EP2891168A1 - Schaltungsanordnung zum ansteuern eines bistabilen relais - Google Patents

Schaltungsanordnung zum ansteuern eines bistabilen relais

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EP2891168A1
EP2891168A1 EP13753170.3A EP13753170A EP2891168A1 EP 2891168 A1 EP2891168 A1 EP 2891168A1 EP 13753170 A EP13753170 A EP 13753170A EP 2891168 A1 EP2891168 A1 EP 2891168A1
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EP
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voltage
circuit arrangement
relay
series
output
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EP13753170.3A
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English (en)
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EP2891168B1 (de
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Matthias Lück
Gerd Wollenhaupt
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SMA Solar Technology AG
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SMA Solar Technology AG
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Publication date
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    • H01H47/22—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current for supplying energising current for relay coil
    • H01H47/32—Energising current supplied by semiconductor device

Definitions

  • a relay is generally understood to mean an electromagnetically operated switching device, that is to say a low-power relay as well as a DC or AC contactor designed for higher powers.
  • the bistable relay For a bistable relay to assume a defined switching state when the supply voltage fails, the bistable relay is often arranged in the series connection with a capacitor. When the supply voltage is removed, the energy stored in the capacitor can be used to bring the relay into a defined switching state, usually in the switched-off state.
  • capacitor usually an electrolytic capacitor is used.
  • the above-mentioned circuit arrangement can be suitable for such a bistable relay, in which the switching on or off of the relay via power surges of different polarity by a single coil of the relay, hereinafter called Re- laisspule, takes place or for a bistable relay, in which in each case a separate relay coil for the on or off is present.
  • Re- laisspule a single coil of the relay
  • a bistable relay in which in each case a separate relay coil for the on or off is present.
  • To operate the relay it is necessary in each case to apply a minimum voltage to the relay coil for a minimum period of time. Due to the Aufladeg. Discharge of the switched in series with the bistable relay capacitor adjusts itself about the relay coil during the switching process in an approximately exponentially increasing or decreasing voltage drop.
  • a capacitor with a relatively large capacity must be selected, or the supply voltage can be selected so high that even after the predetermined switching time Voltage at the relay coil is still high enough.
  • a capacitor with a larger capacity is not desirable because of space and cost reasons.
  • An increase in the supply voltage is disadvantageous, because then under certain circumstances, at least at the beginning of charging or discharging the capacitor is applied to a high voltage to the relay coil, which can reduce the life of the relay.
  • At least one voltage regulator is provided, which regulates the voltage applied to the relay coil of the bistable relay voltage so that it does not exceed a predetermined voltage.
  • the voltage applied to the relay coil voltage is controlled so that it does not exceed a predetermined voltage, the voltage applied directly to the relay coil is limited. Due to the limitation of the voltage across the relay coil flows due to the given internal resistance of the relay coil according to a limited in its height current through the relay coil. Thus, the current flow through the capacitor is limited, since this is largely given by the current flowing through the relay coil current.
  • the time constant during the charging or discharging of the capacitor is also limited, whereby the duration of the current surge through the relay coil is extended compared to a circuit arrangement without the at least one voltage regulator. It is so limited by the relay coil for switching on or off the relay on the one in its voltage level, so that damage to the relay coil can be prevented, and on the other hand, the duration of the surge to actuate the relay at the same capacity of the capacitor extended.
  • the capacitance of the capacitor can be chosen smaller than in a circuit arrangement without the at least one voltage regulator.
  • the first and the second semiconductor switch can each be separate elements. Alternatively it is possible to implement the function of the first and / or second semiconductor switch by switching elements of the at least one voltage regulator.
  • a first and / or second voltage regulator are provided, each having an input, an output and a control connection, wherein at the voltage-controlled output relative to the control connection sets a voltage whose absolute value does not exceed a predetermined voltage, and wherein the input to the first and second semiconductor switches and the output and the control terminal are each connected to an output terminal for the relay coil.
  • the first or second voltage regulator in each case has a series transistor whose control input is connected in each case via a series circuit of a Zener diode and a diode to the control terminal and is connected in each case via a resistor to the input.
  • the diode and the Zener diode are connected antiserially to one another within their series connection.
  • the series transistors of the first and of the second voltage regulator are complementary to one another, in particular NPN or PNP bipolar transistors or n-channel or p-channel MOSFETs.
  • the embodiments mentioned represent uncomplicated and well suited implementations for the voltage regulators.
  • FIG. 1 is a schematic circuit diagram of a first embodiment of a circuit arrangement for driving a bistable relay
  • Fig. 2 is a schematic circuit diagram of the circuit arrangement of the first
  • connection 1 1 for a positive supply voltage of V +, a connection 12 (ground connection, GND ground) and a control input 13. Parallel to the connection 1 1 and the
  • the bistable relay is connected to its coil 1, hereafter referred to as relay coil 1, via a first output terminal 14 and a second output terminal 15 connected to the circuit arrangement.
  • the relay switches depending on a level at the control input 13 and depending on whether the terminal 1 1 for the supply voltage V + with respect to the ground terminal 12 is at least applied to a predetermined minimum voltage.
  • a discriminator 10 For monitoring the magnitude of the supply voltage V +, a discriminator 10 is provided which outputs a logic signal at an output. If the level of the supply voltage reaches or exceeds the minimum voltage, a signal with the logic level "1" is present at the output of the discriminator 10, otherwise a signal with the logic level "0".
  • the output of the discriminator 10 is connected to an input of a logic module 9, the control input 13 to a further input of this logic module 9.
  • the logic module 9 is designed as a NAND gate, so that at its output only a signal of logic "0" is applied , if both inputs are at logical "1".
  • the relay switches on (is set) if a signal of logic "0" is present at the output of the logic module 9. If a signal of logic "1” occurs at the output of the logic module 9, Turns off the bistable relay (will reset).
  • the relay is thus set when both a supply voltage V + of sufficient magnitude (greater than or equal to the minimum voltage) is present, and the control input 13 is supplied with a logic level of logic "1" In the other cases, so if the Supply voltage V + is below the minimum voltage and / or the control input 13 has a logic level of logic "0", the relay is reset.
