DE4311871C1

DE4311871C1 - Load-switching relay circuit esp. for hospital-ward calling lamps

Info

Publication number: DE4311871C1
Application number: DE19934311871
Authority: DE
Inventors: Willi Dr Ing Rychetsky
Original assignee: EFE ELEKTRONIK FORSCHUNGS und
Current assignee: EFE ELEKTRONIK FORSCHUNGS und
Priority date: 1993-04-10
Filing date: 1993-04-10
Publication date: 1994-07-28
Anticipated expiration: 2013-04-11

Abstract

Neutral and phase lines (1, 2) of the mains supply a half-wave rectifying circuit (3-6) charging an electrolytic smoothing capacitor (7), e.g to 15 V. The relay (11) is energised by each operation of a push-button (10) isolated from the mains by a transformer (21).The prim. winding (20) normally presents a light load to an oscillatory circuit (16) so that a low-pass filter (18, 19) allows another rectifying circuit (17) to apply high-level voltage to the clock input (C) of a flip-flop (15) driving the relay-switching transistor (14). The pushbutton when pressed shorts out the sec.-side AC and lowers the flip-flop input voltage.

Description

Die Erfindung betrifft eine Relais-Schaltung zum Schalten von Verbrauchern mit einem vom Stromkreis des Verbrauchers potentialgetrennten Bedienelement, insbesondere für Lichtrufanlagen.The invention relates to a relay circuit for switching of consumers with one from the consumer's circuit Potential-separated control element, especially for Nurse call systems.

Aus Sicherheitsgründen ist häufig vorgeschrieben, daß Verbraucher, welche mit Netzspannung betrieben werden, über Bedienelemente geschaltet werden, welche lediglich mit Niederspannung beaufschlagt sind und außerdem vom Netz galvanisch getrennt (potentialgetrennt) sind. Insbesondere in Krankenhäusern müssen Leuchten über Tasten von Betten aus geschaltet werden, wobei sich die Tasten beispielsweise in Geräten der Lichtrufanlage befinden und damit der hierfür gültigen Norm unterliegen. Da für Lichtrufanlagen erhöhte Anforderungen an die Schutzisolation nach EN 60601, S.76 bis 80 werden, sind zum Schalten der Leuchten erforderliche Relais ebenfalls mit einer entsprechenden Schutzisolation zu versehen. For security reasons it is often prescribed that Consumers, which are operated with mains voltage, over Controls are switched, which are only with Low voltage are applied and also from the network are electrically isolated (electrically isolated). Especially in hospitals, lights have to be switched off from beds are switched, with the keys, for example, in Devices of the nurse call system and therefore the one for this subject to the applicable standard. As increased for nurse call systems Protective insulation requirements according to EN 60601, p.76 to 80 relays are required to switch the lights also with appropriate protective insulation Mistake.

Da ferner diese Relais durch potentialfreie Kontakte betätigt werden müssen, ist für die Abfrage des Kontakts und damit zur Betätigung des Relais Energie potentialfrei zur Verfügung zu stellen. Die auf dem Markt erhältlichen Schaltgeräte sind daher so aufgebaut, daß sie die Potentialtrennlinie zur Versorgung mit einem Netztransformator überbrücken, der auf der Niederspannungsseite eine Flip-Flop-Schaltung versorgt. Der Taster schaltet dieses Flip-Flop ein und aus. Ein Ausgang des Flip-Flops schaltet dann über ein teures Potentialtrenn-Relais die Leuchte. Sowohl der Netztransformator als auch das Relais sind mit einer entsprechend teuren Schutzisolierung zu versehen.Furthermore, since these relays through potential-free contacts must be pressed is for querying the contact and thus potential-free to actuate the relay To make available. The ones available on the market Switchgear are therefore designed so that they Isolation line for supply with one Bridge power transformer on the Low-voltage side powered a flip-flop circuit. Of the Push button switches this flip-flop on and off. An exit The flip-flop then switches over an expensive one Potential isolation relay the light. Both the Mains transformer as well as the relay are with one accordingly expensive protective insulation Mistake.

