DE69732342T2

DE69732342T2 - Statischer Schalter

Info

Publication number: DE69732342T2
Application number: DE69732342T
Authority: DE
Inventors: Alain Tranchand
Original assignee: Somfy SA
Current assignee: Somfy SA
Priority date: 1997-01-08
Filing date: 1997-12-10
Publication date: 2005-12-22
Anticipated expiration: 2017-12-11
Also published as: ATE288144T1; EP0853363B1; JPH10257664A; EP0853363A1; ES2118699T1; FR2758217B1; US5847915A; JP3833805B2; FR2758217A1; DE69732342D1; ES2118699T3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen statischen Trennschalter für eine Schaltung zur Versorgung einer Last mit Gleichstrom zum Abschalten im Falle eines Überlaststroms, bestehend aus einem Zweipol, der dazu bestimmt ist, in die Leistungsschaltung der Last eingefügt zu werden, wobei dieser Zweipol aus diskreten Bauteilen zusammengesetzt ist und Mittel zur Ermittlung eines nicht vorübergehenden Überlaststroms; Mittel zum Filtern und Abspeichern der Speisespannung, die zur Beseitigung der Wirkungen eines vorübergehenden Überlaststroms beim Anlegen einer Spannung an die Last und zum Speichern des Anliegens der Speisespannung vorgesehen sind; sowie Mittel zum Trennen der Versorgungsspannung von der Last aufweist, die von den Mitteln zur Bestimmung eines Überlaststroms gesteuert werden.
Ein derartiger Trennschalter ist aus der Patentschrift Nr. US-3'851'218 bekannt. Er besitzt in Bezug auf Trennschalter, welche aus einem Vierpol bestehen, den Vorteil, dass er sich anstelle einer üblichen Sicherung einsetzen lässt. Bei diesem statischen Trennschalter bestehen die Mittel zum Filtrieren und Speichern der Speisespannung, welche dazu bestimmt sind, die Auswirkung eines vorübergehenden Überlaststroms beim Anlegen der Spannung an die Last zu beseitigen, insbesondere beim Anlaufen eines Motors, üblicherweise aus einem Kondensator, der in Reihe mit einem Widerstand geschaltet ist. Es ist jedoch keine Massnahme vorgesehen, um den Kondensator bei einer Unterbrechung der Speisung des Motors und des Trennschalters schnell zu entladen, und demgemäss ist die Erholungszeit des statischen Trennschalters relativ lang, da sich der Kondensator über einen Widerstand entladen muss, dessen Wert sehr hoch ist.
Um diesen Nachteil zu beseitigen, ist der erfindungsgemässe Trennschalter dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile des Zweipols zusätzlich Mittel zur Ermittlung eines Ausbleibens der Speisespannung sowie Mittel zum Löschen der Speichermittel aufweisen.
Die Mittel zum Speichern der Speisespannung sind im allgemeinen durch einen Kondensator verwirklicht; dabei bestehen die Mittel zum Löschen dieser Speichermittel aus Mitteln zum Beseitigen der elektrischen Ladung des Kondensators.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besitzen mehrere Bauteile ausserdem mehr als eine Funktion, wodurch die Anzahl der Bauteile in der Schaltung vermindert werden kann.
Diese Ausführungsform soll nun im Folgenden näher erläutert werden, und es wird Bezug auf die Zeichnung genommen, worin darstellen:
1 das Schaltschema des statischen Trennschalters;
2 ein Blockdiagramm mit den verschiedenen Funktionen, die die Schaltung gemäss 1 ausführt;
3 durch dicke Striche hervorgehoben: diejenigen Bauteile der Schaltung, die die Aufgabe der Ermittlung eines Überstroms ausführen;
4 dick gezeichnet: diejenigen Bauteile der Schaltung, deren Aufgabe es ist, die Speisespannung zu filtern und zu speichern;
5 mit dicken Strichen gezeichnet: diejenigen Bauteile der Schaltung, die die Aufgabe haben, die Speisespannung der Last zu unterbrechen, d. h. einen Schalter bilden;
6 dick gezeichnet: diejenigen Bauteile der Schaltung, die die Aufgabe haben, ein Ausbleiben der Speisespannung zu ermitteln, und
7 dick gezeichnet: diejenigen Bauteile der Schaltung, welchen die Funktion zugewiesen ist, den Speicher zu leeren bzw. die elektrische Ladung abzuleiten.
Die dargestellte Schaltung weist zwischen den Anschlüssen des Dipols einen Widerstand R3, einen Kondensator C in Reihe mit einem Widerstand R1, eine integrierte Schaltung CI in Reihe mit einer Diode D und einen Widerstand R6 auf, weiterhin einen Transistor T1 vom Typ PNP in Reihe mit einem Widerstand R7, einen Transistor T4 vom Typ NPN in Reihe mit zwei Widerständen R8 und R9 und einen Transistor T3 vom Typ PNP in Reihe mit einem Widerstand R2. Parallel zum Kondensator C liegt eine Zenerdiode Z, die in Gegenspannung polarisiert ist. Die Schaltung weist weiterhin einen vierten Transistor T6 vom Typ NPN auf, dessen Basis am gemeinsamen Anschluss der Diode D und des Widerstandes R6 geschaltet ist, dessen Emitter am gemeinsamen Anschluss des Kondensators C und des Widerstandes R1 liegt, und dessen Kollektor mit dem gemeinsamen Anschluss der Widerstände R8 und R9 verbunden ist, wobei dieser gemeinsame Anschluss weiterhin an der Basis des Transistors T3 liegt, und einen Widerstand R4, über den die Basis des Transistors T1 am Ausgang S der integrierten Schaltung CI liegt. Die Basis des Transistors T4 ist mit dem Kollektor des Transistors T1 verbunden.
Die Zenerdiode spielt die Rolle, die Spannung an den Anschlüssen des Kondensators C zu begrenzen.
Die Schaltung CI ist eine Schwellenwertschaltung. Wenn eine Spannung an den Anschlüssen E (Eingang) und M (Masse) anliegt, die grösser ist die innere Schwelle der Schaltung, geht ihr Ausgang S von der Spannung Null auf eine positive Spannung.
Die Diode D verhindert eine Zerstörung des Überganges Basis-Emitter des Transistors T6.
Die in 1 gezeigte Schaltung erfüllt die Aufgaben, die durch die Kästen in 2 angegeben sind. Diese Funktionen sind die folgenden:

– Filtern und Speichern des Wertes der + Spannung (Speisespannung),
– Ermittlung eines Überlaststroms,
– Ermittlung eines Verschwindens der + Spannung,
– Löschen des gespeicherten Spannungswertes der + Spannung (Ableitung der Ladung),
– Schalter, mit I bezeichnet.

Mehrere Bauteile der Schaltung nehmen an mehreren Aufgaben teil. Beispielsweise haben die Teile R1, C und T3 drei Aufgaben und R2, R6 und T6 haben an zwei Funktionen einen Anteil.
Die Funktion der Ermittlung eines Überlaststromes ist in 3 gezeigt. Der Motorstrom geht durch R2 und erzeugt dort einen Potentialunterschied, der sich an den Fühleranschlüssen der Schaltung CI wiederfindet. Das Auftreten einer Spannung am Ausgang S der integrierten Schaltung CI bedeutet, dass an R2 ein zu grosser Spannungsabfall anliegt, d. h. dass ein Überlaststrom vorliegt.
Im Verlaufe dieses Spannungs-Auftretens steigt die Spannung an den Anschlüssen des Kondensators C bis zum Wert der Zenerspannung der Zenerdiode Z an, wodurch die Ermittlung der Anwesenheit dieser Spannung bestätigt wird.
Die Funktion des Filterns und des Speicherns der Spannung ist in der 4 wiedergegeben.
Wenn die Vorrichtung unter Spannung gesetzt wird, darf der Anlaufstrom des Motors nicht als eine Überlast betrachtet werden, welche es zu unterbrechen gilt. Diese Funktion wird durch den Kondensator C erfüllt, der sich ausreichend langsam über den Widerstand R1 auflädt, damit die Schaltung CI keine Spannung ermitteln kann, die ihre Auslöseschwelle überschreitet.
Wenn der Kondensator C einmal aufgeladen ist, speichert er die Anwesenheit der Speisespannung (+).
5 veranschaulicht nun die Unterbrechungsfunktion der Schaltung. Wenn am Ausgang S der integrierten Schaltung CI eine Spannung anliegt, führt diese zur Sperrung der Transistoren T1 und T4 und des Leistungstransistors T3. Der Motorstrom geht praktisch auf Null zurück. Es fliesst nur noch ein Reststrom über den Widerstand R3.
Die Funktion der Ermittlung eines Ausbleibens der Speisespannung (+) ist in 6 dargestellt.
Wenn die Speisespannung unterbrochen wird, insbesondere aufgrund einer Anweisung, den Motor anzuhalten, und demgemäss die + Spannung der Vorrichtung verschwindet, entlädt sich der Kondensator C über die Widerstände R1, R3 und R6 und den Übergang Basis-Emitter des Transistors T6. Die Tatsache, dass dieser Transistor leitend wird, kennzeichnet die Ermittlung des Verschwindens der Spannung.
In 7 ist das Löschen der gespeicherten Werte bzw. das Entladen der elektrischen Ladung wiedergegeben.
Wenn die Speisespannung unterbrochen wird, liefert die Ladung des Kondensators C einen Strom, der von einem Leistungsstromkreis geschlossen wird, welcher aus den Transistoren T3 und T6 besteht. Der Widerstand R3, der zum Starten der Ermittlung einer Abwesenheit von Spannung gedient hat, wird kurzgeschlossen, und die Leitung des Transistors T6 wird über die Widerstände R2 und R6 viel länger aufrecht erhalten.
Diese Schaltung ist durch einen nur geringen Spannungsabfall gekennzeichnet, welches eine Eigenschaft ist, die bei einem Anschluss in Reihenschaltung absolut erforderlich ist, und weiterhin durch eine hohe Genauigkeit der Abschaltung, eine schwache Temperaturabhängigkeit, eine sehr kurze Bereitschaftsverzögerung und einen geringen Leckstrom nach der Abschaltung.
Ausserdem ist die Schaltung durch einen besonders geringen Preis im Vergleich zu ihren Leistungen gekennzeichnet.