  • a reverse switching logic can be realized. It can be provided that the logic signals assume levels in accordance with the TTL logic. Furthermore, voltage values of other common logic levels, such. B. LVTTL, CMOS 1, 8V, CMOS 2.5V or CMOS 5V to control the relay at the control input 13 possible.
  • the relay coil 1 is connected in series with a capacitor 2.
  • the capacitor 2 is arranged between the second output terminal 15 and the ground terminal 12.
  • the first output terminal 14 is connected via a first voltage regulator 100 and a first semiconductor switch 5 to the terminal 1 1 for the positive supply voltage V +.
  • the first semiconductor switch 5 is designed in this embodiment as a MOSFET (Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor) whose control input (gate terminal) via a resistor 6 is also connected to the terminal 1 1 for the positive supply voltage V +.
  • the gate terminal of the first semiconductor switch 5 via the switching path of another semiconductor switch 3, here also a MOSFET, connected to the output of the logic device 9.
  • the control terminal (gate terminal) of the further semiconductor switch 3 is held by a reference voltage source 4 at a predetermined potential relative to the ground potential GND.
  • the predetermined potential is chosen so that the semiconductor switch 3 blocks at a logic level of logic "1" at the output of the logic device 9 and conducts at a logic level of logic "0".
  • the first voltage regulator Between the first semiconductor switch 5 and the first output terminal 14 to which the relay coil 1 is connected, is the first voltage regulator This has an input 1 1 1, with which it is connected to the first semiconductor switch 5 and an output 1 12, with which it is connected via the first output terminal 14 to the relay coil 1. In addition, it has a control input 1 with which it is also connected to the relay coil 1 via the second output terminal 15.
  • the first voltage regulator 100 is designed as a series regulator, with a series transistor 101, which is arranged with its switching path between the input 1 1 1 and the output 1 12
  • the series transistor 101 is an NPN bipolar transistor.
  • the positive supply voltage potential V + is applied to the input 1 1 1 of the first voltage regulator 100. Accordingly, the series transistor 101 of the first voltage regulator 100 becomes conductive and the first output terminal 14 for the relay coil 1 with positive potential acted upon.
  • the function of the first semiconductor switch 5 can also be taken over by the voltage regulator 100, specifically by a semiconductor switch of the voltage regulator 100, in particular the series transistor 101. It is possible, for example, to connect the control input of the series transistor 101 to the output of the logic module 9 and to control it such that the series transistor 101 only becomes conductive and is used for regulation when the output of the transistor.
  • the control of the series transistor may optionally be effected via further switching elements, eg diodes and / or one or more low-power transistors, in order to combine the switching function with the control function
  • one of the current through the relay coil 1 leading transistors can be saved.
  • the first output terminal 14 for the relay coil 1 is further connected via a second voltage regulator 200 and a second semiconductor switch 7 with ground potential GND.
  • the second voltage regulator 200 likewise has a series transistor 201 whose switching path extends from an input 21 1 of the second voltage regulator 200 to an output 212 which is connected to the first output terminal 14 for the relay coil 1.
  • a control input 213 is connected to the second output terminal 15 for the relay coil 1.
  • the second voltage regulator 200 is constructed in mirror image symmetry with respect to the first voltage regulator 100 and is designed to regulate an output voltage 212 which is negative in relation to the control feed 213 in its height. Accordingly, a PNP transistor complementary to the series transistor 101 is used as the series transistor 201.
  • the second semiconductor switch 7 is a MOSFET whose control input (gate connection) is connected to the output of the logic module 9 of the circuit arrangement.
  • the voltage applied to the relay coil 1 is regulated by the first and second voltage regulators 100, 200 such that their absolute value does not exceed a predetermined voltage.
  • the second semiconductor switch 7 With a potential of logic "0" at the output of the logic module 9, the second semiconductor switch 7 is opened and, correspondingly, the series transistor 201 of the second voltage regulator 200 is nonconductive
  • the second voltage regulator 200 can be disregarded.
  • the capacitor 2 Current flow through the relay coil 1 and the capacitor 2, on the one hand, the relay turns on and on the other hand, the capacitor 2 is charged.
  • the voltage applied between the first and second output terminals 14, 15 and thus directly applied to the relay coil 1 is regulated by the first voltage regulator 100 such that it does not exceed a voltage predetermined by the zener diode 102 and the diode 103.
  • the current flow through the capacitor 2 is limited, since this is largely given by the current flowing through the relay coil 1 current.
  • the limited current flow into the capacitor 2 leads in these situations to a deviation from the exponential charging characteristic to a delayed or current-limited charging of the capacitor 2. This results in a greater over the charging time of the capacitor 2 averaged "effective time constant", whereby the The current impulse is limited by the relay coil 1 for switching on the relay on the one hand in its voltage level, so that damage to the relay coil 1 are prevented, and on the other hand, the duration Conversely, the capacitance of the capacitor 2 can be made smaller than in the case of a circuit arrangement without a first voltage regulator 100.
  • the diode 203 of the second voltage regulator 200 prevents d abei a current flow through the control input 213 of the second voltage regulator 200th
  • the case in which either the supply voltage V + drops below the minimum voltage in its height or the control input 13 has a logic level of logic "0" is dealt with in the following: In both cases, the output of the logic module 9 is set to the logic "1" level , It is assumed that the logic module 9 is so buffered with respect to its power supply that a level of logic "1" can be maintained at least for a certain period of time.
  • the voltage level is higher than that of the reference voltage source 4, block the other semiconductor switch 3 and the first semiconductor switch 5. Instead, however, the second semiconductor switch 7 is conductive and thus also the series transistor 201 of second voltage regulator 200.
  • the capacitor 2 was due to the previous switching action (ie, the level at the output of the logic device 9 of logic "0" corresponds) almost to the value of
  • the current flowing through the relay coil 1 impulse is of opposite polarity as when switching on the relay and turns it off accordingly.
  • the surge is limited in the amount of current and extended accordingly in its duration is.
  • the second voltage regulator 200 the same advantages are achieved for the switch-off operation of the relay as for the first switch-on voltage regulator 100.
