EP4288989B1 - Zustandserkennungsschaltung und fernbetätigbarer schalter - Google Patents

Zustandserkennungsschaltung und fernbetätigbarer schalter

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EP4288989B1
EP4288989B1 EP22706746.9A EP22706746A EP4288989B1 EP 4288989 B1 EP4288989 B1 EP 4288989B1 EP 22706746 A EP22706746 A EP 22706746A EP 4288989 B1 EP4288989 B1 EP 4288989B1
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EP
European Patent Office
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hall sensor
switch
detection circuit
state detection
circuit
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TDK Electronics AG
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Publication date
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    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H47/00—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current
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    • H01H2071/048—Means for indicating condition of the switching device containing non-mechanical switch position sensor, e.g. HALL sensor
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    • H01H50/00—Details of electromagnetic relays
    • H01H50/08—Indicators; Distinguishing marks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H51/00—Electromagnetic relays
    • H01H51/02—Non-polarised relays
    • H01H51/04—Non-polarised relays with single armature; with single set of ganged armatures
    • H01H51/06—Armature is movable between two limit positions of rest and is moved in one direction due to energisation of an electromagnet and after the electromagnet is de-energised is returned by energy stored during the movement in the first direction, e.g. by using a spring, by using a permanent magnet, by gravity

Definitions

  • Remotely operated switches are circuit elements that can establish or break an electrical contact between electrodes as desired. Furthermore, it is possible to control the switching state remotely.
  • a contactor is known in whose immediate vicinity a Hall sensor is arranged.
  • the Hall sensor is used to detect small variations in the magnetic flux of the contactor and to compensate for these by adjusting the applied voltage.
  • CN 103 954 820 B shows a self-test device.
  • US 5 694 341 A shows a Hall sensor that is positioned in the vicinity of the rotating magnet and is intended to determine a number of rotations.
  • Remotely operated switches such as contactors
  • a control circuit that can switch a load circuit on and off.
  • One possible use for such contactors is to establish or disconnect the electrical connection between a battery and an electric motor, for example, in an electric vehicle.
  • the contactor can function as a safety component, where, in the event of a malfunction, the source and load—i.e., the battery and electric motor—can be disconnected, especially at high voltages, such as 450 V.
  • Remote-controlled switches such as those described in the aforementioned publications, are typically designed for an operating voltage of 5 V. Furthermore, their current draw is relatively high. Additionally, there is a risk of damaging the electronics if the connecting wires are reversed. The electronics can also be destroyed by electrostatic discharge and voltage surges.
  • read contacts are a simple solution for outputting the switching state, their reliability, especially in the presence of other external magnetic fields, can be improved.
  • the state detection circuit comprises a Hall sensor circuit with a Hall sensor. Furthermore, the state detection circuit has a voltage regulator and an output switch. The Hall sensor circuit is connected between the voltage regulator and the output switch.
  • this circuit configuration consisting of a Hall sensor circuit, voltage regulator, and output switch, it is possible to specify a state detection circuit that not only for an operating voltage of 5 V, but for an operating voltage that can lie within a wide voltage range. Furthermore, the current consumption is significantly reduced compared to known state detection circuits. While the current consumption of a state detection circuit from the WO 2020/043515 A1 Since the current draw can be up to 20 mA, it is possible that the current detection circuit in question has a maximum current draw of 5 mA or less, e.g. 2.4 mA.
  • the voltage regulator allows an external supply voltage to power the state detection circuit.
  • the output switch can then communicate the switching state, e.g., of a connected remote-controlled switch, to an external circuit environment.
  • the state detection circuit described above differs fundamentally from detection circuits such as those found in the... WO 2020/043515 A1 are known. From the WO 2020/043515 A1 for example, state detection circuits are known from Figure 3B, in which a Operational amplifier 203 is connected between a Hall sensor 19 and a semiconductor switch 207.
  • the Hall sensor provides a binary output signal.
  • the circuit configuration with the Hall sensor circuit between the voltage regulator and the output switch makes it possible to use a Hall sensor element that generates a binary output signal.
  • the Hall sensor of the WO 2020/043515 A1 The Hall sensor is designed to supply a current between 5 and 7 mA for one switching state. To indicate the other switching state, the Hall sensor outputs a current between 12 mA and 17 mA.
  • the Hall sensor of WO 2020/043515 A1 is therefore a power source with a relatively high power consumption, while the binary output signal of the Hall sensor according to the present state detection circuit is easier to evaluate by subsequent circuit elements and allows for lower energy consumption.
  • the state detection circuit also includes an output terminal.
  • the output switch is then designed and, of course, appropriately suited to provide a switching state of a remotely operated switch according to the magnetic environment of the Hall sensor at the output terminal.
  • the Hall sensor uses the Hall effect, i.e., it detects the magnetic environment of the Hall sensor.
  • Remotely operated switches such as relays or contactors
  • the electrical conductor can be mechanically brought into contact with the two electrodes to electrically connect them and mechanically disconnected from at least one of them to break the electrical connection.