Mit Flip-Flops und anderen elektronischen Schaltungen gesteuerte Relais werden häufig auch in Kraftfahrzeugen angewendet (DE 29 05 129 A1), wo jedoch wegen der niedrigen Batteriespannungen keine besonderen Schutzmaßnahmen erforderlich sind.With flip-flops and other electronic circuits Controlled relays are also often used in motor vehicles applied (DE 29 05 129 A1), but where because of the low Battery voltages no special protective measures required are.

Durch DE 40 29 175 A1 ist eine elektrische Schutzeinrichtung bekanntgeworden, die extrem hohen Anforderungen beim Einsatz von elektrischen Geräten mit Elektroden, die in Körperöffnungen eingeführt werden, genügen soll. Dabei werden außer üblichen Schutzmaßnahmen, wie Trenntransformatoren und erdfreien Netzen, Mittel zur Messung von Fehlerströmen angewendet, um Warnsignale oder eine Abschaltung im Falle eines Fehlers zu bewirken. Die bekannte Schutzeinrichtung ist jedoch sehr aufwendig und setzt die Befestigung einer Elektrode am Körper des Patienten voraus.DE 40 29 175 A1 is an electrical protective device become known, the extremely high requirements in use of electrical devices with electrodes that are in Body openings are introduced, should suffice. Here are in addition to usual protective measures, such as Isolating transformers and floating networks, means for Measurement of fault currents applied to warning signals or cause a shutdown in the event of an error. The known protective device is very complex and attaches an electrode to the body of the Patients ahead.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Relais-Schaltung zum Schalten von Verbrauchern mit einem vom Stromkreis des Verbrauchers potentialgetrennten Bedienelement anzugeben, die gegenüber den bekannten Schaltungen einen geringeren technischen Aufwand aufweist und somit preiswerter herzustellen ist.The object of the invention is a Relay circuit for switching consumers with one of the Electrical circuit of the consumer isolated Specify control element compared to the known Circuits has a lower technical effort and is therefore cheaper to manufacture.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein im Stromkreis des Verbrauchers angeordneter steuerbarer Schalter von einer Steuerschaltung ohne Potentialtrennung steuerbar ist und daß von der Steuerschaltung eine Wechselspannung einer Primärwicklung eines Trenntransformators zuführbar ist, an dessen Sekundärwicklung das Bedienelement anschließbar ist, wobei durch eine Änderung der Impedanz des Bedienelementes ein Schaltsignal für die Steuerschaltung erzeugt wird.This object is achieved in that a Controllable arranged in the circuit of the consumer Switch from a control circuit without electrical isolation is controllable and that of the control circuit AC voltage of a primary winding Isolating transformer can be fed, at the Secondary winding, the control element can be connected, wherein by changing the impedance of the control element Switching signal for the control circuit is generated.

Die erfindungsgemäße Relais-Schaltung hat den Vorteil, daß lediglich der Trenntransformator mit einer allen Anforderungen genügenden Schutzisolation zu versehen ist. Abgesehen davon, daß es sich hierbei im Gegensatz zu den bekannten Schaltungen nur um ein Bauelement handelt, ist nur ein Transformator für eine äußerst geringe Leistung erforderlich.The relay circuit according to the invention has the advantage that only the isolating transformer with all of them Protective insulation must be provided. Apart from the fact that this is in contrast to the known circuits are only one component, is only a transformer for extremely low power required.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung besteht darin, daß die Steuerschaltung von einem Oszillator, einer Gleichrichter-Schaltung mit einem Konden sator und einer bistabilen Schaltung gebildet ist, wobei die Zuleitung der Ausgangsspannung des Oszillators zur Gleichrichter-Schaltung von der Impedanz des Bedienelementes abhängt.An advantageous embodiment of the invention Circuit arrangement is that the control circuit of an oscillator, a rectifier circuit with a condenser sator and a bistable circuit is formed, the feed line the output voltage of the oscillator Rectifier circuit on the impedance of the control element depends.

