DE4026427C1

DE4026427C1 -

Info

Publication number: DE4026427C1
Application number: DE4026427A
Authority: DE
Inventors: Richard 8000 Muenchen De Siepmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1990-08-21
Filing date: 1990-08-21
Publication date: 1992-02-13
Anticipated expiration: 2010-08-22
Also published as: US5317475A; EP0471891A3; CA2049469A1; EP0471891A2; JPH04315723A

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur geregelten Ansteuerung einer Gruppe von wahlweise an einer gemeinsamen An steuerspannung betreibbaren Relais.

Bei elektromagnetischen Relais besteht allgemein das Problem, daß die Wicklungen zum Anziehen des Ankers eine verhältnismäßig hohe Ansprecherregung benötigen, die auch bei Temperaturschwan kungen und bei Schwankungen der Versorgungsspannung gewährlei stet sein muß. Hat der Anker einmal angezogen, würde auch eine wesentlich niedrigere Halteerregung ausreichen, um den Ein schaltzustand des Relais aufrechtzuerhalten. Das heißt, daß bei Dauerbetrieb mit der hohen Ansprechspannung unnötig viel Ener gie verbraucht und das Relais selbst in unerwünschter Weise er wärmt wird. Insbesondere beim Betrieb von Relais in Kraftfahr zeugen mit den dort herrschenden hohen Temperaturunterschieden und mit der stark schwankenden Batteriespannung ist dieses Pro blem akut.

Für die Ansteuerung von Einzelrelais ist es auch seit langem bekannt, nach dem Anziehen des Ankers die Ansprechspannung auf eine niedrigere Haltespannung zu senken. Man kann dies bei spielsweise durch reine Zeitsteuerung vornehmen, indem nach ei nem Ansprechimpuls bestimmter Dauer auf Haltererregung umge schaltet wird. Man kann aber auch das erfolgte Anziehen des Ankers positiv feststellen und in Abhängigkeit von dieser Feststellung auf die Halteerregung umschalten. So wird gemäß DE 36 15 908 A1 der Stromeinbruch im Augenblick des Schließens des Ankermagnetkreises ermittelt und zum Umschalten ausgewer tet. Aus der DE 39 25 767 A1 ist es auch bekannt, sowohl den Erregerstrom als auch die Erregerspannung zu erfassen und in Abhängigkeit dieser beiden Werte den Strom durch die Relais wicklung zu erhöhen oder zu vermindern. Diese bekannten An steuerschaltungen sind jeweils nur für den Betrieb eines ein zelnen Relais ausgelegt, so daß beim zeitlich versetzten Be trieb mehrerer Relais für jedes dieser Relais die gesamte Schaltung eigens vorgesehen werden muß.

In der DE 33 31 678 C2 ist zwar eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung mehrerer, wahlweise parallel betreibbarer Relais angesprochen. Doch ist auch dort wiederum für jedes Relais eine eigene Ansteuerbaugruppe notwendig, welche die in einer gemein samen Ansteuereinrichtung erzeugten Anzugsimpulse und Halteim pulsfolgen an die jeweilige Relaiswickung anlegt. Auch dort ergibt sich somit ein erheblicher Schaltungsaufwand, der mit jedem zusätzlich eingesetzten Relais steigt.

Ziel der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung der ein gangs genannten Art zu schaffen, welche mit verhältnismäßig ge ringem Schaltungsaufwand eine Gruppe von individuell anschalt baren Relais nach Bedarf mit einer Ansprechspannung bzw. einer verminderten Haltespannung versorgt. Insbesondere soll der Schaltungsaufwand unabhängig von der Anzahl der daran betriebe nen Relais sein.

Erfindungsgemäß weist diese Schaltungsanordnung die folgenden Merkmale auf:

- ein Spannungsregler legt in Abhängigkeit von einem Regelsi gnal wahlweise eine Ansteuerspannng in Form einer niederen Haltespannung oder einer höheren Ansprechspannung an die Wicklungen aller angeschalteten Relais an;
- eine Strommeßeinrichtung mißt jeweils beim Anschalten einer zusätzlichen Wicklung an den Spannungsregler eine damit ver bundene Stromerhöhung und erzeugt daraus das Regelsignal für den Spannungsregler;
- die Zeitkonstante der Strommeßeinrichtung ist so groß ge wählt, daß der Stromanstieg beim Einschalten eines Relais zu einem Steuersignal auch dann ausgewertet wird, wenn gleich zeitig ein kürzerer Stromabfall durch das Ausschalten eines anderen Relais wirksam wird, und
- der Spannungsregler legt bei Erhalt des Regelsignals für eine vorbestimmte Zeitspanne die Ansprechspannung, sonst jedoch ständig die Haltespannung, an die Wicklungen.