  • a magnet can be mechanically connected to the electrical conductor of the remotely operated switch. Analogous to an electrical conductor, its position changes depending on the switching state.
  • the Hall sensor is fixed relative to the remote-controlled switch, so that when the switching state changes, the distance between the magnet and a sensitive area of the Hall sensor also changes. Thus, when the remote-controlled switch is activated, the magnetic environment of the Hall sensor changes. This information, which corresponds to the switching state of the associated remote-controlled switch, can then be made available to an external circuit at the output terminal of the state detection circuit.
  • the use of a Hall sensor has the advantage that the Hall sensor operates without mechanical wear, which improves the reliability and lifespan of the condition detection circuit.
  • the state detection circuit may also have a power supply connection and a ground connection.
  • a supply voltage can be provided to the state detection circuit via the power supply connection.
  • the state detection circuit can be connected to the ground potential of an external circuit environment via the ground connection.
  • the supply connection may be suitable for accepting a wide range of supply voltages to function correctly. It is possible that the permissible... Any voltage between 4 V and 36 V is sufficient to operate the state detection circuit.
  • the Hall sensor is connected to three different lines of the Hall sensor circuit.
  • the configuration in which the Hall sensor is connected to three different lines of the Hall sensor circuit thus represents a circuit environment for the Hall sensor that differs significantly from the circuit environment around the Hall sensor of the WO 2020/043515 A1 differs.
  • the one in Figure 3B of the WO 2020/043515 A1 clearly shows that the Hall sensor 19 is connected to its circuit environment with exactly two wires.
  • condition detection circuit described above thus represents a new and improved configuration that increases reliability and reduces power consumption. It is possible that the Hall sensor is connected to ground and to the output switch, and furthermore electrically coupled to an output of the voltage regulator.
  • connection to ground and to the output switch can be a direct connection. That is, it is possible for the Hall sensor to be directly connected to ground and directly to the output switch.
  • the Hall sensor circuit also includes a resistive element and a capacitive element.
  • the resistive element can be connected between an output of the voltage regulator and the first terminal of the Hall sensor.
  • the capacitive element can also be connected between the first connection of the Hall sensor and ground.
  • the first resistive element can have a resistance between 50 ⁇ and 150 ⁇ , e.g., 100 ⁇ .
  • the capacitive element can have a capacitance between 5 nF and 15 nF, e.g., 10 nF.
  • the capacitive element can have a rated voltage of 50 V and therefore operate without problems in the voltage range between 5 V and 50 V.
  • resistive element and the capacitive element together form a section of an RC filter.
  • This filter can reduce ripple in the voltage regulator's supply voltage and thus smooth the Hall sensor's supply voltage.
  • the state detection circuit also includes a first diode.
  • the first diode can be connected between the supply terminal and an input of the voltage regulator.
  • the first diode can be a reverse polarity protection diode, protecting the state detection circuit from damage in case of incorrect polarity.
  • This reverse polarity protection can be enabled up to a voltage of 60 V.
  • the forward voltage can be 0.5 V.
  • the continuous current rating can be 30 mA, and the maximum short-term current rating can be 2 A.
  • the state detection circuit also includes a first diode circuit between the output terminal and ground.
  • the first diode circuit can comprise two diodes connected in series and facing in opposite directions. This first diode circuit can have a breakdown voltage of 40 V. The first diode circuit can protect the output switch from overvoltage.
  • the state detection circuit includes a second diode circuit.
  • This second diode circuit can be connected between ground and the power supply terminal.
  • the second diode circuit can also have two diodes arranged in opposite directions and connected in series.
  • the second diode circuit can have a breakdown voltage of 40 V.
  • This second diode circuit can be configured as a bidirectional TVS diode. Upon reaching its breakdown voltage, the second diode circuit can conduct and create a short circuit to protect the downstream circuit components from overvoltage. The state detection circuit is thus reliably protected against reverse polarity.
  • the state detection circuit also includes a second resistive element.
  • This second resistive element can be connected between the first and second terminals of the Hall sensor.
  • the second resistive element can form a pull-up resistor for the Hall sensor and have a resistance between 50 k ⁇ and 150 k ⁇ , for example, 100 k ⁇ .
  • the second resistive This element can be used to stabilize the output signal of the Hall sensor.
  • the state detection circuit includes a third resistive element.
  • This third resistive element can be connected between ground and the output switch.
  • the third resistive element can have a resistance between 100 ⁇ and 200 ⁇ , for example, 150 ⁇ .
  • the output switch can be coupled to ground via this third resistive element, ensuring that its electrical potential is well-defined relative to ground potential.
  • the output switch includes a semiconductor switch and/or a protected semiconductor switch.
  • the semiconductor switch can be a field-effect transistor (FET).
  • FET field-effect transistor
  • the semiconductor switch can have an operating voltage of 4 V to 60 V and is designed to forward the switching state information to an external circuit environment depending on the output signal of the Hall sensor, without the Hall sensor being directly connected to the external circuit environment.
