EP0829123B1 - Freilaufkreis mit einstellbarer aus-verzugszeit - Google Patents

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EP0829123B1
EP0829123B1 EP96919570A EP96919570A EP0829123B1 EP 0829123 B1 EP0829123 B1 EP 0829123B1 EP 96919570 A EP96919570 A EP 96919570A EP 96919570 A EP96919570 A EP 96919570A EP 0829123 B1 EP0829123 B1 EP 0829123B1
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switching transistor
parallel
coil
diode
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Siemens AG
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Definitions

  • a generic freewheeling circuit is from DE 33 17 942 C2 known.
  • the mechanical switching devices are worn out DC-fed ohmic inductive loads in series.
  • the electronic switch is through one of the load voltage charged capacitive memory controllable.
  • the electronic switch is a voltage-dependent resistor in parallel and the parallel connection is in turn parallel to the load.
  • the circuit arrangement acts like a load freewheeling diode connected in parallel. As long as a control supply voltage source is connected to the load, the capacitive memory charged and the electronic switch controlled.
  • the capacitive storage discharges what a transition of the electronic switch to the locked state causes.
  • the due to the stored magnetic Energy continues to flow through the ohmic inductive load Electricity is switched from the electronic switch to the voltage-dependent resistance commutates, and thus the residual energy stored in the inductor finally quickly dismantled.
  • Such ohmic inductive loads are e.g. Contactor coils, by a control supply voltage source with direct current be supplied.
  • a control supply voltage source with direct current be supplied.
  • the protection and the included Contactor coil used result in the fall of the Protection of waste periods of e.g. 100 to 300 msec, what in view to the requirements is still relatively slow. It there is often the goal of shorter or defined waste periods for the shooter to reach.
  • G 94 09 760.7 there is a circuit arrangement for control protection. Parallel to the contactor coil is a freewheeling branch, the one switching transistor and one contains freewheeling diode in series. A freewheel control controls the switching transistor depending on the Voltage form of the control voltage.
  • a device for controlling an electromagnetic Known consumer includes a series connection of the electromagnetic Consumer and a first switching means, a freewheeling circuit for the electromagnetic consumer who wants a second Includes switching means and control means for actuation the switching means.
  • the invention has for its object a freewheeling circuit to create the above type, with which the magnetic Energy of a coil, generally a parallel one ohmic inductive load, after switching it off from a control supply voltage within a short or defined Can reduce duration.
  • a freewheeling circuit to create the above type, with which the magnetic Energy of a coil, generally a parallel one ohmic inductive load, after switching it off from a control supply voltage within a short or defined Can reduce duration.
  • the use of such a freewheeling circuit in the case of shooters, a short or defined fall duration of the Enable shooters. According to the invention, this is done with the features solved according to claim 1.
  • the advantage of this freewheeling circuit is its self-directed effect. she stems from the fact that when switch-off overvoltages occur the coil of the freewheeling transistor, i.e. the first switching transistor is safely blocked and thus the flow of electricity to the voltage-dependent resistance is commutated.
  • the drawing shows a parallel to a coil 1 Free wheel.
  • This parallel connection is due to one Control supply voltage source 8 with a positive pole 13 and one Negative pole 14.
  • the freewheeling circuit includes one directly to Coil 1 in parallel series connection from a first Diode 2 and a first switching transistor 4, which is a voltage-dependent Resistor 3 is connected in parallel.
  • the drain terminal D of the switching transistor 4 at the negative pole 14 its source terminal S is with the anode of the first Diode 2 connected, which in turn with its cathode connection the positive pole 13 is switched on.
  • the positive pole 13 is over a third diode 15 and a third in series ohmic resistor 16 to the gate terminal G of the first Switching transistor 4 connected.
  • One from a first ohmic resistor 7 and a capacitor 6 existing parallel circuit 5 lies between the Source terminal S and the gate terminal G of the first switching transistor 4.
  • the parallel connection 5 is a first Zener diode 17 and a second switching transistor 9 in parallel, the one with its emitter at the source connection S and with its Collector at gate terminal G of first switching transistor 4 is present.
  • the base of the second switching transistor 9 is over a series connection of a second ohmic resistor 10, a second Zener diode 11 and a second diode 12 the negative pole 14 switched, on which the anode connection of the second diode 12 and the two cathode connections the second diode 12 and the second zener diode 11 are interconnected.
  • the coil 1 is e.g. a contactor coil that has an electronic Control 18, as shown, can be connected in series can.
  • the control supply voltage source 8 is a DC voltage source, with which the coil 1, generally an ohmic inductive Load, is supplied.
  • the diode 15 and the ohmic resistor 16 the parallel connection in series from the first Zener diode 17, the first ohmic resistor 7 and the capacitor 6 with a control voltage.
  • the first switching transistor 4 in the conductive state that is maintained as long as how the control supply voltage source 8 is connected.
  • the control supply voltage source 8 builds up Drive voltage from the first switching transistor 4 after the parallel connection 5 predetermined time constant only slowly until it reaches a value at which the first Switching transistor 4 blocks.
  • the second switching transistor 9 makes the area a safe one Disable the first operating as a free-wheeling transistor Switching transistor 4 guaranteed.
  • the diode circuit of the second switching transistor 9, consisting from the second ohmic resistor 10, the second Zener diode 11 and the second diode 12 are used for Occurrence of overvoltages on the first switching transistor 4, which arise when the first switching transistor 4 in linear range operates, the second switching transistor 9 to steer safely and thus the gate-source route of the short circuit the first switching transistor 4 and this to lock.
  • the voltage-dependent resistor 3 serves to protect the Drain-source path of the first switching transistor 4. It builds that arise when the control supply voltage source 8 is switched off Shutdown overvoltages on coil 1 and protects the first switching transistor 4 before destruction.
  • the protection's switch-off delay time can be set arbitrarily. This only applies to the maximum Switch-off delay period in which protection without wiring would fall off.
  • the first switching transistor 4th and the voltage-dependent resistor 3 is the circuit adaptable to various electromagnetic drives.
  • the freewheeling circuit can also be used for an electronically clocked Coil control 18 can be used.