Durch geeignete Wahl der Oszillatorfrequenz wird die Verwendung eines kleinen, preiswerten Hochfrequenztransformators zur Potentialtrennung ermöglicht. Eine vorteilhafte Oszillatorfrequenz liegt im Bereich von 5 bis 10 kHz, was ausreichend hoch für die Verwendung eines kleinen Hochfrequenztransformators und ausreichend niedrig ist, damit keine Postzulassung erforderlich ist.By a suitable choice of the oscillator frequency, the Using a small, inexpensive High-frequency transformer for electrical isolation enabled. An advantageous oscillator frequency is in the range of 5 to 10 kHz, which is high enough for using a small high-frequency transformer and sufficiently low is so that no postal approval is required.

Die vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann insbesondere derart ausgeführt sein, daß die Primärwicklung des Trenntransformators zwischen dem Ausgang des Oszillators und der Gleichrichter-Schaltung derart angeordnet ist, daß bei Betätigung des Bedienelementes die Ausgangsspannung des Oszillators kurzgeschlossen wird und durch den entstehenden Impuls die bistabile Schaltung getriggert wird.The advantageous embodiment of the invention can in particular be designed such that the primary winding of the isolating transformer between the output of the oscillator and the rectifier circuit is arranged such that when the control element is actuated, the output voltage of the Oscillator is short-circuited and by the emerging Pulse the bistable circuit is triggered.

Als Bedienelement können entweder ein Taster mit mechanischen Kontakten oder Halbleiterschalter vorgesehen sein. Letztere benötigen zum Betrieb eine Gleichspannung, die gemäß einer Weiterbildung dadurch erzeugt wird, daß zwischen der Sekundärwicklung des Trenntransformators und dem Bedienelement eine weitere Gleichrichter-Schaltung vorgesehen ist. Either a button can be used as an operating element mechanical contacts or semiconductor switches are provided his. The latter require a DC voltage to operate, which is generated according to a further development in that between the secondary winding of the isolating transformer and the control element another rectifier circuit is provided.

Zur Verhinderung von Fehlschaltungen durch elektro-magnetische Einstreuungen in die Zuleitungen zum Bedienelement kann gemäß einer anderen Weiterbildung vorgesehen sein, daß zwischen dem Bedienelement und der weiteren Gleichrichter-Schaltung ein Tiefpaß angeordnet ist.To prevent incorrect switching electromagnetic interference in the feed lines to Control element can according to another development be provided that between the control element and the low-pass filter is arranged another rectifier circuit.

Um bei kurzen Unterbrechungen der Netzspannung den vor der Unterbrechung vorhandenen Schaltzustand auch nach der Unterbrechung beizubehalten, ist gemäß einer anderen Weiterbildung vorgesehen, daß der Schaltzustand der bistabilen Schaltung mit Hilfe eines Kondensators bei Stromausfall für eine gegebene Zeit speicherbar ist.In the event of brief interruptions in the mains voltage, before Interruption of the existing switching status even after the Maintaining an interruption is according to another Training provided that the switching state of the bistable circuit with the help of a capacitor Power failure is storable for a given time.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung teilweise als Blockschaltbild dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.An embodiment of the invention is in the drawing partially shown as a block diagram and in the following description explained in more detail.

