DE3931405A1 - Schaltungsanordnung zum ansteuern eines relais - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Ansteuern eines Relais gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist bekannt, z.B. aus der DE-OS 36 01 659, zum Steuern von Relais elektronische Schalter mit einer Sicherung gegen Kurz­ schluß im Ausgangskreis einzusetzen. Mittels einer Impulsfolge mit kleinem Puls-/Pausen-Verhältnis wird der elektronische Schalter zyklisch geschlossen und damit geprüft, ob der Kurz­ schluß noch besteht. Ist dies der Fall, wird der Schalttransi­ stor wieder gesperrt, andernfalls bleibt er durchgeschaltet, und das Relais zieht an.

Relais und Schütze haben eine große Hysterese, d.h., der zum Anziehen erforderliche Strom ist wesentlich größer als der Strom, bei dem das Relais bzw. das Schütz abfällt. Zur Vermei­ dung eines unnötig großen Stromverbrauchs schaltet man daher in Reihe zur Relaiswicklung und dem elektronischen Schalter einen Widerstand, der während der Einschaltphase überbrückt ist und danach den Strom auf ein für das Halten des Relais ausreichen­ den Wert begrenzt. Ein solcher Widerstand hat den Nachteil, daß er Energie verbraucht und daß, wenn mit Schwankungen der Versorgungsspannung gerechnet werden muß, er für die minimale Versorgungsspannung bemessen sein muß, so daß bei höherer Ver­ sorgungsspannung ein unnötig großer Strom fließt und zusätz­ liche Energie verbraucht wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, die es gestattet, ein Relais oder Schütz mit einem geringen Haltestrom bei geringer Verlustleistung zu betreiben, wobei die Versorgungsspannung in weiten Grenzen schwanken kann. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Die Induktivität der Relaiswicklung läßt den Strom nach dem Einschalten nur langsam ansteigen. Erreicht er den Anzugsstrom des Relais, zieht dieses an. Danach kann der Strom noch etwas weiter ansteigen, bis der Schalttransistor gesperrt wird. Die in der Relaiswicklung gespeicherte Energie läßt dann über die Löschdiode einen stetig abnehmenden Haltestrom fließen. Bevor das Relais abfällt, wird der Schalttransistor wieder einge­ schaltet. Da dieser in Schalterbetrieb arbeitet, entsteht praktisch nur am ohmschen Widerstand der Relaiswicklung ein Energieverlust. Ein zusätzlicher Strombegrenzungswiderstand ist nicht vorhanden.

Das Ein- und Ausschalten des Stromes kann ausschließlich zeit­ abhängig erfolgen. Vorteilhaft ist es dagegen, den Strom zu messen und ihn bei Erreichen eines bestimmten vorgegebenen Betrages auszuschalten und zeitabhängig wieder einzuschalten. Man kann dann zur Ansteuerung des Schalttransistors eine handelsübliche Schaltung mit Kurzschlußsicherung verwenden, die im Kurzschlußfalle den Schalttransistor zyklisch mit Prüf­ impulsen ansteuert, um festzustellen, ob der Kurzschluß noch besteht.

Man kann auch das Wiedereinschalten des Transistors von der Größe des noch durch die Wicklung fließenden Stromes abhängig machen, indem ein zweiter Strombetrag vorgegeben wird, der etwas über dem Betrag des Stromes liegt, bei dem das Relais abfällt. Unterschreitet der Wicklungsstrom diesen Betrag, wird der Transistor wieder eingeschaltet.

Anhand der Zeichnung, in der das Schaltbild eines Ausführungs­ beispiels dargestellt ist, bei dem der Schalttransistor strom­ abhängig aus- und zeitabhängig eingeschaltet wird, werden im folgenden die Erfindung sowie Ausgestaltungen und Ergänzungen näher beschrieben und erläutert.

Eine Relaiswicklung K ist in Reihe zu einem Schalttransistor TS1 und einem Strommeßwiderstand R1 an eine Versorgungsspannung U_S angeschlossen. Parallel zur Relaiswicklung liegt eine Lösch­ diode LD. Durch Öffnen bzw. Schließen eines Schalters S soll das Relais betätigt werden. Zwischen dem Schalter S und dem Transistor TS1 liegt eine Schaltung ST, welche die Stellung des Schalters S in geeignete Steuersignale für den Transistor TS1 umsetzt. Es wird zunächst angenommen, daß der Schalter S ge­ öffnet und der Transistor TS1 gesperrt ist. Am Widerstand R1 tritt daher kein Spannungsabfall auf, und zwei Transistoren TS2, TS3 sind gesperrt. Ein Taktgenerator TG, dessen Frequenz durch die Kapazität eines Kondensators C bestimmt ist, erzeugt Taktimpulse, die dem Eingang S einer bistabilen Kippstufe FF zugeführt sind. Diese befindet sich daher in einem Schalt­ zustand, in dem an ihrem Ausgang Q, der mit dem einen Eingang eines UND-Gliedes U verbunden ist, log. "1"-Signal auftritt. Der zweite Eingang des UND-Gliedes U ist an den Schalter S angeschlossen. Da dieser geöffnet ist, ist die UND-Bedingung nicht erfüllt, das Ausgangssignal des UND-Gliedes ist daher log. "0", und eine an diesen Ausgang angeschlossene Stromquelle SQ ist gesperrt. Dementsprechend bleibt auch der Transistor TS1 gesperrt.