  • the series transistor 201 of the second voltage regulator 200 may be connected directly and not via the second semiconductor switch. ter connected to the ground terminal 12, wherein the resistor 204 used in the voltage divider at the base of the series transistor 201, however, is still connected via the second semiconductor switch 7 to the ground terminal 12.
  • the function of the first semiconductor switch 5 is taken over by the series transistor 101 of the first voltage regulator 100
  • the function of the second semiconductor switch 7 can be taken over by the second series transistor 201 of the second voltage regulator 200 with suitable control.
  • FIG. 2 shows an alternative embodiment of the circuit arrangement according to FIG. 1.
  • the present circuit arrangement for driving a bistable relay with two relay coils 1 a, 1 b is suitable. The relay is set at a surge through a first of the two relay coils, for example, the relay coil 1 a, and at a surge through the second of the two relay coils, for example, the relay coil 1 b, reset.
  • Both relay coils 1 a, 1 b are connected to one of their terminals together with the second output terminal 15 of the circuit arrangement.
  • the other terminal of the first relay coil 1 a is connected to the output 1 12 of the first voltage regulator 100 and the other terminal of the second relay coil 1 b is connected to the output 212 of the second voltage regulator 200.
  • the two terminals 1 12, 212 are not directly connected to each other, corresponding to two first output terminals 14 a, 14 b exist to connect the relay coils 1 a, 1 b to the circuit arrangement.
  • FIG. 1 shows a second embodiment of a circuit arrangement for driving a bistable relay. Like reference numerals in this embodiment denote the same or equivalent elements as in the first embodiment.
  • the circuit in the second embodiment substantially corresponds to that of the first embodiment, the description of which reference is hereby made.
  • 100, 200 MOSFETs are also used as longitudinal transistors 101 and 201 for the first and the second voltage regulator 100.
  • complementary series transistors 101, 201 are used, in the present case an n-channel MOSFET as a series transistor 101 of the first voltage regulator 100 and a p-channel MOSFET as a series transistor 201 of the second voltage regulator 200.
  • resistors 105, 205 originating from the first output terminal 14 are each connected to the control input (FIG. Gate terminal) of the series transistors 101, 201. These resistors can be very high-impedance and do not affect the other functionality of the circuit arrangement.
  • the resistors 105, 205 can be dispensed with, even when using MOSFET transistors as series transistors 101, 201 , LIST OF REFERENCE NUMBERS

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Ansteuern eines bistabilen Relais, bei der eine Relaisspule (1, 1a, 1b) des bistabilen Relais in einer Reihenschaltung mit einem Kondensator (2) angeordnet ist, wobei die Reihenschaltung zum Einschalten des bistabilen Relais über einen ersten Halbleiterschalter (5) mit einer Versorgungsspannung (V+) verbunden ist und zum Ausschalten des bistabilen Relais mithilfe eines zweiten Halbleiterschalters (7) kurzgeschlossen wird. Die Schaltungsanordnung zeichnet sich dadurch aus, dass mindestens ein Spannungsregler (100, 200) vorgesehen ist, der die an der Relaisspule (1, 1a, 1b) des bistabilen Relais anliegende Spannung so regelt, dass sie eine vorgegebene Spannung nicht überschreitet.

Description

Schaltungsanordnung zum Ansteuern eines bistabilen Relais
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Ansteuern eines bistabilen Relais, bei der eine Spule des bistabilen Relais in einer Reihenschaltung mit einem Kondensator angeordnet ist, wobei die Reihenschaltung zum Einschalten des bistabilen Relais über einen ersten Halbleiterschalter mit einer Versorgungsspannung verbunden wird und zum Ausschalten des Relais über einen zweiten Halbleiterschalter kurzgeschlossen wird. Bistabile Relais werden bevorzugt eingesetzt, wenn beide Schaltzustände - eingeschaltet und ausgeschaltet - für einen längeren Zeitraum eingenommen werden. Anstelle einer dauerhaften Bestromung einer Spule des Relais bei einem monostabilen Relais ist bei dem bistabilen Relais eine Bestromung nur für die Zeitdauer des Umschaltens zwischen den Schaltzuständen erforderlich. Im Rahmen der Anmeldung ist unter einem Relais allgemein eine elektromagnetisch betätigte Schaltvorrichtung zu verstehen, also ein Kleinleistungsrelais ebenso wie ein für höhere Leistungen ausgelegtes Gleich- oder Wechselstromschütz. Damit ein bistabiles Relais beim Ausfall der Versorgungsspannung einen definierten Schaltzustand einnimmt, wird das bistabile Relais häufig in der eingangs genannten Reihenschaltung mit einem Kondensator angeordnet. Beim Wegfall der Versorgungsspannung kann die im Kondensator gespeicherte Energie genutzt werden, um das Relais in einen definierten Schaltzustand, üb- licherweise in den ausgeschalteten Zustand, zu bringen. Als Kondensator wird üblicherweise ein Elektrolytkondensator eingesetzt. Die eingangs genannte Schaltungsanordnung kann dabei für ein solches bistabiles Relais geeignet sein, bei dem das Ein- bzw. Ausschalten des Relais über Stromstöße unterschiedlicher Polarität durch eine einzelne Spule des Relais, nachfolgend Re- laisspule genannt, erfolgt oder für ein bistabiles Relais, bei dem jeweils eine separate Relaisspule für den Ein- bzw. Ausschaltvorgang vorhanden ist. Zur Betätigung des Relais ist es jeweils notwendig, eine Mindestspannung an der Relaisspule für eine Mindestzeitdauer anzulegen. Aufgrund des Aufladebzw. Entladevorgangs des in Reihe mit dem bistabilen Relais geschalteten Kondensators stellt sich über der Relaisspule während des Schaltverlaufs ein in etwa exponentiell wachsender bzw. fallender Spannungsabfall ein. Um zu erreichen, dass auch am Ende der angegebenen Mindestzeit des Stromstoßes die für den Schaltvorgang vorgesehene Mindestspannung an der Relaisspule anliegt, muss entweder ein Kondensator mit relativ großer Kapazität gewählt werden, oder die Versorgungsspannung so hoch gewählt werden, dass auch nach der vorgegebenen Schaltzeit die Spannung an der Relaisspule noch ausreichend hoch ist. Ein Kondensator mit größerer Kapazität ist aus Platz- und Kostengründen nicht wünschenswert. Ein Anheben der Versorgungsspannung ist nachteilig, weil dann unter Umständen zumindest zu Beginn des Auf- bzw. Entladevorgangs des Kondensators eine zu hohe Spannung an der Relaisspule anliegt, wodurch sich die Lebensdauer des Relais verringern kann.
