DE3321838A1

DE3321838A1 - Schaltungsanordnung fuer einen naeherungsschalter mit zwei anschluessen

Info

Publication number: DE3321838A1
Application number: DE19833321838
Authority: DE
Inventors: Alfred Ing.(grad.) 8000 München Hauenstein
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1983-06-16
Filing date: 1983-06-16
Publication date: 1984-12-20
Also published as: DE3321838C2

Description

Schaltungsanordnung für einen Näherungsschalter mit
zwei Anschlüssen Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für einen Näherungsschalter mit zwei Anschlüssen, insbesondere zum Einsatz in Steuerungssystemen mit Wechselspannungen.
Elektronische Näherungsschalter mit zwei Anschlüssen benötigen keinen zusätzlichen Anschluß für die Versorgungsspannung und sind bei der Installation wie ein mechanischer Kontakt einzusetzten. Solche Schalter werden bevorzugt in Steuerungssystemen mit 220 VX , 110 Vs oder 48 V, Systemspannung aber auch in Gleichspannungssystemen eingesetzt.
Derartige Näherungsschalter können sowohl induktiv als auch kapazitiv arbeiten, wobei bei Annäherung beispielsweise eines Metallteiles ein Oszillator bedämpft wird, so daß der Ausgang des Näherungsschalters umgeschaltet wird.
Bisher werden derartige elektronische Schalter mit zwei Anschlüssen mit einer Stromquelle zur Versorgung der Elektronik und einem Leistungsschalter realisiert. Nachteilig ist hierbei, daß für beide Schaltungsteile hochsperrende Halbleiter benötigt werden, ein hoher Schaltungsaufwand erforderlich ist und größere Toleranzen der Stromquelle abgeglichen werden müssen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung für einen Näherungsschalter der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem die vorstehend aufgezeigten Schwierigkeiten umgangen sind, bei der der Reststrom tStromaufnah.lle der Schaltung im AUS-Zustand) möglichst klein und die Restspannung im EIN-zustand möglichst gering ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch geiöst, daß die eingangs genannte Schaltungsanordnung einen Leistungs-MOS-FET enthält, uer sowohl als Leistungsschalter arbeitet als auch zur otromversorgung des Näherungsschalters dient.
In bevorzugter Ausgestaitung der Erfindung ist die ggf.
gleichgerichtete Eingangsspannung der Reihenschaitung eines Wiaerstandes una einer Lenerdiode zugeführt und der Mittelabgriff dieser Reihenschaitung mit dem Gate des MOS-FE@ verbunden, der Drain des MOb-FET mit dem positiven Poi der Eingangsspannung verbunden, von der oource uie Stromversorgung aes Näherungsschalters abgenommen und der Ausgang des lYäherungsschalters uber eine Zenerdiode Illit der oource verbunuen.
ur Uberbrückung von opannungslücsen kann die Sciialtungsanordnung einen Kundensator aufweisen.
Fur Naherungsschalter mit höherem Ausgangsstrom ist uer Ausgangs des Naherungsschalters an die Basis eines TLansistors gelegt, dessen Kollektor-¢mitter-strecke zwischen Suurce und Bezugspotential geschaltet ist.
Wenn die Schaltungsanordnung einen Brückengleichrichter zur Gleichrichtung einer Eingangswechselspannung enthält, kann in vorteilhafter Weise parallel zum Eingang ein Varistor geschaltet sein.
Die Vorteile und die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung werden anhand der folgenden Ausführungsbeispiele näher erläutert.
In der dazugehörenden Zeichnung zeigen die Figuren 1 und 2 zwei verschiedene Ausführungsbeispiele für unterschiedliche Ausgangsströme.
In der Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, das eine Schaltungsanordnung für einen Betriebsspannungsbereich von 48 VX bis 250 Vs ausgelegt ist.
Die minimale Betriebsspannung ist dabei nur von der zulässigen Restspannung an den Ausgangsklemmen a und b begrenzt. Bei der Angabe des Betriebsbereiches wurde von einer Restspannung ( 20 % der Systemspannung ausgegangen. Die Eingangswechselspannung wird dem Brückengleichrichter G zugeführt, dessen Pluspol mit dem Drain des Leistungs-MOS-FET T direkt verbunden ist. Bei einer Eingangswechselspannung von 220 V entsteht somit am Drain des MOS-FET T eine Spitzenspannung von 350 V.
Über den Widerstand R1 wird die Zenerdiode Z2 bestromt und damit die Gate-Spannung am MOS-FET begrenzt. Bei der genannten Eingangs-Wechselspannung von 220 V einem Vorwiderstand R1 von 2,2 MOhm und einer Zenerdiode Z2 für 12 V wird die Gate-Spannung auf 12 V begrenzt. Am Source des MOS-FET T bildet sich eine Spannung von etwa 9 V aus (UZ2 - UGS = 12 V - 3 V). Diese Spannung versorgt über den Widerstand R2 den als integrierte Schaltung ausgebildeten Näherungsschalter N.
Zur Überbrückung von Spannungslücken dient der Kondensator C, der zwischen Eingang des Näherungsschalters und Bezugspotential geschaltet ist.
Das in der Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt einen induktiven Näherungsschalter, dessen Oszillator O durch Annäherung eines Metallteiles bedämpft wird.
Im AUS-Zustand ist die Ausgangsstufe des Näherungsschalters N gesperrt, was beispielsweise durch einen offenen Kollektor eines npn-Transistors bewirkt wird.
Hierbei setzt sich die Stromaufnahme der Schaltung zusammen aus dem Speisestrom für den Näherungsschalter N von beispielsweise 0,6 mA und dem Strom durch den Widerstand R1 von ca. 0,1 mA ( für R1 = 2,2 MOhm), so daß die gesamte Stromaufnahme im AUS-Zustand ca. 0,7 mA beträgt.
Im EIN-Zustand leitet der Ausgangstransistor des Näherungsschalters N und die Source des MOS-FET T wird über die Zenerdiode Z1 auf Bezugspotential geschaltet.
Am Drain stellt sich dann folgende Spannung ein: UD min = UQL + UZ1 + UGS = 0,15 + 5,6 + 3 yy 8,8 V, mit UQL = minimale Ausgangsspannung des Näherungsschalters N und UQ5 = Gate-Source-Schwellenspannung des MOS-FET T.
An den Ausgangsklemmen a und b erhöht sich die Spannung durch den Gleichrichter auf URest = 10 V. Der maximale Ausgangsstrom wird von dem Näherungsschalter N begrenzt.
Parallel zum Eingang ist ein Varistor V geschaltet, damit Störspannungsspitzen vom Netz und von induktiven Lasten begrenzt werden können.
Als Leistungs-MOS-FET T wird beispielsweise ein Transistor verwendet, dessen Einschaltwiderstand + 8 Ohm beträgt, was zu einem vernachlässigbar kleinen Spannungsabfall führt.
In der Fig. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, das sich vom Ausführungsbeispiel der Fig. 1 dadurch unterscheidet, daß der Ausgang des Näherungsschalters N an die Basis eines Transistors T1 gelegt ist, dessen Emitter-Kollektor-Strecke zwischen Source des MOS-FET T und Bezugspotential geschaltet ist.
Durch Einfügen dieses Transistors T1 läßt sich der maximale Ausgangsstrom auf 300 mm elf anheben. Auch bei dieser Schaltungsanordnung beträgt der Reststrom im AUS-Zustand lediglich 0,7 mA.
Durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung wird somit ein elektronischer Näherungsschalter mit zwei Anschlüssen erhalten, der bei geringem Schaltungsaufwand kleine Restströme und niedrige Restspannungen aufweist.
5 Patentansprüche 2 Figuren - L e e r s e i t e -