  • the output switch can have further protective elements that protect the semiconductor switch from impermissible operating parameters, such as excessive currents or voltages.
  • the output switch can be a so-called Protected FET (ProFET) or include one.
  • the voltage regulator is designed and suitable to provide an output voltage between 3 V and 15 V from an input voltage between 4 V and 36 V.
  • the output voltage of the voltage regulator can, in particular, be 5 V.
  • the voltage regulator essentially supplies the Hall sensor circuits with electrical power.
  • the Hall sensor in the Hall sensor circuit comprises a semiconductor switch and a Hall element connected to the gate terminal of the semiconductor switch.
  • the semiconductor switch of the Hall sensor could also be a field-effect transistor.
  • This configuration in which the Hall sensor is connected to its circuit environment via three wires, distinguishes the configuration of the present state detection circuit from corresponding detection circuits, for example the WO 2020/043515 A1 .
  • the state detection circuit includes a second capacitive element. This second capacitive element can be connected between the power supply terminal and ground.
  • the second capacitive element can have a capacitance between 50 nF and 150 nF, for example 100 nF, and acts as a smoothing capacitor to absorb high voltage spikes at the supply terminal of the state detection circuit. With sufficient charging of the second element... The capacitive element can then switch the second diode circuit through and discharge voltage spikes to ground.
  • a corresponding remotely operated switch can include an electrical switch and a state detection circuit, for example as described above.
  • the state detection circuit is designed and, due to its specific configuration, capable of reliably detecting the switching state of the electrical switch and transmitting this information to an external circuit environment.
  • the remotely operated switch is selected from a relay, a contactor, and a high-voltage contactor.
  • the status detection circuit of the remotely operated switch provides information on whether the switching state of the switch is "closed as intended” and/or "open as intended”.
  • the circuit elements of the state detection circuit can be arranged on one or both sides of a circuit board.
  • the circuit board can be mounted in the base of the remote-controlled switch.
  • the circuit board can be arranged in a circular shape.
  • the circuit board can have dimensions such that it fits into conventional remote-controlled switches.
  • the circuit board can be circular and have a diameter between 10 and 15 mm, for example, 8.5 mm, 12.5 mm, or 13.9 mm. Operating principles and details of preferred embodiments are shown in more detail in the following schematic figures.
  • the remotely operated switch also includes a marking on an electrical conductor.
  • the conductor is designed and suitable for connecting the switch to an external circuit environment.
  • the conductor is a connecting cable and the marking is a warning label to warn against reverse polarity.
  • a marking represents one possible configuration that improves reverse polarity protection.
  • FIG. 1 This diagram shows blocks of the state detection circuit ZES.
  • the state detection circuit comprises a voltage regulator SR, a Hall sensor circuit HSS, and an output switch AS.
  • the Hall sensor circuit includes a Hall sensor HS.
  • the Hall sensor circuit HSS is connected between the voltage regulator SR and the output switch AS.
  • the state detection circuit also has an input SUP for a supply voltage and an output OUT to transmit the switching state to an external circuit.
  • the output switch AS is connected between the Hall sensor circuit HSS and the output terminal OUT.
  • the output switch AS can be connected to the supply terminal SUP.
  • the arrow directions at the SUP power supply terminal and the OUT output terminal indicate the direction of the corresponding electrical power.
  • the configuration with the Hall sensor circuit and its Hall sensor between the voltage regulator and the output switch fundamentally differs the state detection circuit from corresponding state detection circuits in known remote-controlled switches.
  • the state detection circuit can exhibit lower power consumption and increased reliability while remaining compatible with existing remote-controlled switches.
  • Figure 2 shows an embodiment of the ZES state detection circuit with additional circuit elements.
  • additional connection can be connected to ground potential.
  • the voltage regulator SR, the Hall sensor circuit HSS, and the output switch AS can be connected to ground.
  • the first terminal HS1 of the HS Hall sensor is connected via a first resistive element R1 to the first output terminal SR1 of the voltage regulator SR.
  • a second terminal HS2 of the HSS Hall sensor circuit is connected to an input of the output switch AS.
  • Another terminal of the HS Hall sensor is connected to ground.
  • the first capacitive element C1 is connected between the first terminal HS1 of the Hall sensor HS and ground.
  • the pull-up resistor R2 is connected between the first terminal HS1 and the second terminal HS2 of the Hall sensor HS.
  • the first diode D1 is connected between the power supply terminal SUP and the voltage regulator SR.
  • the first diode D1 acts as a reverse polarity protection diode against incorrect polarity of the state detection circuit.
  • the first diode circuit, DS1 is connected between the output terminal OUT and ground.
  • DS1 provides overvoltage protection.
  • DS1 can protect the output switch AS from overvoltage.
  • the second diode circuit, DS2 is connected between the supply terminal SUP and ground.
  • DS2 protects the downstream circuit components from overvoltage at the SUP supply terminal. Voltage spikes are shunted to ground when the breakdown voltage of DS2 is exceeded.