Aus der Druckschrift DE 27 47 607 C2 ist eine Schaltungsanordnung zur An- steuerung eines bistabilen Relais bekannt, bei der eine Zenerdiode eingesetzt wird, um einen Wert der Versorgungsspannung, unterhalb dessen ein Aus- schaltvorgang erfolgt, festzulegen. Es wird jedoch nach wie vor ein Kondensator mit entsprechend hoher Kapazität in Reihenschaltung mit der Relaisspule benötigt. Ein Schutz der Relaisspule vor Schwankungen der Versorgungsspannung nach oben hin wird nicht thematisiert. Auch die Druckschrift US 4,533,972 zeigt eine Schaltungsanordnung zur An- steuerung eines bistabilen Relais, bei der ein Kondensator in Reihenschaltung mit einer Relaisspule vorgesehen ist. Es ist eine Spannungsstabilisierung der Spannung vorgesehen, die an die Reihenschaltung angelegt wird. Auf diese Weise kann die Relaisspule vor Schwankungen der Versorgungsspannung ge- schützt werden, es wird jedoch auch hier ein Kondensator mit entsprechend hoher Kapazität in Reihenschaltung mit der Relaisspule benötigt. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der ein Kondensator mit geringerer Kapazität in der Reihenschaltung mit der Spule des bistabilen Relais verwendet werden kann und die tolerant gegenüber einer in der Höhe variierenden Ver- sorgungsspannung ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst. Bei einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art ist mindestens ein Spannungsregler vorgesehen, der die an der Relaisspule des bistabilen Relais anliegende Spannung so regelt, dass sie eine vorgegebene Spannung nicht überschreitet. Dadurch, dass die an der Relaisspule anliegende Spannung so geregelt wird, dass sie eine vorgegebene Spannung nicht überschreitet, wird die unmittelbar an der Relaisspule anliegende Spannung begrenzt. Durch die Begrenzung der Spannung über der Relaisspule fließt bedingt durch den gegebenen Innenwiderstand der Relaisspule entsprechend auch ein in seiner Höhe begrenzter Strom durch die Relaisspule. Somit ist auch der Stromfluss durch den Kondensator begrenzt, da dieser größtenteils durch den durch die Relaisspule fließenden Strom gegeben ist. Durch den begrenzten Stromfluss in den Kondensator ist die Zeitkonstante bei der Auf- oder Entladung des Kondensators ebenfalls begrenzt, wodurch die Zeitdauer des Stromstoßes durch die Relaisspule ge- genüber einer Schaltungsanordnung ohne den mindestens einen Spannungsregler verlängert ist. Es wird also der Stromstoß durch die Relaisspule zum Ein- oder Ausschalten des Relais zum Einen in seiner Spannungshöhe begrenzt, so dass Beschädigungen der Relaisspule verhindert werden, und zum Anderen die Zeitdauer des Stromstoßes zum Betätigen des Relais bei gleicher Kapazität des Kondensators verlängert. Im Umkehrschluss kann die Kapazität des Kondensators kleiner gewählt werden als bei einer Schaltungsanordnung ohne den mindestens einen Spannungsregler. Der erste und auch der zweite Halbleiterschalter können dabei jeweils separate Elemente sein. Alternativ ist es möglich, die Funktion des ersten und/oder zweiten Halbleiterschalters durch Schaltelemente des mindestens einen Spannungsreglers umzusetzen.
In vorteilhaften Ausgestaltungen der Schaltungsanordnung sind ein erster und/oder zweiter Spannungsregler vorgesehen, die jeweils über einen Eingang, einen Ausgang und einen Regelanschluss verfügen, wobei sich am spannungsgeregelten Ausgang relativ zum Regelanschluss eine Spannung einstellt, deren Absolutwert eine vorgegebene Spannung nicht übersteigt, und wobei der Eingang mit dem ersten bzw. zweiten Halbleiterschalter und der Ausgang und der Regelanschluss jeweils mit einem Ausgangsanschluss für die Relaisspule verbunden sind. Bevorzugt weist der erste bzw. zweite Spannungsregler jeweils einen Längstransistor auf, dessen Steuereingang jeweils über eine Reihenschaltung einer Zenerdiode und einer Diode mit dem Regelanschluss verbunden ist und jeweils über einen Widerstand mit dem Eingang verbunden ist. Besonders bevorzugt sind die Diode und die Zenerdiode innerhalb ihrer Reihenschaltung antiseriell zueinander verschaltet. Weiterhin sind besonders bevorzugt die Längstransistoren des ersten und des zweiten Spannungsreglers zueinander komplementäre Typen, insbesondere NPN- bzw. PNP- Bipolartransistoren oder n-Kanal bzw. p-Kanal MOSFETs. Die genannten Aus- führungen stellen unkomplizierte und gut geeignete Implementierungen für die Spannungsregler dar.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mithilfe von drei Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Schaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels ei- ner Schaltungsanordnung zum Ansteuern eines bistabilen Relais;
Fig. 2 ein schematisches Schaltbild der Schaltungsanordnung des ersten
Ausführungsbeispiels in einer alternativen Ausgestaltung; und Fig. 3 ein schematisches Schaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Schaltungsanordnung zum Ansteuern eines bistabilen Relais. Fig. 1 zeigt eine Schaltungsanordnung zum Ansteuern eines bistabilen Relais in einem ersten Ausführungsbeispiel in einer schematischen Darstellung.