Bei der Erfindung wird somit vermieden, jedes einzelne Relais abzufragen und seinen Betriebszustand für eine individuelle Versorgung mit Ansprech- oder Haltespannung zu ermitteln. Da mit entfällt auch die Notwendigkeit von Fühlerleitungen zwi schen der Steuereinrichtung und den an verschiedenen Orten ein gesetzten Relais. Man mißt vielmehr lediglich den Gesamtstrom durch die parallel angeschalteten Wicklungen und macht sich da bei die Erkenntnis zunutze, daß jeweils die Anschaltung eines zusätzlichen Relais einen sprunghaften Stromanstieg in der ge meinsamen Zuleitung zur Folge hat. Ist ein solcher Stromanstieg feststellbar, erhöht man kurzzeitig die Ansteuerspannung auf der gemeinsamen Versorgungsleitung und verhilft damit auf jeden Fall auch dem neu eingeschalteten Relais zu der benötigten An sprecherregung. Daß dabei auch die übrigen Relais unnötigerwei se kurzzeitig wieder die Ansprechspannung erhalten, fällt ge genüber der Einsparung an Steuerleitungen und Schaltungselemen ten nur wenig ins Gewicht.

Die Betriebsspannung kann allgemein eine Gleichspannung mit un terschiedlichen Werten für Ansprechspannung und Haltespannung sein. Sie kann aber auch in an sich bekannter Weise eine getak tete Spannung sein, wobei der Unterschied zwischen Ansprech spannung und Betriebsspannung in der Amplitude oder im Tastver hältnis oder auch in beiden bestehen kann.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung enthält die Strommeßeinrichtung einen Dif ferenzierverstärker, welcher die Spannung über einem in Serie in dem gemeinsamen Stromversorgungskreis der Relaiswicklungen eingeschalteten Widerstand abgreift und bei einem Stromanstieg das Regelsignal erzeugt. In einer anderen vorteilhaften Ausge staltung kann die Strommeßeinrichtung auch einen in den Strom versorgungskreis der Relaiswicklungen eingeschalteten Transi stor aufweisen, der über einen Regelkreis verzögert auf kon stanten Spannungsabfall nachregelbar ist, wobei aus einem vor übergehenden Spannungsanstieg ein Nachregelsignal und aus die sem das Regelsignal für die Spannungsregelung ableitbar ist. Diese Ausführungsform ist besonders vorteilhaft, wenn eine sehr große Anzahl von Relais überwacht werden soll, da hierbei der Gesamtstrom und damit die Gesamtzahl der angeschalteten Relais keinen Einfluß auf die Größe des Nachregelsignals ausübt.

Wie erwähnt, erspart die erfindungsgemäße Stromregelung für ei ne Relaisgruppe Fühlerleitungen für die einzeln an verschiede nen Orten angeordneten Relais. Darüber hinaus spart man natür lich auch die vielen Eingangsleitungen für den Regler, die alle mit einer Schutzbeschaltung gegen Störspitzen von über 100 V ausgestattet sein müßten. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß beim Einsatz und bei der Bemessung der Schaltung die Anzahl der zu steuernden Relais nicht festgelegt werden muß.

Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zur Ansteue rung einer Gruppe von Relais mit einer ersten Art von Strommeß einrichtung.

Fig. 2 eine etwas abgewandelte Schaltungsanordnung mit einer zweiten Art von Strommeßeinrichtung,

Fig. 3 den Strom- und Spannungsverlauf bei stromanstiegsge steuerter Spannungserhöhung nach der Erfindung.