  • the third resistive element R3 is connected between ground and the output switch AS and provides the output switch AS with a defined potential relative to ground.
  • Figure 3 Figure 1 shows a possible internal structure of the HS Hall sensor.
  • This structure can include a Hall element HE and a semiconductor switch HLS.
  • the Hall element HE is positioned near the rest position of a magnet on the movable electrical conductor of the remotely actuated switch and detects magnetic fields in its vicinity.
  • the Hall element HE is connected to the base of the semiconductor switch HLS.
  • the HS Hall sensor is connected to its circuit environment via three wires and provides a binary output signal at its output, via the semiconductor switch HLS, indicating the magnetic environment of the Hall element.
  • the semiconductor switch HLS of the HS Hall sensor is essentially coupled to, or directly connected to, the output switch AS.
  • FIG. 4 This shows key elements of a remote-controlled switch FS.
  • the remote-controlled switch FS has a first electrode EL1 and a second electrode EL2, as well as an electrical conductor L.
  • the electrical conductor L can be connected to a
  • the push element SCH is attached.
  • the push element SCH allows the electrical conductor, driven for example by magnetic coils MS, to be pressed against or pulled away from the first electrode EL1 and the second electrode EL2. This enables the remote-controlled switch to close or open an electrical contact between electrodes EL1 and EL2.
  • the magnetic coils MS can be remotely controlled by corresponding currents.
  • a magnet M is permanently connected to the push element SCH.
  • the Hall sensor HS can transmit a binary signal regarding the switching state of the electrical conductor L to the external circuit environment.
  • the circuit elements or circuit blocks of the state detection circuit can be arranged on one or both sides of a printed circuit board LP, which is connected to the Hall sensor HS.
  • the printed circuit board LP can be located and mounted in the base of the remote-controlled switch FS.
  • the printed circuit board (PCB) can be of a size and shape that allows it to be used in corresponding recesses in standard remote-controlled switches (FS). This reduces the power consumption and increases the reliability of standard remote-controlled switches without requiring any modifications to the other switching elements of the switch (ES).
  • Figure 5 shows a preferred form of a state detection circuit based on the circuit according to the Figure 2 based.
  • the output switch of the circuit according to the Figure 5 directly to ground instead of to the supply connection Sup
  • the circuit is wired incorrectly.
  • the circuit lacks the following features: Figure 5 the third resistive element R3 and the output switch of the circuit according to Figure 5 the associated circuit via R3 to ground.
  • the first diode D1 of the circuit according to Figure 2 is in the embodiment according to the Figure 5 no longer included.
  • the resistance value of the second resistive element R2 can be between 2 k ⁇ and 10 k ⁇ , e.g., 4.7 k ⁇ .
  • the output switch AS can be implemented as a three-pole (semiconductor) switch, e.g., as a protected FET.
  • the state detection circuit and the remotely operated switch are not limited to the described embodiments.
  • the state detection circuit can include further circuit elements, for example, for detecting the temperature or a voltage applied to the housing of the corresponding switch to detect a fault.

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Description

  • Die Erfindung betrifft Zustandserkennungsschaltungen, z.B. für fernbetätigbare Schalter, und fernbetätigbare Schalter mit einer entsprechenden Zustandserkennungsschaltung.
  • Fernbetätigbare Schalter sind Schaltungselemente, die einen elektrischen Kontakt zwischen Elektroden auf Wunsch herstellen bzw. eine elektrische Verbindung zwischen Elektroden auf Wunsch trennen können. Dazu ist es möglich, den Schaltzustand aus der Ferne zu steuern.
  • Relais und Leistungsschütze stellen Möglichkeiten dar, solche fernbetätigbaren Schalter zu realisieren.
  • Zur Kontrolle ihrer Funktion ist es im allgemeinen wünschenswert, den Schaltzustand nicht nur zu steuern sondern auch auszugeben, um z.B. im Fehlerfall den Unterschied zwischen Schalt-Ist-Zustand und Schalt-Soll-Zustand zu erkennen.
  • Aus der WO 2017/129823 A1 sind Relais bekannt, die einen Read-Kontakt aufweisen, der den Schaltzustand des Relais an eine externe Schaltungsumgebung mitteilen können soll.
  • Aus der WO 2020/043515 A1 sind Leistungsschütze bekannt, deren Schaltung zur Mitteilung des Schalt-Ist-Zustands ein Hall-Schalter umfasst.
  • Aus US 4 450 427 A ist ein Schütz bekannt, in dessen unmittelbarer Nähe ein Hallsensor angeordnet ist. Der Hallsensor wird dabei dazu verwendet, kleine Variationen im magnetischen Fluss des Schützes zu erkennen und diese durch eine Anpassung der angelegten Spannung auszugleichen.
  • US 2020 / 365 346 A1 zeigt eine Unterbrechungsschaltung.
  • CN 103 954 820 B zeigt eine Selbst-Test Vorrichtung.