Claims

Statischer Trennschalter für eine Schaltung zur Versorgung einer Last (MO) mit Gleichstrom im Falle eines Überlaststroms, bestehend aus einem Zweipol (SS), der dazu bestimmt ist, in die Leistungsschaltung der Last eingefügt zu werden, wobei dieser Zweipol aus diskreten Bauteilen zusammengesetzt ist und Mittel (R1, R2, T3, CI) zur Ermittlung eines nicht vorübergehenden Überlaststroms; Mittel (C, R1) zum Filtern und Abspeichern der Speisespannung, die zur Beseitigung der Wirkungen eines vorübergehenden Überlaststroms beim Anlegen einer Spannung an die Last und zum Speichern des Anliegens der Speisespannung vorgesehen sind; sowie Mittel (T3, R2, R8, R9, T4, T1, R7, R4) zum Trennen der Versorgungsspannung von der Last aufweist, die von den Mitteln zur Ermittlung eines Überlaststroms gesteuert werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile des Zweipols zusätzlich Mittel (C, R1, R3, R6, T6) zur Ermittlung des Ausbleibens der Speisespannung sowie Mittel (R2, R6, T3, T6) zum Löschen der Speichermittel bilden.
Statischer Trennschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Bauteile des Zweipols (C, R1, R2, R6, T3, T6) an mehr als einer Funktion des Zweipols beteiligt sind.
Statischer Trennschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Filtern und Speichern der Speisespannung im wesentlichen von einem Kondensator (C) gebildet werden, und dass die Mittel zum Löschen des Speichers aus einem gesteuerten Kurzschluss (R2, R6, T3, T6) dieses Kondensators bestehen.
Statischer Trennschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zweipol zwischen dem positiven Anschluss der Speisespannung und dem Motor angeordnet ist, und dass der Zweipol zwischen seinen Anschlüssen einen ersten Widerstand (R3), einen in Reihe mit einem zweiten Widerstand (R1) geschalteten Kondensator (C) und eine Zenerdiode (Z) parallel zum Kondensator aufweist, um die Spannung an den Anschlüssen des Kondensators zu begrenzen; weiterhin eine integrierte Schaltung (CI), welche eine Schwellenwert-Schaltung bildet, in Reihe mit einer Diode (D) und einem dritten Widerstand (R6), wobei der Verbindungspunkt der integrierten Schaltung und der Diode am Verbindungspunkt des Kondensators mit dem zweiten Widerstand liegt; einen ersten Transistor (T1) in Reihe mit einem vierten Widerstand (R7), wobei die Basis des Transistors über einen fünften Widerstand (R4) mit dem Ausgang (S) der integrierten Schaltung verbunden ist; einen sechsten (R8) und einen siebten (R9) Widerstand in Reihe mit einem zweiten Transistor (T4), dessen Basis am Verbindungspunkt des ersten Transistors (T1) mit dem vierten Widerstand (R7) liegt; und einen dritten Transistor (T3) in Reihe mit einem achten Widerstand (R2), wobei die Basis des Transistors am Kollektor eines vierten Transistors (T6) liegt, sein Emitter am Verbindungspunkt des Kondensators (C) mit dem zweiten Widerstand (R1) angeschlossen ist und seine Basis mit dem Verbindungspunkt der Diode (D) mit dem dritten Widerstand (R6) verbunden ist, wobei – die Mittel zur Ermittlung eines Überlaststroms aus dem zweiten (R1) und dem achten (R2) Widerstand, der integrierten Schaltung (CI) und dem dritten Transistor bestehen, – die Mittel zum Filtern und Speichern der Speisespannung aus dem Kondensator (C) und dem zweiten Widerstand (R1) bestehen, – die Mittel zum Trennen von der Speisung der Last aus dem vierten, fünften, sechsten, siebten und achten Widerstand (R7, R4, R8, R9, R2) und dem ersten, zweiten und dritten Transistor (T1, T4, T3) bestehen, – die Mittel zur Bestimmung des Fehlens der Speisespannung aus dem ersten, zweiten und dritten Widerstand (R3, R1, R6), dem Kondensator (C) und dem vierten Transistor (T6) bestehen, und – die Mittel zum Löschen des Speichers aus dem Kondensator (C), dem dritten und vierten Transistor (T3, T6) und dem dritten und achten Widerstand (R6, R2) bestehen.