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Abstract

Die in einer Spule (1) gespeicherte magnetische Restenergie soll durch einen parallel geschalteten Freilaufkreis innerhalb kurzer bzw. definierter Dauer abgebaut werden. Der Freilaufkreis umfaßt eine zur Spule (1) parallel liegende Reihenschaltung aus einer ersten Diode (2) und einem ersten Schalttransistor (4), dem ein spannungsabhängiger Widerstand (3) parallel geschaltet ist. Die Ansteuerung des ersten Schalttransistors (4) erfolgt über eine Parallelschaltung aus einem Kondensator (6) und einem ersten ohmschen Widerstand (7), denen ein zweiter Schalttransistor (9) parallel geschaltet ist. Bei Auftreten einer Abschaltüberspannung an der Spule (1) wird der zweite Schalttransistor (9) durchgesteuert und dadurch der erste Schalttransistor (4) sicher gesperrt, so daß in Folge die Restenergie über den spannungsabhängigen Widerstand (3) abgebaut wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Freilaufkreis mit vorgebbarer AUS-Verzugsdauer für eine Spule, mit folgenden Merkmalen:
  • a) der Freilaufkreis umfaßt eine parallel zur Spule liegende Reihenschaltung aus einer ersten Diode und einem spannungsabhängigen Widerstand,
  • b) dem spannungsabhängigen Widerstand ist ein erster Schalttransistor parallelgeschaltet,
  • c) zur Ansteuerung des ersten Schalttransistors liegt eine Parallelschaltung aus einem Kondensator und einem ersten ohmschen Widerstand an dessen Steuereingang,
  • d) die Parallelschaltung liegt gleichzeitig an einer Steuerspeisespannungsquelle.
    • Ein gattungsgemäßer Freilaufkreis ist aus der DE 33 17 942 C2 bekannt. Hier ist eine Schaltungsanordnung zum Schutz von mechanischen Schaltgeräten durch einen elektronischen Schalter offenbart. Die mechanischen Schaltgeräte liegen mit durch Gleichstrom gespeisten ohmschen induktiven Lasten in Reihe. Der elektronische Schalter ist durch einen aus der Lastspannung geladenen kapazitiven Speicher steuerbar. Dabei liegt der elektronische Schalter parallel zur Last und wird beim Ausschalten des Schaltgerats leitfähig. Dem elektronischen Schalter liegt ein spannungsabhängiger Widerstand parallel und die Parallelschaltung liegt wiederum zur Last parallel. Die Schaltungsanordnung wirkt ähnlich wie eine zur Last parallel geschaltete Freilaufdiode. Solange eine Steuerspeisespannungsquelle an die Last angeschaltet ist, wird der kapazitive Speicher aufgeladen und der elektronische Schalter durchgesteuert. Sobald die Steuerspannungsquelle von der Last abgetrennt wird, entlädt sich der kapazitive Speicher, was einen Übergang des elektronischen Schalters in den Sperrzustand bewirkt. Der aufgrund der gespeicherten magnetischen Energie weiterhin durch die ohmsche induktive Last hindurchfließende Strom wird von dem elektronischen Schalter auf den spannungsabhängigen Widerstand kommutiert, und damit wird die in der Induktivität gespeicherte Restenergie endgültig schnell abgebaut.
    Derartige ohmsche induktive Lasten sind z.B. Schützspulen, die durch eine Steuerspeisespannungsquelle mit Gleichstrom versorgt werden. Je nach Größe des Schutzes und der dabei verwendeten Schützspule ergeben sich für das Abfallen des Schutzes Abfalldauern von z.B. 100 bis 300 msek, was im Hinblick auf die Erfordernisse noch relativ langsam ist. Es besteht vielfach das Ziel, kürzere bzw. definierte Abfalldauern für die Schütze zu erreichen.
    In der G 94 09 760.7 ist eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung eines Schutzes offenbart. Parallel zur Schützspule liegt ein Freilaufzweig, der einen Schalttransistor und eine dazu in Reihe liegende Freilaufdiode enthält. Eine Freilaufsteuerung steuert den Schalttransistor, abhängig von der Spannungsform der Steuerspannung.
    Weiterhin ist eine Vorrichtung zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Verbrauchers bekannt (siehe DE 43 21 127 A1). Diese umfaßt eine Serienschaltung des elektromagnetischen Verbrauchers und eines ersten Schaltmittels, einen Freilaufkreis für den elektromagnetischen Verbraucher, der ein zweites Schaltmittel umfaßt sowie Ansteuermittel für die Betätigung der Schaltmittel.
    Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Freilaufkreis der obengenannten Art zu schaffen, mit dem man die magnetische Energie einer Spule, allgemein einer parallel geschalteten ohmschen induktiven Last, nach deren Abschaltung von einer Steuerspeisespannung innerhalb kurzer bzw. definierter Dauer abbauen kann. Der Einsatz eines solchen Freilaufkreises bei Schützen soll eine kurze bzw. definierte Abfalldauer der Schütze ermöglichen. Erfindungsgemäß wird dies mit den Merkmalen nach Patentanspruch 1 gelöst. Der Vorteil dieses Freilaufkreises besteht in seiner selbstgesteuerten Wirkung. Sie rührt daher, daß bei Auftreten von Abschaltüberspannungen an der Spule der Freilauftransistor, d.h. der erste Schalttransistor sicher gesperrt wird und damit der Stromfluß auf den spannungsabhängigen Widerstand kommutiert wird.
    Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung gibt Anspruch 2 wieder.
    Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
    Die Zeichnung zeigt einen zu einer Spule 1 parallel geschalteten Freilaufkreis. Diese Parallelschaltung liegt an einer Steuerspeisespannungsquelle 8 mit einem Pluspol 13 und einem Minuspol 14. Der Freilaufkreis umfaßt eine unmittelbar zur Spule 1 parallel liegende Reihenschaltung aus einer ersten Diode 2 und einem ersten Schalttransistor 4, dem ein spannungsabhängiger Widerstand 3 parallel geschaltet ist. Dabei liegt der Drain-Anschluß D des Schalttransistors 4 am Minuspol 14, sein Source-Anschluß S ist mit der Anode der ersten Diode 2 verbunden, die wiederum mit ihrem Kathodenanschluß an den Pluspol 13 angeschaltet ist. Der Pluspol 13 ist über eine dritte Diode 15 und einen dazu in Reihe liegenden dritten ohmschen Widerstand 16 mit dem Gate-Anschluß G des ersten Schalttransistors 4 verbunden.
    Eine aus einem ersten ohmschen Widerstand 7 und einem Kondensator 6 bestehende Parallelschaltung 5 liegt zwischen dem Source-Anschluß S und dem Gate-Anschluß G des ersten Schalttransistors 4. Der Parallelschaltung 5 liegt eine erste Zenerdiode 17 und ein zweiter Schalttransistor 9 parallel, der mit seinem Emitter am Source-Anschluß S und mit seinem Kollektor am Gate-Anschluß G des ersten Schalttransistors 4 anliegt. Die Basis des zweiten Schalttransistors 9 ist über eine Reihenschaltung aus einem zweiten ohmschen Widerstand 10, einer zweiten Zenerdiode 11 und einer zweiten Diode 12 an den Minuspol 14 geschaltet, wobei an diesem der Anodenanschluß der zweiten Diode 12 anliegt und die beiden Kathodenanschlüsse der zweiten Diode 12 und der zweiten Zenerdiode 11 miteinander verbunden sind.
    Die Spule 1 ist z.B. eine Schützspule, der eine elektronische Ansteuerung 18, wie dargestellt, in Reihe geschaltet sein kann.
    Die Steuerspeisespannungsquelle 8 ist eine Gleichspannungsquelle, mit der die Spule 1, allgemein eine ohmsche induktive Last, versorgt wird. Zugleich wird über die Diode 15 und den ohmschen Widerstand 16 die in Reihe liegende Parallelschaltung aus der ersten Zenerdiode 17, dem ersten ohmschen Widerstand 7 und dem Kondensator 6 mit einer Steuerspannung beaufschlagt. Durch diese wird der erste Schalttransistor 4 in den leitenden Zustand geschaltet, der solange beibehalten wird, wie die Steuerspeisespannungsquelle 8 zugeschaltet ist. Bei Abschalten der Steuerspeisespannungsquelle 8 baut sich die Ansteuerspannung vom ersten Schalttransistor 4 nach der durch die Parallelschaltung 5 vorgegebenen Zeitkonstante nur langsam ab, bis sie einen Wert erreicht, bei dem der erste Schalttransistor 4 sperrt. Zur Vermeidung des labilen Schaltzustandes des ersten Schalttransistors 4 in seinem linearen Bereich wird durch den zweiten Schalttransistor 9 ein sicheres Sperren des als Freilauftransistor arbeitenden ersten Schalttransistors 4 gewährleistet.
    Die Diodenbeschaltung des zweiten Schalttransistors 9, bestehend aus dem zweiten ohmschen Widerstand 10, der zweiten Zenerdiode 11 und der zweiten Diode 12 dient dazu, beim Auftreten von Überspannungen an dem ersten Schalttransistor 4, welche entstehen, wenn der erste Schalttransistor 4 im linearen Bereich arbeitet, den zweiten Schalttransistor 9 sicher durchzusteuern und damit die Gate-Source-Strecke des ersten Schalttransistors 4 kurzzuschließen und diesen damit zu sperren.
    Der spannungsabhängige Widerstand 3 dient zum Schutz der Drain-Source-Strecke des ersten Schalttransistors 4. Er baut die bei Abschaltung der Steuerspeisespannungsquelle 8 entstehenden Abschaltüberspannungen an der Spule 1 ab und schützt den ersten Schalttransistor 4 vor Zerstörung.
    Durch Varianten des ersten ohmschen Widerstands 7 und des Kondensators 6 kann die in der Spule 1 gespeicherte Restenergie mehr oder weniger schnell abgebaut werden bzw. bei Anwendung für eine Schützspule die Ausschaltverzugszeit des Schutzes beliebig eingestellt werden. Dies gilt nur bis zur maximalen Ausschaltverzugsdauer, in der das Schutz ohne Beschaltung abfallen würde.
    Durch die Dimensionierung der ersten Diode 2, die auch als Freilaufdiode bezeichnet wird, des ersten Schalttransistors 4 und des spannungsabhängigen Widerstands 3 ist die Beschaltung an verschiedene elektromagnetische Antriebe anpaßbar.
    Der Freilaufkreis kann auch für eine elektronisch getaktete Spulenansteuerung 18 verwendet werden.
    Gegenüber bisher bekannten Schaltungsanordnungen ist der hier beschriebene Freilaufkreis wesentlich einfacher und mit weniger Bauelementen aufgebaut.
    Selbstverständlich läßt sich statt des beschriebenen ersten Schalttransistors 4 und des zweiten Schalttransistors 9 ein anderer Schalttransistortyp verwenden.