  • US 5 694 341 A zeigt einen Hallsensor, der in der Umgebung des rotierenden Magneten angeordnet ist und der eine Anzahl von Rotationen ermitteln soll.
  • Fernbetätigbare Schalter, z.B. Leistungsschütze, verfügen im Allgemeinen über einen Steuerstromkreis, der einen Laststromkreis ein- und ausschalten kann. Eine mögliche Verwendung solcher Leistungsschütze besteht darin, die elektrische Verbindung zwischen einer Batterie und einem Elektromotor, z.B. in einem Elektrokraftfahrzeug, herzustellen oder zu trennen. Damit kann dem Leistungsschütz die Funktion einer Sicherheitskomponente zukommen, bei der bei einer entsprechenden Fehlfunktion Quelle und Last, d.h. Batterie und Elektromotor, speziell bei hohen Spannungen, z.B. 450 V, getrennt werden können.
  • Z.B. aus den oben genannten Druckschriften bekannte fernbetätigbare Schalter sind üblicherweise für eine Betriebsspannung in Höhe von 5 V geeignet. Ferner ist die Stromaufnahme relativ hoch. Im Übrigen besteht die Gefahr die Elektronik bei einer Verpolung der Anschlussleitungen zu beschädigen. Außerdem kann die Elektronik durch elektrostatische Aufladung und Überspannungsimpulse zerstört werden.
  • Im Übrigen sind Read-Kontakte zwar eine simple Lösung zur Ausgabe des Schaltzustands. Allerdings ist die Zuverlässigkeit von Read-Kontakten speziell bei Anwesenheit externer übrigen Magnetfelder verbesserungsfähig.
  • Bekannte fernbetätigbare Schalter mit Hall-Schaltern weisen die oben genannten Nachteile auf.
  • Es besteht deshalb der Wunsch, die Zuverlässigkeit von Schaltzustanderkennungsschaltungen zu verbessern. Insbesondere besteht der Wunsch nach Zustandserkennungsschaltungen und entsprechenden fernbetätigbaren Schaltern, die eine erhöhte Zuverlässigkeit aufweisen, ohne dass die externe Schaltungsumgebung an verbesserte fernbetätigbare Schalter speziell angepasst werden müsste. Ferner besteht auch der Wunsch nach fernbetätigbaren Schaltern mit verringertem Stromverbrauch.
  • Dazu wird eine Zustandserkennungsschaltung bzw. ein fernbetätigbarer Schalter mit einer Zustandserkennungsschaltung gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 und dem nebengeordneten Anspruch angegeben. Abhängige Ansprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen an.
  • Die Zustandserkennungsschaltung umfasst eine Hallsensor-Schaltung mit einem Hallsensor. Ferner hat die Zustandserkennungsschaltung einen Spannungsregler und einen Ausgangsschalter. Die Hallsensor-Schaltung ist dabei zwischen dem Spannungsregler und dem Ausgangsschalter verschaltet.
  • Mit dieser Verschaltungskonfiguration aus Hallsensor-Schaltung, Spannungsregler und Ausgangsschalter ist es möglich, eine Zustandserkennungsschaltung anzugeben, die nicht nur für eine Betriebsspannung von 5 V sondern für eine Betriebsspannung, die in einem breiten Spannungsbereich liegen kann, anzugeben. Ferner ist die Stromaufnahme im Vergleich zu bekannten Zustandserkennungsschaltungen deutlich reduziert. Während die Stromaufnahme einer Zustandserkennungsschaltung aus der WO 2020/043515 A1 bis zu 20 mA betragen kann, ist es möglich, dass die vorliegende Zustandserkennungsschaltung eine maximale Stromaufnahme von 5 mA oder weniger, z.B. 2,4 mA, aufweist.
  • Über den Spannungsregler kann eine externe Versorgungsspannung die Zustandserkennungsschaltung mit Energie versorgen. Über den Ausgangsschalter kann der Schaltzustand, z.B. eines zugehörigen fernbetätigbaren Schalters, an eine externe Schaltungsumgebung mitgeteilt werden.
  • Ferner ist es möglich, die Anschlussleitungen so zu konfigurieren, dass die Verpolungssicherheit der Elektronik der Zustandserkennungsschaltung verbessert ist und dadurch auch bei einer falschen Verschaltung mit einer externen Schaltungsumgebung nicht beschädigt wird.
  • Außerdem ist es möglich, die empfindlichen Komponenten der Zustandserkennungsschaltung so zu konfigurieren, dass die Elektronik durch eine elektrostatische Aufladung und/oder Überspannungsimpulse nicht zerstört werden.
  • Die Zustandserkennungsschaltung wie oben angegeben unterscheidet sich fundamental von Erkennungsschaltungen, wie sie z.B. aus der WO 2020/043515 A1 bekannt sind. Aus der WO 2020/043515 A1 sind beispielsweise aus Figur 3B Zustandserkennungsschaltungen bekannt, bei denen ein Operationsverstärker 203 zwischen einem Hallsensor 19 und einem Halbleiterschalter 207 verschaltet ist.
