DE9212266U1

DE9212266U1 - Schaltungsanordnung zum Steuern eines Relais

Info

Publication number: DE9212266U1
Application number: DE9212266U
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1991-10-24
Filing date: 1992-09-11
Publication date: 1993-03-04
Anticipated expiration: 2002-09-12

Description

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Schaltungsanordnung zum Steuern eines Relais 5

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Eine solche Schaltungsanordnung dient zum Steuern eines Relais, z.B. eines Relais in einem Steuergerät in einem Kraftfahrzeug. Als Beispiele seien Steuergeräte für ABS- und ASR-Anlagen, Motorsteuerungen, Getriebesteuerungen usw. genannt. Die Steuerungen enthalten in der Regel eine Vielzahl von elektronischen Bauelementen, integrierten Schaltungen und dergleichen, die während des Betriebes beachtliche Wärmemengen abgeben.

Bei der Auslegung einer Relaisspule spielen zwei Größen eine wesentliche Rolle: die Einsatztemperatur und der Betriebsspannungsbereich. Um bei einer hohen Umgebungstemperatur ein sicheres Anziehen des Relais garantieren zu können, muß der Mindest-Anzugstrom auch bei der maximalen Umgebungstemperatur eingehalten werden. Diese Forderung führt zu einem niedrigen Spulenwiderstand. Zum Halten des Relais-Kontaktes oder -Ankers wird ein Haltestrom benötigt, der in der Regel der Hälfte oder einem Drittel des Anzugsstromes entspricht. Ein hoher Dauerstrom führt aber zu einer konstanten hohen Verlustleistung im Relais, die wiederum die Umgebungstemperatur der in dem Steuergerät enthaltenen Halbleiterbaulemente zusätzlich erhöht.

In der Praxis sind bislang Relais mit niedrigem Spulenwiderstand eingesetzt worden, die für die Anzugszeit voll an die Betriebsspannung angeschaltet werden. Nach der Anzugszeit wird durch eine Pulsbreitenmodulation des Spulenstroms die Verlustleistung in der Spule verringert. Bei einer solchen Relaissteuerung werden aber durch die zusätzlich getakteten Stromim-

pulse Spannungsimpulse mit hoher Frequenz' erzeugt. Diese ergeben Störabstrahlungen, die bezüglich der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) Probleme verursachen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zum Steuern eines Relais zu schaffen, die auch bei erhöhter Umgebungstemperatur einen verlustarmen und störstrahlungsfreien Betrieb ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Vorteile der Erfindung liegen unter anderem darin, daß für das Relais eine Spule mit hohem Widerstand verwendet werden kann, die einen geringen Haltestrom benötigt und damit eine geringe Verlustleisung ergibt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Figur 1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung,

Figur 2 einen Schalter, der den Spulenstrom des Relais der

Schaltungsanordnung nach Figur 1 steuert, und Figur 3 eine Spannungserhöhungsschaltung der Schaltungsanordnung nach Figur 1.

Eine Schaltungsanordnung 1 (Figur 1) steuert über ein Relais 2 einen Relaiskontakt 3, der einen Laststromkreis schaltet. Von diesem Stromkreis sind nur eine Klemme 4, die mit einer Spannungsquelle, z.B. mit der Batterie verbunden ist, und eine Klemme 5, die mit der Last verbunden ist, dargestellt.

Der Spulenstromkreis des Relais 2 wird durch einen Schalter 6

gesteuert. Eine Diode 8 dient als Verpolschutz. Bei geschlossenem Schalter 6 fließt der Spulenstrom von einem Punkt mit der Batteriespannung Ug über die Diode 8, die Spule des Relais 2 und den Schalter 6 zur Masse. Der Schalter 6 wird von einer Steuereinrichtung 9 über eine Leitung d betätigt oder gesteuert. Die Steuereinrichtung 9 wird ihrerseits von einem Mikroprozessor 10 über eine Leitung b aktiviert.

Beim Einschalten des Relais, d.h. beim Durchschalten des Spulenstromkreises mit dem Schalter 6, aktiviert der Mikroprozessor 10 über eine Leitung a auch eine Spannungserhohungsschaltung 12, die über eine Leitung c eine erhöhte Spannung dem Spulenstromkreis zuführt. Die Diode 8 verhindert ein Abfließen der erhöhten Spannung zur Batterie. Die in der Schaltung 12 erzeugte erhöhte Speisespannung für die Spule ermöglicht es, eine Spule mit hohem Widerstand zu verwenden, dabei ist aber ein sicheres Anziehen des Relais gewährleistet.