Die dargestellte Relais-Schaltung wird über Anschlüsse 1, 2 an den Nulleiter N und eine Phase L des Netzes angeschlossen. Zur Stromversorgung der Halbleiterschaltungen wird die Netzspannung über einen Kondensator 3, einen Widerstand 4 und eine Diode 5 geleitet, wobei eine Z-Diode 6 und ein Elektrolyt-Kondensator 7 zur Stabilisierung bzw. Glättung der Betriebsspannung U_B von beispielsweise 15 V dienen. The relay circuit shown is connected via connections 1 , 2 to the neutral conductor N and a phase L of the network. To supply power to the semiconductor circuits, the mains voltage is passed through a capacitor 3 , a resistor 4 and a diode 5 , a Zener diode 6 and an electrolytic capacitor 7 being used to stabilize or smooth the operating voltage U _B of, for example, 15 V.

An die Relais-Schaltung ist ferner über Anschlüsse 8, 9 ein Bedienelement, beispielsweise ein Taster 10, anschließbar. Jeweils bei einer Betätigung des Tasters 10 schaltet ein Relais 11 von einer Stellung in die andere, wodurch ein zwischen einen der Anschlüsse 12, 13 und den Nulleiter des Netzes angeschlossener Verbraucher bei einer Betätigung ein- und bei einer folgenden Betätigung ausgeschaltet wird.An operating element, for example a button 10 , can also be connected to the relay circuit via connections 8 , 9 . Each time the button 10 is actuated, a relay 11 switches from one position to the other, as a result of which a consumer connected between one of the connections 12 , 13 and the neutral conductor of the network is switched on upon actuation and switched off upon subsequent actuation.

Das Relais 11 wird über einen Treibertransistor 14 von einem Flip-Flop 15 gesteuert, das den jeweiligen Schaltzustand speichert. Das Flip-Flop 15 ist als sogenanntes Einflanken gesteuertes Flip-Flop geschaltet, wobei jeweils bei einer vorgegebenen Flanke des dem Takteingang C zugeführten Steuersignals ein anderer Schaltzustand eingenommen wird.The relay 11 is controlled via a driver transistor 14 by a flip-flop 15 , which stores the respective switching state. The flip-flop 15 is connected as a so-called single-edge controlled flip-flop, a different switching state being assumed for a given edge of the control signal supplied to the clock input C.

Zur Erzeugung des Steuersignals für das Flip-Flop 15 ist ein Oszillator 16 vorgesehen, dessen Ausgangsspannung durch die Betätigung des Tasters 10 kurzgeschlossen wird oder über eine Gleichrichter-Schaltung 17 dem Takteingang C des Flip-Flops 15 zugeleitet werden kann. Der Oszillator 16 kann in einfacher Weise durch geeignete Rückkopplung einer Logikschaltung - beispielsweise einer mit einer Hysterese versehenen Nicht-Und-Schaltung - realisiert werden. Ein derartiger Oszillator erzeugt eine Rechteckwechselspannung, die möglicherweise störende Oberwellen enthält und daher über einen Tiefpaß 18, 19 geleitet wird.To generate the control signal for the flip-flop 15 , an oscillator 16 is provided, the output voltage of which is short-circuited by actuating the button 10 or can be supplied to the clock input C of the flip-flop 15 via a rectifier circuit 17 . The oscillator 16 can be implemented in a simple manner by suitable feedback of a logic circuit - for example a non-AND circuit provided with a hysteresis. Such an oscillator generates a square-wave alternating voltage which may contain disturbing harmonics and is therefore passed through a low-pass filter 18 , 19 .

Die an der Primärwicklung 20 eines Trenntransformators 21 anliegende Wechselspannung erzeugt eine entsprechende Wechselspannung in der Sekundärwicklung 22, die zu den Anschlüssen 8, 9 über eine Schaltung 23 zur Spannungsverdopplung und über einen Widerstand 24 geleitet wird. Die Spannungsverdopplung bewirkt eine Beaufschlagung des Bedienelementes mit einer Gleichspannung, so daß anstelle von mechanischen Kontakten auch Halbleiterschalter verwendet werden können. Der Widerstand 24 wirkt zusammen mit einem Kondensator 25 als Filter für eventuell in die Zuleitungen zum Taster 10 einstreuende Störsignale.The AC voltage applied to the primary winding 20 of an isolating transformer 21 generates a corresponding AC voltage in the secondary winding 22 , which is conducted to the connections 8 , 9 via a circuit 23 for voltage doubling and via a resistor 24 . The doubling of voltage causes a direct voltage to be applied to the control element, so that semiconductor switches can also be used instead of mechanical contacts. The resistor 24 acts together with a capacitor 25 as a filter for interfering signals which may be interfering with the leads to the button 10 .