    Claims (2)

    1. Freilaufkreis mit vorgebbarer AUS-Verzugsdauer für eine Spule (1), mit folgenden Merkmalen:
      a) der Freilaufkreis umfaßt eine parallel zur Spule (1) liegende Reihenschaltung aus einer ersten Diode (2) und einem spannungsabhängigen Widerstand (3),
      b) dem spannungsabhängigen Widerstand (3) ist ein erster Schalttransistor (4) parallelgeschaltet,
      c) zur Ansteuerung des ersten Schalttransistors (4) liegt eine Parallelschaltung (5) aus einem Kondensator (6) und einem ersten ohmschen Widerstand (7) an dessen Steuereingang (6),
      d) die Parallelschaltung (5) liegt gleichzeitig an einer Steuerspeisespannungsquelle (8),
      dadurch gekennzeichnet, daß
      e) der Parallelschaltung (5) ein zweiter Schalttransistor (9) parallelgeschaltet ist, und daß
      f) bei Auftreten einer Abschaltüberspannung an der Spule (1) der zweite Schalttransistor (9) durchgesteuert und dadurch der erste Schalttransistor (4) gesperrt wird.
    2. Freilaufkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansteuerkreis des zweiten Schalttransistors (9) eine Reihenschaltung aus einem zweiten ohmschen Widerstand (10), einer Zenerdiode (11) und einer zweiten Diode (12) enthält, wobei die Zenerdiode (11) und die zweite Diode (12) entgegengesetzt gepolt geschaltet sind.
    EP96919570A 1995-05-30 1996-05-23 Freilaufkreis mit einstellbarer aus-verzugszeit Expired - Lifetime EP0829123B1 (de)

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    Publication Number Publication Date
    EP0829123A1 EP0829123A1 (de) 1998-03-18
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