In Fig. 1 ist eine Schaltungsanordnung gezeigt, bei der eine Betriebsspannung U_B, beispielsweise die Batteriespannung eines Kraftfahrzeuges, so geregelt werden soll, daß eine Gruppe mit unabhängig voneinander ein- und ausschaltbaren Relais RL1 bis RLn jeweils sicher einschaltet, jedoch im Haltezustand keinen unnötig hohen Strom erhält. Wie angedeutet, werden die einzel nen Relais individuell über die Schalter S1 bis Sn nach Bedarf angeschaltet. Zu dem genannten Zweck ist ein Spannungsregler VC vorgesehen, der an die Relaisgruppe eine geregelte Spannung U_R anlegt. Diese Spannung U_R is generell eine für die Halteerre gung der Relais ausreichende, relativ niedrige Haltespannung. In dem Augenblick, in welchem ein zusätzliches Relais aus der Gruppe angeschaltet werden soll, wird diese Regelspannung U_R jedoch kurzzeitig erhöht, was mit dem Impuls va angedeutet ist.

Um das Anschalten eines zusätzlichen Relais zu erkennen, ist eine Strommeßeinrichtung vorgesehen, welche sich gemäß Fig. 1 eines Serienwiderstandes (Shunt) RS bedient. An diesem Wider stand RS wird über die Widerstände R1 und R2 und den Entkopp lungskondensator C1 die Spannung abgegriffen und dem als Span nungsfolger geschalteten Operationsverstärker OP1 mit dem Rück kopplungswiderstand R3 zugeführt. Eine Spannungsänderung am Wi derstand RS, die bei einer Stromerhöhung auftritt, erzeugt am Ausgang des Operationsverstärkers OP1 einen Impuls i, der über die Diode D1 abgegriffen und dem Spannungsregler VC zugeführt wird. Die Widerstände R4 und R5 dienen zur Rückkopplung am Spannungsregler bzw. als Massewiderstand für den Eingang des Spannungsreglers.

Mit dem Stromfühler gemäß Fig. 1 werden also Spannungsänderun gen am Widerstand RS verstärkt, und dieses Signal wird dem Meß pfad des nachgeschalteten Spannungsreglers VC überlagert, so daß die Ausgangsspannung in Form des Spannungsimpulses va kurz zeitig ansteigt.

Eine weitere Möglichkeit zur Erkennung eines Stromanstiegs beim Anschalten eines Relais ist in Fig. 2 gezeigt. Dort ist in den Strompfad der Relaisgruppe, die wie in Fig. 1 an den Span nungsregler VC angeschaltet ist, ein Feldeffekttransistor FET mit seiner Source-Drain-Strecke eingeschaltet. Dieser FET wird durch den Operationsverstärker OP2 über die Widerstände R11 bis R15 auf eine konstante Spannung eingeregelt. Im eingeregelten Zustand gilt dabei für den Widerstand des Feldeffekttransistors

Ein Stromanstieg in dem Erregerkreis bewirkt am Feldeffekttran sistor kurzzeitig einen Spannungsanstieg, der allerdings durch die Paralleldiode D11 begrenzt wird. Dieser Spannungsanstieg wird dann durch den Operationsverstärker OP2 ausgeregelt, indem ein Nachregelsignal über R14 an die Gate-Elektrode des Feld effekttransistors gelegt wird. Das Nachregelsignal wird über den Kondensator C12 als Impuls i einer Kippstufe FF zugeführt und von dieser als Regelsignal der Spannungssteuerung VC zuge führt. Parallel zur Source-Gate-Strecke des Feldeffekttransi stors ist ein Kondensator C11 geschaltet, welcher die Nach regelung verzögert und damit einen genügend langen Impuls für die Erzeugung des Regelsignals ermöglicht.

Bei der Meßmethode nach Fig. 2 läßt sich am Feldeffekttransi stor immer ein Spannungsanstieg feststellen, der weitgehend un abhängig von der Gesamtgröße des Erregerstroms ist, während bei der Messung am Widerstand RS von Fig. 1 der Meßwert von dem Gesamtstrom abhängig ist. Deshalb eignet sich die Schaltung nach Fig. 2 in besonders vorteilhafter Weise für Einsatzfälle mit sehr vielen und in sehr unterschiedlicher Anzahl anschalt baren Relais.