Claims

Patentansprüche Schaltungsanordnung für einen Näherungsschalter mit zwei Anschlüssen, insbesondere zum Einsatz in Steuerungssystemen mit Wechselspannungen, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß sie einen Leistungs-MOS-FET (T) enthält, der sowohl als Leistungsschalter arbetet als auch zur Stromversorgung des Näherungsschalters (N) dient.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, d a d u tr c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die ggf. gleichgerichtete Eingangsspannung der Reihenschaltung eines Widerstandes (R1 ) und einer Zenerdiode (Z2) zugeführt ist, daß der Mittelabgriff dieser Reihenschaltung mit dem Gate des MOS-FET (T) verbunden ist, daß der Drain des MOS-FET (T) mit dem positiven Pol der Eingangsspannung verbunden ist, daß von der Source des MOS-FET (T) die Stromversorgung des Näherungsschalters (N) abgenommen wird und daß der Ausgang (Q) des Näherungsschalters (N) über eine Zenerdiode (Z1) mit der Source des MOS-FET (T) verbunden ist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß sie einen Kondensator (C) zur Überbrückung von Spannungslücken enthält.
4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Ausgangs (Q) des Näherungsschalters (N) an die Basis eines Transistors (T1) gelegt ist, dessen Kollektor-Emitter-Strecke zwischen Source des Leistungs-MOS-FET (T) und Bezugspotential geschaltet ist.
5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n'z e i c h n e t, daß sie einen Brückengleichrichter (G) enthält und daß parallel zum Eingang ein Varistor (V) geschaltet ist.