  • Im Gegensatz dazu gibt die Zustandserkennungsschaltung wie oben beschrieben eine Konfiguration an, bei der der Hallsensor, der Teil einer Hall-Schaltung ist, zwischen dem Spannungsregler und dem Ausgangsschalter verschaltet ist.
  • Im Übrigen gibt es kein Äquivalent für den Spannungsregler der vorliegenden Zustandserkennungsschaltung in der Erkennungsschaltung der WO 2020/043515 A1 und keine Entsprechung des Operationsverstärkers 203 der WO 2020/043515 A1 in der Zustandserkennungsschaltung wie oben beschrieben. Die Zustandserkennungsschaltung wie oben beschrieben ist somit fundamental verschieden von der Schaltungstopologie der Erkennungsschaltung der WO 2020/043515 A1 .
  • Aufgrund der Möglichkeit, dass die Zustandserkennungsschaltung wie oben beschrieben mit einem breiten Bereich einer Versorgungsspannung betrieben werden kann ist die Zustandserkennungsschaltung universell einsetzbar. Damit kann sie auch ohne zusätzlichen Entwicklungsaufwand bisherige Erkennungsschaltungen ersetzen, um entsprechende fernbetätigbare Schalter zu verbessern und den Stromverbrauch zu verringern. Der Versorgungsspannungsbereich kann z.B. 4 V oder mehr und 36 V oder weniger betragen.
  • Der Hallsensor liefert ein binäres Ausgangssignal.
  • Die Schaltungskonfiguration mit der Hallsensor-Schaltung zwischen dem Spannungsregler und dem Ausgangsschalter ermöglicht es, als Hallsensor ein Element zu verwenden, das ein binäres Ausgangssignal erzeugt. Der Hallsensor der WO 2020/043515 A1 ist dafür vorgesehen für einen Schaltzustand einen Strom zu liefern, der zwischen 5 und 7 mA liegt. Um den jeweils anderen Schaltzustand anzuzeigen, gibt der Hallsensor einen Strom aus, der zwischen 12 mA und 17 mA liegt. Der Hallsensor der WO 2020/043515 A1 ist somit eine Stromquelle mit einem relativ hohen Stromverbrauch, während das binäre Ausgangssignal des Hallsensors gemäß der vorliegenden Zustandserkennungsschaltung leichter durch nachfolgende Schaltungselemente auszuwerten sind und einen geringeren Energieverbrauch ermöglicht.
  • Es ist möglich, dass die Zustandserkennungsschaltung ferner einen Ausgangsanschluss umfasst. Der Ausgangsschalter ist dann dazu vorgesehen und natürlich entsprechend geeignet, einen Schaltzustand eines fernbetätigten Schalters gemäß einer magnetischen Umgebung des Hallsensors am Ausgangsanschluss bereitzustellen.
  • Dabei verwendet der Hallsensor den Hall-Effekt, d.h. es wird die magnetische Umgebung des Hallsensors detektiert.
  • Fernbetätigbare Schalter, z.B. Relais oder Leistungsschütze, haben im Allgemeinen eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode sowie einen elektrischen Leiter, dessen Position innerhalb des fernbetätigbaren Schalters variiert werden kann. Insbesondere kann der elektrische Leiter mechanisch mit den beiden Elektroden in Kontakt gebracht werden, um die beiden Elektroden elektrisch zu verbinden und mechanisch zumindest von einer der beiden Elektroden getrennt werden, um die elektrische Verschaltung der beiden Elektroden zu trennen. Mit dem elektrischen Leiter des fernbetätigbaren Schalters kann ein Magnet mechanisch verbunden sein, der analog zum elektrischen Leiter seine Position je nach Schaltzustand verändert. Der Hallsensor ist dabei relativ zum fernbetätigbaren Schalter fixiert angeordnet, so dass sich beim Ändern des Schaltzustandes auch die Entfernung zwischen dem Magnet und einem sensiblen Bereich des Hallsensors ändert. Damit ändert sich beim Aktivieren des fernbetätigbaren Schalters die magnetische Umgebung des Hallsensors. Diese Information, die dem Schaltzustand des zugehörigen fernbetätigbaren Schalters entspricht, kann somit am Ausgangsanschluss der Zustandserkennungsschaltung an eine externe Schaltungsumgebung bereitgestellt werden.
  • Die Verwendung eines Hallsensors hat dabei den Vorteil, dass der Hallsensor ohne mechanischen Verschleiß arbeitet, was die Zuverlässigkeit und Lebensdauer der Zustandserkennungsschaltung verbessert.
  • Es ist möglich, dass die Zustandserkennungsschaltung ferner einen Versorgungsanschluss und einen Masseanschluss aufweist. Über den Versorgungsanschluss kann eine Versorgungsspannung an die Zustandserkennungsschaltung bereitgestellt werden. Über den Masseanschluss kann die Zustandserkennungsschaltung mit dem Massepotential einer externen Schaltungsumgebung verschaltet sein.