Die Schaltungsanordnung weist einen Anschluss 1 1 für eine positive Versorgungsspannung von V+, einen Anschluss 12 (Masseanschluss; GND - Ground) sowie einen Steuereingang 13 auf. Parallel zu dem Anschluss 1 1 und dem
Masseanschluss 12 ist ein Glättungskondensator 8 angeordnet. Das bistabile Relais ist mit seiner Spule 1 , nachfolgend Relaisspule 1 genannt, über einen ersten Ausgangsanschluss 14 und einen zweiten Ausgangsanschluss 15 mit der Schaltungsanordnung verbunden.
Das Relais schaltet abhängig von einem Pegel an dem Steuereingang 13 sowie abhängig davon, ob der Anschluss 1 1 für die Versorgungsspannung V+ gegenüber dem Masseanschluss 12 mindestens mit einer vorgegebenen Mindestspannung beaufschlagt ist.
Zur Überwachung der Höhe der Versorgungsspannung V+ ist ein Diskriminator 10 vorhanden, der an einem Ausgang ein Logiksignal ausgibt. Erreicht oder übersteigt die Höhe der Versorgungsspannung die Mindestspannung, liegt an dem Ausgang des Diskriminators 10 ein Signal mit dem Logikpegel„1 " an, an- dernfalls ein Signal mit dem Logikpegel„0". Der Ausgang des Diskriminators 10 ist mit einem Eingang eines Logikbausteins 9 verbunden, der Steuereingang 13 mit einem weiteren Eingang dieses Logikbausteins 9. Der Logikbaustein 9 ist als NAND-Gatter ausgebildet, so dass an seinem Ausgang nur dann ein Signal von logisch„0" anliegt, wenn beide Eingänge auf logisch„1 " liegen.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel schaltet das Relais ein (wird gesetzt), wenn am Ausgang des Logikbausteins 9 ein Signal von logisch„0" anliegt. Bei einem Signal von logisch„1 " am Ausgang des Logikbausteins 9 schal- tet das bistabile Relais aus (wird zurückgesetzt). Das Relais wird folglich gesetzt, wenn sowohl eine Versorgungsspannung V+ von ausreichender Höhe (größer oder gleich der Mindestspannung) vorliegt, als auch der Steuereingang 13 mit einem Logikpegel von logisch„1 " beaufschlagt ist. In den anderen Fäl- len, also wenn sich die Versorgungsspannung V+ unterhalb der Mindestspannung befindet und / oder der Steuereingang 13 einen Logikpegel von logisch „0" aufweist, wird das Relais zurückgesetzt. Es versteht sich jedoch, dass auch eine umgekehrte Schaltlogik realisiert werden kann. Es kann vorgesehen sein, dass die Logiksignale Pegel gemäß der TTL-Logik annehmen. Des Weiteren sind auch Spannungswerte anderer gängiger Logikpegel, wie z. B. LVTTL, CMOS 1 ,8V, CMOS 2,5V oder CMOS 5V zur Ansteuerung des Relais am Steuereingang 13 möglich.
Die Relaisspule 1 ist mit einem Kondensator 2 in Reihe geschaltet. Der Kon- densator 2 ist dabei zwischen dem zweiten Ausgangsanschluss 15 und dem Masseanschluss 12 angeordnet.
Der erste Ausgangsanschluss 14 ist über einen ersten Spannungsregler 100 und einen ersten Halbleiterschalter 5 mit dem Anschluss 1 1 für die positive Versorgungsspannung V+ verbunden. Der erste Halbleiterschalter 5 ist in diesem Ausführungsbeispiel als MOSFET (Metal-Oxide Semiconductor Field- Effect Transistor) ausgeführt, dessen Steuereingang (Gate-Anschluss) über einen Widerstand 6 ebenfalls mit dem Anschluss 1 1 für die positive Versorgungsspannung V+ verbunden ist. Weiterhin ist der Gate-Anschluss des ersten Halbleiterschalters 5 über die Schaltstrecke eines weiteren Halbleiterschalters 3, hier ebenfalls ein MOSFET, mit dem Ausgang des Logikbausteins 9 verbunden. Der Steueranschluss (Gate-Anschluss) des weiteren Halbleiterschalters 3 ist über eine Referenzspannungsquelle 4 auf einem vorgegebenen Potenzial gegenüber dem Massepotential GND gehalten. Das vorgegebene Potenzial wird so gewählt, dass der Halbleiterschalter 3 bei einem Logikpegel von logisch „1 " am Ausgang des Logikbausteins 9 sperrt und bei einem Logikpegel von logisch„0" leitet. Bei einem Potenzial von logisch„0" am Ausgang des Logikbausteins 9 leitet entsprechend der weitere Halbleiterschalter 3 und somit auch der erste Halbleiterschalter 5. Zwischen dem ersten Halbleiterschalter 5 und dem ersten Ausgangsanschluss 14, mit dem die Relaisspule 1 verbunden ist, ist der erste Spannungsregler 100 angeordnet. Dieser weist einen Eingang 1 1 1 auf, mit dem er mit dem ersten Halbleiterschalter 5 verbunden ist und einen Ausgang 1 12, mit dem er über den ersten Ausgangsanschluss 14 mit der Relaisspule 1 verbunden ist. Zudem weist er einen Regeleingang 1 13 auf, mit dem er über den zweiten Ausgangsanschluss 15 ebenfalls mit der Relaisspule 1 verbunden ist. Der erste Spannungsregler 100 ist als ein Längsregler ausgebildet, mit einem Längstransistor 101 , der mit seiner Schaltstrecke zwischen dem Eingang 1 1 1 und dem Ausgang 1 12 angeordnet ist. Vorliegend ist der Längstransistor 101 ein NPN- Bipolar-Transistor. Der Steuereingang (Basis) des Längstransistors 101 ist über einen Widerstand 104 mit dem Eingang 1 1 1 und über eine Serienschaltung aus einer Zenerdiode 102 und einer Diode 103 mit dem Regeleingang 1 13 verbunden. Bei einem Pegel von logisch„0" am Ausgang des Logikbausteins 9 und entsprechend leitendem ersten Halbleiterschalter 5 liegt am Eingang 1 1 1 des ersten Spannungsreglers 100 das positive Versorgungsspannungspotenzial V+ an. Entsprechend wird der Längstransistor 101 des ersten Spannungsreglers 100 leitend und der erste Ausgangsanschluss 14 für die Relaisspule 1 mit po- sitivem Potenzial beaufschlagt.