Fig. 3 zeigt den Strom- und Spannungsverlauf bei der erfin dungsgemäßen Steuerung einer Relaisgruppe. Die Kurve 3a zeigt den Stromverlauf über der Zeit t. Es sei angenommen, daß zu den Zeitpunkten t1, t2 und t3 jeweils eine Relaiswicklung zuge schaltet wird. Der Strom beschreibt dann jeweils die gezeigte Kurve, wobei in dem Kurvenabschnitt a ein Anstieg erfolgt, der durch die Strommeßeinrichtung gemäß Fig. 1 oder 2 erkannt wird. Wie in Fig. 3b gezeigt, wird dann als Antwort auf diesen Stromanstieg zu den Zeitpunkten t11, t21 und t31 die Spannung U_R von der niedrigeren Haltespannung U_h auf die höhere An sprechspannung U_a angehoben, beispielsweise von 7 V auf 12 V. Dies hat auch einen weiteren Stromanstieg zur Folge, wie in Fig. 3a in dem jeweiligen Kurvenabschnitt b erkennbar ist. Nach einer vorgegebenen Impulsdauer wird die Spannung wieder auf die Haltespannung U_h abgesenkt, wodurch auch der Strom wieder ab nimmt (Kurvenabschnitt c in Fig. 3a).

Claims

1. Schaltungsanordnung zur geregelten Ansteuerung einer Gruppe von wahlweise an einer gemeinsamen Ansteuerspannung betreibba ren Relais mit folgenden Merkmalen:

- ein Spannungsregler (VC) legt in Abhängigkeit von einem Re gelsignal (i) wahlweise eine Ansteuerspannung (U_R) in Form einer geringen Haltespannung oder einer höheren Ansprechspan nung an die Wicklungen aller angeschalteten Relais an;
- eine Strommeßeinrichtung (RS, OP1; FET, OP2) mißt jeweils beim Anschalten einer zusätzlichen Wicklung an den Spannungs regler eine damit verbundene Stromerhöhung und erzeugt daraus das Regelsignal für den Spannungsregler (VC);
- die Zeitkonstante der Strommeßeinrichtung ist so groß ge wählt, daß der Stromanstieg beim Einschalten eines Relais zu einem Steuersignal auch dann ausgewertet wird, wenn gleich zeitig ein kürzerer Stromabfall durch das Ausschalten eines anderen Relais wirksam wird, und
- der Spannungsregler (VC) legt beim Erhalt des Regelsignals für eine vorbestimmte Zeitspanne die Ansprechspannung und sonst ständig die Haltespannung an die Wicklungen.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Strommeßeinrichtung einen Differenzierverstärker (OP1) enthält, welcher die Spannung über einen in Serie in den gemeinsamen Stromversorgungskreis der Re laiswicklungen eingeschalteten Widerstand (RS) abgreift und bei einem Stromanstieg das Regelsignal (i) erzeugt.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strommeßeinrichtung ei nen in den Stromversorgungskreis eingeschalteten Transistor (FET) aufweist, der über einen Regelkreis verzögert auf kon stanten Spannungsabfall nachregelbar ist, wobei aus einem vor übergehenden Spannungsanstieg ein Nachregelsignal und aus die sem das Regelsignal (i) für den Spannungsregler (VC) ableitbar ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch ge kennzeichnet, daß der Transistor ein Feldeffekt transistor (FET) ist, dessen Source-Drain-Spannung über eine Spannungsteilerschaltung (R11, R12) und einen Operationsver stärker (OP2) zur Ableitung einer Gate-Spannung abgegriffen wird, und daß eine Änderung der Gate-Spannung als Regelsignal ausgekoppelt wird.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch ge kennzeichnet, daß der Spannungsanstieg am Feldef fekttransistor durch eine Paralleldiode (D11) begrenzt wird.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachregelung der Span nung am Feldeffekttransistor durch einen parallel zur Source- Gate-Strecke des Feldeffekttransistors liegenden Kondensator (C11) verzögert wird.

7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da durch gekennzeichnet, daß die Ansprech spannung und die Haltespannung jeweils als Gleichspannungen ausgelegt sind.

8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da durch gekennzeichnet, daß die Ansprech spannung und/oder die Haltespannung in Form von Impulsen mit gleichbleibendem oder veränderlichem Impuls-Pause-Verhältnis angelegt werden.