Mit dem Schließen des Schalters S ist die UND-Bedingung am Ein­ gang des UND-Gliedes U erfüllt, die Konstantstromquelle SQ wird eingeschaltet, der Transistor TS1 gerät in den leitenden Zu­ stand, und es fließt ein Strom durch die Relaiswicklung K, der wegen deren Induktivität allmählich ansteigt und bei Über­ schreiten des Anzugsstromes das Relais zum Anziehen bringt. Erreicht er einen vorgegebenen Wert, entsprechend einem be­ stimmten Spannungsabfall am Widerstand R1, steuert ein Impuls­ former IF die beiden Transistoren TS2, TS3 in den leitenden Zustand, so daß einerseits die Steuerspannung des Transistors TS1 begrenzt und andererseits dem Eingang R der bistabilen Kippstufe FF ein Impuls zugeführt wird, der diese zurücksetzt. Die UND-Bedingung für das UND-Glied U ist dann nicht mehr er­ füllt, und die Konstantstromquelle SQ und damit der Transistor TS1 werden gesperrt. Die in der Relaiswicklung K gespeicherte Energie entlädt sich als ein allmählich abklingender Strom über die Löschdiode LD. Der Kondensator C ist nun so bemessen, daß der nächste Impuls des Taktgenerators TG der bistabilen Kippstufe FF zugeführt wird, bevor der Strom durch die Relais­ wicklung K einen Wert erreicht, bei dem das Relais abfällt. Mit diesem Impuls beginnt ein neuer Schaltzyklus, in dem der Tran­ sistor TS1 wieder in den leitenden Zustand geschaltet wird und der Strom durch die Relaiswicklung K bis zu dem vorgegebenen Wert ansteigt. Nach Öffnen des Schalters S bleibt die Konstant­ stromquelle SQ und damit der Transistor TS1 gesperrt, und das Relais fällt ab. Der Transistor TS1 wird also mit Impulsen ge­ steuert, deren Dauer größer als die Anzugszeit und deren Ab­ stand kleiner als die Abfallzeit des Relais ist.

Claims (4)

1. Schaltungsanordnung zum Ansteuern eines Relais mit einem Schalttransistor (TS1), dessen Kollektor-Emitter-Strecke in Reihe mit der Relaiswicklung, der eine Löschdiode (LD) par­ allelgeschaltet ist, und einer Versorgungsspannungsquelle (U_S) liegt, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalttransistor (TS1) mit einer Folge von Impulsen angesteuert ist, deren Impulsdauer so groß ist, daß das Relais bei minimaler Versorgungsspannung (U_S) während eines Impulses anzieht und die Impulspausen kürzer sind als die Abfallzeit des Relais.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Schalttransistor (TS1) je­ weils mit einem Taktimpuls eingeschaltet und, wenn der Strom durch die Reihenschaltung aus Schalttransistor (TS1) und Re­ laiswicklung (K) einen vorgegebenen Betrag übersteigt, abge­ schaltet wird.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Schalttransistor (TS1) je­ weils dann, wenn der Strom durch die Reihenschaltung aus Schalttransistor (TS1) und Relaiswicklung (K) einen ersten vorgegebenen Betrag übersteigt, abgeschaltet wird und, wenn bei abgeschaltetem Schalttransistor (TS1) der Strom durch die Relaiswicklung (K) einen zweiten vorgegebenen Betrag unter­ schreitet, wieder eingeschaltet wird.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Taktimpulse dem Setzeingang (S) einer bistabilen Kippstufe (FF) zugeführt sind, deren Rück­ setzeingang (R) ein Impuls zugeführt ist, wenn an einem in Reihe zum Schalttransistor (TS1) liegenden Strommeßwiderstand (R1) eine einen vorgegebenen Betrag übersteigende Spannung auftritt, und an deren Ausgang der eine Eingang einer Torschal­ tung (U) angeschlossen ist, der ferner das Betätigungssignal zugeführt ist und deren Ausgang der Steuereingang des Schalt­ transistors (TS1) nachgeschaltet ist.