In einer alternativen Ausgestaltung der Schaltungsanordnung kann die Funktion des ersten Halbleiterschalters 5 auch von dem Spannungsregler 100, konkret von einem Halbleiterschalter des Spannungsreglers 100, insbesondere dem Längstransistor 101 übernommen werden. Es ist beispielsweise möglich, den Steuereingang des Längstransistors 101 so mit dem Ausgang des Logikbausteins 9 zu verbinden und ihn so anzusteuern, dass der Längstransistor 101 nur dann leitend wird und zur Regelung eingesetzt wird, wenn der Ausgang des Logikbausteins 9 einen Pegel von logisch„0" aufweist. Die Ansteuerung des Längstransistors kann ggf. über weitere Schaltelemente, z.B. Dioden und/oder einen oder mehrere Kleinleistungstransistoren, erfolgen, um die Schaltfunktion mit der Regelfunktion zu kombinieren. Bei dieser alternativen Ausgestaltung der Schaltungsanordnung kann vorteilhafterweise einer der den Strom durch die Relaisspule 1 führenden Transistoren eingespart werden.
Der erste Ausgangsanschluss 14 für die Relaisspule 1 ist weiterhin über einen zweiten Spannungsregler 200 und einen zweiten Halbleiterschalter 7 mit Mas- sepotenzial GND verbunden. Der zweite Spannungsregler 200 weist ebenfalls einen Längstransistor 201 auf, dessen Schaltstrecke von einem Eingang 21 1 des zweiten Spannungsreglers 200 zu einem Ausgang 212 verläuft, welcher mit dem ersten Ausgangsanschluss 14 für die Relaisspule 1 verbunden ist. Ein Regeleingang 213 ist mit dem zweiten Ausgangsanschluss 15 für die Relais- spule 1 verbunden. Der zweite Spannungsregler 200 ist spiegelbildlich symmetrisch zum ersten Spannungsregler 100 aufgebaut und dazu ausgelegt, eine gegenüber dem Regelanschluss 213 negative Ausgangsspannung am Ausgang 212 in ihrer Höhe zu regeln. Entsprechend wird ein zum Längstransistor 101 komplementärer PNP-Transistor als Längstransistor 201 eingesetzt. Der zweite Halbleiterschalter 7 ist vorliegend ein MOSFET, dessen Steuereingang (Gate-Anschluss) mit dem Ausgang des Logikbausteins 9 der Schaltungsanordnung verbunden ist. Zusammenfassend wird also durch den ersten und den zweiten Spannungsregler 100, 200 die an der Relaisspule 1 anliegende Spannung so geregelt, das ihr Absolutwert eine vorgegebene Spannung nicht über- steigt.
Bei einem Potenzial von logisch„0" am Ausgang des Logikbausteins 9 ist der zweite Halbleiterschalter 7 geöffnet und entsprechend der Längstransistor 201 des zweiten Spannungsreglers 200 nicht leitend. Für die weitere Betrachtung der Vorgänge bei einem Potenzial von logisch„0" am Ausgang des Logikbausteins 9 (dies entspricht einem Potential von logisch„1 " am Steuereingang 13 und einer anliegender Versorgungsspannung V+, die größer oder gleich der Mindestspannung ist) kann daher der zweite Spannungsregler 200 unberücksichtigt bleiben.
Entsprechend fließt aufgrund des geschalteten ersten Halbleiterschalters 5 und des leitenden Längstransistors 101 des ersten Spannungsreglers 100 ein
Stromfluss durch die Relaisspule 1 und den Kondensator 2, durch den zum Einen das Relais einschaltet und zum Anderen der Kondensator 2 aufgeladen wird. Dabei wird die zwischen dem ersten und dem zweiten Ausgangsan- schluss 14, 15 und damit die unmittelbar an der Relaisspule 1 anliegende Spannung durch den ersten Spannungsregler 100 so geregelt, dass sie eine durch die Zenerdiode 102 und die Diode 103 vorgegebene Spannung nicht übersteigt. Durch die Begrenzung der Spannung über der Relaisspule 1 fließt bedingt durch den gegebenen Innenwiderstand der Relaisspule 1 entsprechend auch ein in seiner Höhe begrenzter Strom durch die Relaisspule 1 . Entspre- chend ist auch der Stromfluss durch den Kondensator 2 begrenzt, da dieser größtenteils durch den durch die Relaisspule 1 fließenden Strom gegeben ist. Der begrenzte Stromfluss in den Kondensator 2 führt in diesen Situationen zu einer Abweichung von der exponentiellen Aufladecharakteristik hin zu einer verzögerten bzw. strombegrenzten Aufladung des Kondensators 2. Hieraus re- sultiert eine größere über die Aufladezeit des Kondensators 2 gemittelte„effektive Zeitkonstante", wodurch die Zeitdauer des Stromstoßes durch die Relaisspule 1 gegenüber einer Schaltungsanordnung ohne den ersten Spannungsregler verlängert ist. Es wird also der Stromstoß durch die Relaisspule 1 zum Einschalten des Relais zum Einen in seiner Spannungshöhe begrenzt, sodass Beschädigungen der Relaisspule 1 verhindert werden, und zum Anderen die Zeitdauer des Stromstoßes zum Einschalten des Relais bei gleicher Kapazität des Kondensators verlängert. Im Umkehrschluss kann die Kapazität des Kondensators 2 kleiner gewählt werden als bei einer Schaltungsanordnung ohne ersten Spannungsregler 100. Die Diode 203 des zweiten Spannungsreglers 200 verhindert dabei einen Stromfluss über den Regeleingang 213 des zweiten Spannungsreglers 200. Im Folgenden wird der Fall behandelt, bei dem entweder die Versorgungsspannung V+ in ihrer Höhe unter die Mindestspannung abfällt oder der Steuereingang 13 einen Logikpegel von logisch„0" aufweist. In beiden Fällen wird der Ausgang des Logikbausteins 9 auf den Pegel logisch„1 " gesetzt. Es wird da- von ausgegangen, dass der Logikbaustein 9 bezüglich seiner Stromversorgung so gepuffert ist, dass ein Pegel von logisch„1 " zumindest für eine bestimmte Zeitspanne aufrecht erhalten werden kann.