  • Aufgrund der Konfiguration der Zustandserkennungsschaltung mit der Hallsensor-Schaltung zwischen dem Spannungsregler und dem Ausgangsschalter ist es möglich, dass der Versorgungsanschluss dazu geeignet ist, ein breites Spektrum an Versorgungsspannungen zu akzeptieren, um ordnungsgemäß zu funktionieren. Es ist dabei möglich, dass als zulässige Versorgungsspannung jede Spannung zwischen 4 V und 36 V genügt, um die Zustandserkennungsschaltung zu betreiben.
  • Es ist möglich, dass der Hallsensor mit drei verschiedenen Leitungen der Hallsensor-Schaltung verschaltet ist.
  • Die Konfiguration, bei der der Hallsensor mit drei verschiedenen Leitungen der Hallsensor-Schaltung verschaltet ist, stellt somit eine Schaltungsumgebung für den Hallsensor dar, die sich wesentlich von der Schaltungsumgebung um den Hallsensor der WO 2020/043515 A1 unterscheidet. Der in Figur 3B der WO 2020/043515 A1 zeigt klar, dass der Hallsensor 19 mit genau zwei Leitungen seiner Schaltungsumgebung verschaltet ist.
  • Die Zustandserkennungsschaltung wie oben beschrieben gibt somit eine neue und verbesserte Konfiguration an, mit der die Zuverlässigkeit erhöht und der Stromverbrauch verringert sind. Es ist möglich, dass dabei der Hallsensor mit Masse und mit dem Ausgangsschalter verschaltet ist und ferner mit einem Ausgang des Spannungsreglers elektrisch gekoppelt ist.
  • Die Verschaltung mit Masse und mit dem Ausgangsschalter kann dabei eine direkte Verschaltung sein. D.h. es ist möglich, dass der Hallsensor direkt mit Masse und direkt mit dem Ausgangsschalter verschaltet ist.
  • Es ist möglich, dass die Hallsensor-Schaltung ferner ein resistives Element und ein kapazitives Element umfasst. Das resistive Element kann dabei zwischen einem Ausgang des Spannungsreglers und einem ersten Anschluss des Hallsensors verschaltet sein. Das kapazitive Element kann ferner zwischen dem ersten Anschluss des Hallsensors und Masse verschaltet sein.
  • Das erste resistive Element kann einem widerstand zwischen 50 Ω und 150 Ω, z.B. 100 Ω aufweisen. Das kapazitive Element kann eine Kapazität zwischen 5 nF und 15 nF, z.B. 10 nF aufweisen. Das kapazitive Element kann dabei eine Nennspannung von 50 V aufweisen und somit im Spannungsbereich zwischen 5 V und 50 V problemlos arbeiten.
  • Es ist möglich, dass das resistive Element und das kapazitive Element zusammen ein Glied eines RC-Filters bilden. Dieser Filter kann eine Welligkeit einer Versorgungsspannung des Spannungsreglers reduzieren und damit die Versorgungsspannung des Hallsensors glätten.
  • Es ist möglich, dass die Zustandserkennungsschaltung ferner eine erste Diode aufweist. Die erste Diode kann zwischen dem Versorgungsanschluss und einem Eingang des Spannungsreglers verschaltet sein.
  • Die erste Diode kann dabei eine Verpolungsschutzdiode darstellen, die die Zustandserkennungsschaltung gegen eine Beschädigung bei falscher Verpolung schützt. Der Schutz gegen falsche Verpolung kann dabei bis zu einer Spannung in Höhe von 60 V ermöglicht sein. Die Flussspannung kann 0,5 V betragen. Die Dauerstrombelastung kann 30 mA betragen und die maximale Kurzzeitstrombelastung kann 2 A betragen.
  • Es ist möglich, dass die Zustandserkennungsschaltung ferner eine erste Diodenschaltung zwischen dem Ausgangsanschluss und Masse umfasst.
  • Die erste Diodenschaltung kann dabei zwei in Gegenrichtung angeordnete in Serie verschaltete Dioden umfassen. Die erste Diodenschaltung kann dabei eine Durchbruchspannung von 40 V aufweisen. Die erste Diodenschaltung kann dabei den Ausgangsschalter vor Überspannung schützen.
  • Ferner ist es möglich, dass die Zustandserkennungsschaltung eine zweite Diodenschaltung umfasst. Die zweite Diodenschaltung kann zwischen Masse und dem Versorgungsanschluss verschaltet sein.
  • Die zweite Diodenschaltung kann ebenfalls zwei in Gegenrichtung angeordnete, in Serie verschaltete Dioden aufweisen.
  • Die zweite Diodenschaltung kann dabei eine Durchbruchspannung von 40 V aufweisen. Die zweite Diodenschaltung kann dabei als bidirektionale TVS-Diode ausgestaltet sein. Die zweite Diodenschaltung kann bei Erreichen ihrer Durchbruchspannung durchlässig werden und einen Kurzschluss erzeugen, um die dahinterliegenden Schaltungselemente vor Überspannung zu schützen. Die Zustandserkennungsschaltung ist somit zuverlässig gegen Verpolung geschützt.