Die Spannungserhohungsschaltung 12 wird über eine Leitung e mit der Batteriespannung U_ß versorgt. In einem Netzteil IA wird eine stabilisierte Spannung von z.B. 5 Volt erzeugt, die den Mikroprozessor speist. Die Ausgangssignale des Mikroprozessors 10 weisen entweder den logischen Pegel "0" mit 0 Volt oder den logischen Pegel "1" mit 5 Volt auf.

Die Spannungserhohungsschaltung kann auf zwei Arten aktiviert werden. Entweder sind die Leitungen a und b miteinander und damit mit einem einzigen Ausgangsport des Mikroprozessors 10 verbunden, wie in der Zeichnung durch eine gestrichelte Leitung g angedeutet ist. Dann wird bei jedem Einschaltvorgang des Relais 2 auch die Spannungserhohungsschaltung 12 aktiviert. Oder aber die Leitungen a und b sind - wie dargestellt - mit zwei Ausgangsports des Mikroprozessors 10 verbunden und der Relaiskontakt 3 wird von dem Mikroprozessor über eine gestrichelt dargestellte Leitung h und einen Analog/Digitalwandler 15 überwacht. Nur in dem Fall, daß das Relais 2 nicht anzieht und

damit keine Spannung an der ÜberwächungsTeitung h auftritt, wird die Spannungserhöhungsschaltung über die Leitung a aktiviert.

Der Schalter 6 ist als npn-Transistor 16 (Figur 2) realisiert. Zwei Widerstände Rl und R2 dienen der Anpassung der Basisspannung des Transistors 16 an die Spannungspegel des von dem Mikroprozessor 10 gelieferten Ausgangssignals. Eine Zenerdiode dient dem Schutz vor Störspannungsspitzen. Mit KL.15 (Klemme 15) wird üblicherweise die mit dem Zündschalter verbundene Klemme bezeichnet, an der die Batteriespannung anliegt.

Die Spannungserhöhungsschaltung 12 besteht im wesentlichen aus einem Kondensator Cl einem Widerstand R3 und einem pnp-Transistor 18 (Figur 3). Ein von dem Mikroprozessor 10 ausgegebenes Einschaltsignal gelangt über die Leitung a und einen weiteren Transistor 19 zu dem Transistor 18 und schaltet diesen durch. Dabei wird die negative Elektrode des Kondensators Cl auf die Versorgungsspannung von z.B. 15 Volt angehoben. Von dem positiven Pol des Kondensators Cl, der gegenüber dem negativen Pol ebenfalls eine Spannung von +15 Volt aufweist, wird das Relais über die Leitung c mit einer erhöhten Spannung gespeist. Diese erhöhte Spannung beträgt hier etwa das doppelte der Versorgungsspannung, so daß die Schaltung 12 als Spannungsverdopplerschaltung wirkt. Es fließt ein erhöhter Anzugsstrom, der ein einwandfreies Schalten des Relais gewährleistet.

Ein den Basisstrom für den Transistor 18 liefernder Schaltungsteil besteht aus dem Transistor 19 und Widerständen R4, R5, R6 und R7, die zur Spannungsanpassung und zur Entkopplung der Spannungspegel (0 bis 5 Volt) an dem Ausgang des Mikroprozessors 10, d.h. auf der Leitung a, von der erhöhten Versorgungsspannung an der Klemme 15 (üblicherweise 9 bis 16 Volt) dienen. Sobald an dem Widerstand R4 der "1"-Pegel von 5 Volt anliegt, wird die Spannungserhöhungsschaltung 12 wirksam geschaltet.

Claims

Ansprüche 5

1. Schaltungsanordnung zum Steuern eines Relais (2), insbesondere in einem Steuergerät für ein Kraftfahrzeug, die einen von einer Steuereinrichtung (9) betätigten Schalter (6) aufweist, durch den der Stromfluß durch die Relaisspule gesteuert wird, und die mit einer Spannungserhohungsschaltung (12) versehen ist, durch die die an der Relaisspule anliegende Spannung während des Einschaltvorgangs des Relais (2) erhöht wird, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Mikroprozessor (10) aufweist, durch den die Spannungserhohungsschaltung (12) zusammen mit dem das Relais (2) steuernden Schalter (6) aktiviert wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungserhohungsschaltung (12) als Spannungsverdopplerschaltung ausgebildet ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungserhohungsschaltung (12) aufgrund einer Überwachung des Relaiskontaktes aktiviert wird.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungserhohungsschaltung (12) einen in Reihe mit einem Widerstand (R3) liegenden Kondensator (Cl) aufweist, an dessen positiver Elektrode die positive Betriebsspannung liegt und dessen negative Elektrode durch einen Transistor mit der positiven Betriebsspannung (KL.15) verbunden wird.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (6) einen npn-Transistor (16) aufweist.