Bei einem Pegel von logisch„1 " am Ausgang des Logikbausteins 9, dessen Spannungsniveau höher ist als das der Referenzspannungsquelle 4, sperren der weitere Halbleiterschalter 3 und der erste Halbleiterschalter 5. Stattdessen wird jedoch der zweite Halbleiterschalter 7 leitend und damit auch der Längstransistor 201 des zweiten Spannungsreglers 200. Der Kondensator 2 wurde aufgrund der zuvor erfolgten Schalthandlung (d.h. die dem Pegel am Ausgang des Logikbausteines 9 von logisch„0" entspricht) nahezu auf den Wert der
Versorgungsspannung V+ aufgeladen. Die im Kondensator 2 gespeicherte Ladung entlädt sich nun entsprechend über den zweiten Spannungsregler 200 und die Relaisspule 1 . Wiederum verhindert die Diode 103 des ersten Spannungsreglers 100, dass vom Kondensator 2 ein Stromfluss über den Regelan- schluss 1 13 erfolgt.
Der durch die Relaisspule 1 fließende Stromstoß ist von umgekehrter Polarität wie beim Einschalten des Relais und schaltet dieses entsprechend ab. Wiederum ist analog zum Fall des Einschaltens die an der Relaisspule 1 anliegende Spannung - nun durch den zweiten Spannungsregler 200 - begrenzt, sodass eine Maximalspannung an der Relaisspule 1 nicht überschritten wird, der Stromstoß in der Höhe des Stromes begrenzt ist und entsprechend in seiner Dauer verlängert ist. Durch den zweiten Spannungsregler 200 werden also für den Ausschaltvorgang des Relais dieselben Vorteile erzielt, wie durch den ers- ten Spannungsregler 100 für den Einschaltvorgang.
In einer alternativen Ausgestaltung kann der Längstransistor 201 des zweiten Spannungsreglers 200 unmittelbar und nicht über den zweiten Halbleiterschal- ter 7 mit dem Masseanschluss 12 verbunden sein, wobei der im Spannungsteiler an der Basis des Längstransistors 201 eingesetzte Widerstand 204 jedoch nach wie vor über den zweiten Halbleiterschalter 7 mit dem Masseanschluss 12 verbunden ist. Auch kann, analog zu der alternativen Ausgestaltung, bei der die Funktion des ersten Halbleiterschalters 5 von dem Längstransistor 101 des ersten Spannungsreglers 100 übernommen wird, die Funktion des zweiten Halbleiterschalters 7 bei geeigneter Ansteuerung durch den zweiten Längstransistors 201 des zweiten Spannungsreglers 200 übernommen werden. Fig. 2 zeigt eine alternative Ausgestaltung der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 . Im Unterschied zu dem Beispiel der Fig. 1 ist die vorliegende Schaltungsanordnung zur Ansteuerung eines bistabilen Relais mit zwei Relaisspulen 1 a, 1 b geeignet. Das Relais wird bei einem Stromstoß durch eine erste der beiden Relaisspulen, beispielhaft der Relaisspule 1 a, gesetzt und bei einem Stromstoß durch die zweite der beiden Relaisspulen, beispielhaft die Relaisspule 1 b, zurückgesetzt.
Beide Relaisspulen 1 a, 1 b sind mit einem ihrer Anschlüsse gemeinsam mit dem zweiten Ausgangsanschluss 15 der Schaltungsanordnung verbunden. Der andere Anschluss der ersten Relaisspule 1 a ist mit dem Ausgang 1 12 des ersten Spannungsreglers 100 verbunden und der andere Anschluss der zweiten Relaisspule 1 b ist mit dem Ausgang 212 des zweiten Spannungsreglers 200 verbunden. Die beiden Anschlüsse 1 12, 212 sind untereinander nicht direkt verbunden, entsprechend sind zwei erste Ausgangsanschlüsse 14a, 14b vor- handen, um die Relaisspulen 1 a, 1 b an die Schaltungsanordnung anzuschließen.
Bezüglich der Funktion wird auf die Ausführungen zu Fig. 1 verwiesen. Ein Stromstoß zum Setzen des Relais wird der Relaisspule 1 a zugeführt, ein Stromstoß zum Zurücksetzen der Relaisspule 1 b. Wie bei dem Beispiel der Fig 1 ist die dabei an den Relaisspulen 1 a, 1 b anliegende Spannung sowohl beim Setzen als auch beim Zurücksetzen durch die Spannungsregler 100 bzw. 200 in ihrer Höhe begrenzt. Fig. 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung zum Ansteuern eines bistabilen Relais. Gleiche Bezugszeichen kennzeichnen in diesem Ausführungsbeispiel gleiche oder gleichwirkende Elemente wie beim ersten Ausführungsbeispiel.
Die Schaltung im zweiten Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen der des ersten Ausführungsbeispiels, auf deren Beschreibung hiermit verwiesen wird. Im Unterschied zu der in Fig. 1 dargestellten Schaltungsanordnung sind vorliegend auch für den ersten und den zweiten Spannungsregler 100, 200 MOSFETs als Längstransistoren 101 und 201 eingesetzt. Wiederum werden komplementäre Längstransistoren 101 , 201 eingesetzt, vorliegend ein n-Kanal MOSFET als Längstransistor 101 des ersten Spannungsreglers 100 und ein p- Kanal MOSFET als Längstransistor 201 des zweiten Spannungsreglers 200.