Ein Kondensator 26 verbindet den Rücksetzeingang RES des Flip-Flops 15 mit der positiven Betriebsspannung. Dadurch wird erreicht, daß der Schaltzustand bei Stromausfall für eine gegebene Zeit gespeichert wird.A capacitor 26 connects the reset input RES of the flip-flop 15 to the positive operating voltage. This ensures that the switching state is saved for a given time in the event of a power failure.

Solange der Taster 10 geöffnet ist, stellt die Primärwicklung 20 des Trenntransformators 21 nur eine geringe Belastung dar, so daß die Ausgangsspannung des Tiefpasses 18, 19 zur Gleichrichter-Schaltung 17 geleitet wird, die dann einen Pegel H an den Takteingang C des Flip-Flops 15 gibt. Durch Schließen der Kontakte des Tasters 10 wird jedoch die Wechselspannung kurzgeschlossen, so daß der Ausgangspegel der Gleichrichter-Schaltung 17 auf L springt. Dadurch wird das Flip-Flop 15 in den jeweils anderen Zustand gesteuert.As long as the button 10 is open, the primary winding 20 of the isolating transformer 21 represents only a slight load, so that the output voltage of the low pass 18 , 19 is passed to the rectifier circuit 17 , which then has a level H to the clock input C of the flip-flop 15 there. By closing the contacts of the button 10 , however, the AC voltage is short-circuited, so that the output level of the rectifier circuit 17 jumps to L. As a result, the flip-flop 15 is controlled in the other state.

Claims

1.Relay circuit for switching consumers with a control element which is electrically isolated from the circuit of the consumer, in particular for nurse call systems, characterized in that a controllable switch ( 11 ) arranged in the circuit of the consumer can be controlled by a control circuit ( 14 to 19 ) without electrical isolation and that from the control circuit ( 14 to 19 ) an AC voltage of a primary winding ( 20 ) of an isolating transformer ( 21 ) can be supplied, to the secondary winding ( 22 ) of which the control element ( 10 ) can be connected, a change in the impedance of the control element ( 10 ) Switching signal for the control circuit ( 14 to 19 ) is generated.

2. Relay circuit according to claim 1, characterized in that the control circuit is formed by an oscillator ( 16 ), a rectifier circuit ( 17 ) with a capacitor and a bistable circuit ( 15 ), the supply line of the output voltage of the oscillator ( 16 ) for the rectifier circuit ( 17 ) depends on the impedance of the control element ( 10 ).

3. Relay circuit according to one of the preceding claims, characterized in that the primary winding ( 20 ) of the isolating transformer ( 21 ) between the output of the oscillator ( 16 ) and the rectifier circuit ( 17 ) is arranged such that when the control element is actuated ( 10 ) the output voltage of the oscillator ( 16 ) is short-circuited and the bistable circuit ( 15 ) is triggered by the resulting pulse.

4. Relay circuit according to claim 3, characterized in that a further rectifier circuit ( 23 ) is provided between the secondary winding ( 22 ) of the isolating transformer ( 21 ) and the control element ( 10 ).

5. Relay circuit according to claim 4, characterized in that a low-pass filter ( 24 , 25 ) is arranged between the control element ( 10 ) and the further rectifier circuit ( 23 ).

6. Relay circuit according to one of the preceding claims, characterized in that the switching state of the bistable circuit ( 15 ) with the aid of a capacitor ( 26 ) can be stored for a given time in the event of a power failure.