beträgt auch

für Relais 1 mit hoher Schaltleistung nur maximal bis etwa 50 ms , so daß bei einem Wert von 200 k-Ω- für den Widerstand 12 Werte für den Kondensator 13 in der Größenordnung von 30OnF ausreichend sind. Kleinere Relais 1 benötigen entsprechend kleinere Kondensatoren 13.

- 11 -

Bezugszeichenliste

1 bistabiles Relais

2 Brückenschaltung

3 Brückenzweig

4 Br.ückenzweig

5 Verbindungsstelle 6 Verbindungsstelle

7, 7' elektronische Schalter

8, 8' elektronische Schalter 9 Anschlußpunkt

10 Anschlußpunkt

Verzögerungsschaltkreis Widerstand

Kondensator

14, 14' Treibertransistoren

15, 15' Kollektrowiderstände

U Eingangssignal

U, Betriebspotential

U am Kondensator 19 c

U am Relais 1 anliegende Spannung

U am Kondensator 19 anliegende Spannung

- Leerseite -

Claims

Patentansprüche

Elektronische Steuerschaltung zur Erzeugung eines monostabilen Schaltverhaltens bei einem bistabilen Relais durch Umwandlung binärer Eingangssignale in Steuersignale für einen Brückenschaltkreis aus zwei Brückenzweigen mit komplementär arbeitenden elektronischen Schaltern, wobei durch den Brückenschaltkreis die Stromflußrichtung im Relais unkehrbar ist und das Relais mit jeder Pegeländerung des Eingangssignals durch einen Impuls mit vorgegebenem Energieinhalt umschaltbar ist,
dadurch gekennzeichnet,

daß ein Brückenzweig (3) der Brückenschaltung (2) mit dem Eingangssignal (U ) beaufschlagt ist,

daß dem anderen Brückenzweig (4) eine Verzögerungsschaltung (11) vorgeschaltet ist, und daß die Verzögerungsschaltung (11) mit dem Eingangssignal (U )

beaufschlagt ist.
2. Elektronische Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß den Brückenzweigen (3,4) der Brückenschaltung (2) Treibertransistoren (14, 14·) zur Verstärkung der Steuersignale vorgeschaltet sind.

10
3. Elektronische Steuerschaltung nach Anspruch oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungsschaltung (11) aus einer Kombination aus einem Widerstand (12) und einem Kondensator (13) besteht, wobei der Kondensator (13) über den Widerstand (12) mit dem Eingangssignal (U ) beaufschlagt ist und der andere Brückenzweig (4) durch die am Kondensator (13) anliegende Spannung angesteuert ist.