Um sicher zu stellen, dass der Längstransistor 201 des zweiten Spannungsreglers 200 beim Einschaltvorgang des Relais sperrt bzw. der Längstransistor 101 des ersten Spannungsreglers 100 beim Ausschaltvorgang des Relais sperrt, sind vom ersten Ausgangsanschluss 14 ausgehende Widerstände 105, 205 je- weils mit dem Steuereingang (Gate-Anschluss) der Längstransistoren 101 , 201 verbunden. Diese Widerstände können sehr hochohmig sein und beeinflussen die sonstige Funktionalität der Schaltungsanordnung nicht. Gegebenenfalls können - je nach verwendetem MOSFET-Typ für die Längstransistoren 101 , 201 und aufgrund des dort stets inhärent vorhandenen hochohmigen Wider- Standes zwischen Gate und Source Anschluss - die Widerstände 105, 205 auch bei Verwendung von MOSFET-Transistoren als Längstransistoren 101 , 201 entfallen. Bezugszeichenliste
1 , 1 a, 1 b Relaisspule
2 Kondensator
3 weiterer Halbleiterschalter
4 Referenzspannungsquelle
5 erster Halbleiterschalter
6 Widerstand
7 zweiter Halbleiterschalter
8 Glättungskondensator
9 Logikbaustein
10 Diskriminator
1 1 Anschluss für positive Versorgungsspannung V+ 12 Masseanschluss (GND)
13 Steuereingang
14, 14a, 14b, 15 Ausgangsanschluss für die Relaisspule
100 erster Spannungsregler
101 Längstransistor
102 Zenerdiode
103 Diode
104, 105 Widerstand 1 1 1 Eingang des ersten Spannungsreglers
1 12 Ausgang des ersten Spannungsreglers
1 13 Regelanschluss des ersten Spannungsreglers
200 zweiter Spannungsregler
201 Längstransistor
202 Zenerdiode
203 Diode
204, 205 Widerstand Eingang des zweiten Spannungsreglers Ausgang des zweiten Spannungsreglers Regelanschluss des zweiten Spannungsreglers

Claims

Ansprüche
1 . Schaltungsanordnung zum Ansteuern eines bistabilen Relais, bei der eine Relaisspule (1 , 1 a, 1 b) des bistabilen Relais in einer Reihenschaltung mit einem Kondensator (2) angeordnet ist, wobei die Reihenschaltung zum Einschalten des bistabilen Relais über einen ersten Halbleiterschalter (5) mit einer Versorgungsspannung (V+) verbunden ist und zum Ausschalten des bistabilen Relais mithilfe eines zweiten Halbleiterschalters (7) kurzgeschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Spannungsregler (100, 200) vorgesehen ist, der die an der Relaisspule (1 , 1 a, 1 b) des bistabilen Relais anliegende Spannung so regelt, dass sie eine vorgegebene Spannung nicht überschreitet.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 , bei der ein erster Spannungsregler (100) vorgesehen ist, der einen Eingang (1 1 1 ), einen Ausgang (1 12) und einen Regelanschluss (1 13) aufweist, wobei sich am spannungsgeregelten Ausgang (1 12) relativ zum Regelanschluss (1 13) eine Spannung einstellt, deren Absolutwert eine vorgegebene Spannung nicht übersteigt, und wobei der Eingang (1 1 1 ) mit dem ersten Halbleiterschalter (5) und der Ausgang (1 12) und der Regelanschluss (1 13) jeweils mit einem Aus- gangsanschluss (14, 15) für die Relaisspule (1 , 1 a, 1 b) verbunden sind.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, bei der der erste Spannungsregler (100) einen Längstransistor (101 ) aufweist, dessen Steuereingang über eine Reihenschaltung einer Zenerdiode (102) und einer Diode (103) mit dem Regelanschluss (1 13) verbunden ist und über einen Widerstand (104) mit dem Eingang (1 1 1 ) verbunden ist.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, bei der die Diode (103) und die Zenerdiode (102) innerhalb ihrer Reihenschaltung antiseriell zueinander verschaltet sind.
5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der ein zweiter Spannungsregler (200) vorgesehen ist, der einen Eingang (21 1 ), einen Ausgang (212) und einen Regelanschluss (213) aufweist, wobei sich am spannungsgeregelten Ausgang (212) relativ zum Regelanschluss (213) eine Spannung einstellt, deren Absolutwert eine vorgegebene Spannung nicht übersteigt, und wobei der Eingang (21 1 ) mit dem Masseanschluss (12) und der Ausgang (212) und der Regelanschluss (213) jeweils mit einem der Ausgangsanschlüsse (14, 15) der Relaisspule (1 , 1 a, 1 b) verbunden sind.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, bei der der zweite Spannungsregler (200) einen Längstransistor (201 ) aufweist, dessen Steuereingang über eine Reihenschaltung einer Zenerdiode (202) und einer Diode (203) mit dem Regelanschluss (213) verbunden ist und über einen Widerstand (204) mit dem Eingang (21 1 ) verbunden ist, wobei der Eingang (21 1 ) über den zweiten Halbleiterschalter (7) mit dem Masseanschluss (12) verbunden ist.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, bei der der zweite Spannungsregler (200) einen Längstransistor (201 ) aufweist, dessen Steuereingang über eine Reihenschaltung einer Zenerdiode (202) und einer Diode (203) mit dem Regelanschluss (213) verbunden ist und über einen Widerstand (204) mit dem zweiten Halbleiterschalter (7) verbunden ist.
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6 oder 7, bei der die Diode (203) und die Zenerdiode (202) innerhalb ihrer Reihenschaltung antiseriell zueinander verschaltet sind.
9. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei der die Anode der Zenerdiode (102) über den Ausgangsanschluss (15) für die Relaisspule (1 , 1 a, 1 b) mit der Kathode der Zenerdiode (202) verbunden ist.
10. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei der die Kathode der Diode (103) über den Ausgangsanschluss (15) für die Relaisspule (1 , 1 a, 1 b) mit der Anode der Diode (203) verbunden ist.
1 1 . Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei der der Längstransistor (101 ) des ersten Spannungsreglers (100) und der Längstransistor (201 ) des zweiten Spannungsreglers (200) zueinander komplementäre Typen sind, insbesondere NPN- bzw. PNP-Bipolartransistoren oder n-Kanal bzw. p-Kanal MOSFETs.
12. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , bei der der erste und der zweite Halbleiterschalter (5, 7) derart mit einem Steuereingang (13) der Schaltungsanordnung verbunden sind, dass sie abhängig von einem digitalen Eingangspegel an dem Steuereingang (1 3) invers zueinander leitend bzw. gesperrt sind.
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