  • Es ist möglich, dass die Zustandserkennungsschaltung ferner ein zweites resistives Element umfasst. Das zweite resistive Element kann zwischen dem ersten Anschluss des Hallsensors und dem zweiten Anschluss des Hallsensors verschaltet sein.
  • Das zweite resistive Element kann ein Pull-up-Widerstand des Hallsensors bilden und einen Widerstand zwischen 50 kΩ und 150 kΩ, zum Beispiel 100 kΩ, aufweisen. Das zweite resistive Element kann dabei zur Stabilisierung des Ausgangssignals des Hallsensors dienen.
  • Ferner ist es möglich, dass die Zustandserkennungsschaltung ein drittes resistives Element umfasst. Das dritte resistive Element kann zwischen Masse und dem Ausgangsschalter verschaltet sein.
  • Das dritte resistive Element kann einen Widerstand zwischen 100 Ω und 200 Ω, zum Beispiel 150 Ω, aufweisen. Über das dritte resistive Element kann der Ausgangsschalter eine Kopplung an Masse erhalten, sodass sein elektrisches Potential wohldefiniert gegenüber dem Massepotential ist.
  • Es ist möglich, dass der Ausgangsschalter einen Halbleiterschalter und/oder einen geschützten Halbleiterschalter umfasst.
  • Der Halbleiterschalter kann dabei ein Feldeffekttransistor (FET) sein.
  • Der Halbleiterschalter kann dabei eine Betriebsspannung von 4 V bis 60 V aufweisen und ist dazu vorgesehen, je nach Ausgangssignal des Hallsensors die Schaltzustandsinformation an eine externe Schaltungsumgebung weiterzuleiten, ohne dass der Hallsensor direkt mit der externen Schaltungsumgebung verschaltet ist.
  • Zusätzlich zum reinen Halbleiterschalter kann der Ausgangsschalter weitere Schutzelemente aufweisen, die den Halbleiterschalter vor unzulässigen Betriebsparametern, zum Beispiel sowohl Ströme oder zu hohe Spannungen, schützt. D.h. der Ausgangsschalter kann ein sogenannter Protected FET (ProFET) sein oder einen solchen umfassen.
  • Es ist möglich, dass der Spannungsregler dazu vorgesehen und geeignet ist, bei einer Eingangsspannung zwischen 4 V und 36 V eine Ausgangsspannung bereitzustellen, die zwischen 3 V und 15 V liegt. Die Ausgangsspannung des Spannungsreglers kann dabei insbesondere 5 V betragen. Der Spannungsregler versorgt dabei im Wesentlichen die Hallsensor-Schaltungen mit elektrischer Energie.
  • Es ist möglich, dass der Hallsensor der Hallsensor-Schaltung einen Halbleiterschalter und ein Hall-Element, das mit dem Gateanschluss des Halbleiterschalters verschaltet ist, umfasst. Auch der Halbleiterschalter des Hallsensors kann dabei ein Feldeffekttransistor sein.
  • Diese Konfiguration, bei der der Hallsensor über drei Leitungen mit seiner Schaltungsumgebung verschaltet ist, unterscheidet die Konfiguration der vorliegenden Zustandserkennungsschaltung von entsprechenden Erkennungsschaltungen, zum Beispiel der WO 2020/043515 A1 .
  • Ferner ist es möglich, dass die Zustandserkennungsschaltung ein zweites kapazitives Element umfasst. Das zweite kapazitive Element kann zwischen dem Versorgungsanschluss und Masse verschaltet sein.
  • Das zweite kapazitive Element kann dabei eine Kapazität zwischen 50 nF und 150 nF, zum Beispiel 100 nF, aufweisen und als Glättungskondensator hohe Spannungsspitzen am Versorgungsanschluss der Zustandserkennungsschaltung abfangen. Bei entsprechender Aufladung des zweiten kapazitiven Elements kann dabei die zweite Diodenschaltung durchschalten und Spannungsspitzen an Masse abführen.
  • Ein entsprechender fernbetätigbarer Schalter kann einen elektrischen Schalter und eine Zustandserkennungsschaltung, zum Beispiel wie oben beschrieben, aufweisen. Die Zustandserkennungsschaltung ist dabei dafür vorgesehen und durch ihre spezielle Konfiguration auch fähig, einen Schaltzustand des elektrischen Schalters zuverlässig zu detektieren und an eine externe Schaltungsumgebung bereitzustellen.
  • Es ist möglich, dass der fernbetätigbare Schalter ausgewählt ist aus einem Relais, einem Schütz und einem Hochspannungsschütz.
  • Es ist dabei möglich, dass bei dem fernbetätigbaren Schalter die Zustandserkennungsschaltung darüber informiert, ob der Schaltungszustand des Schalters "wie vorgesehen geschlossen" und/oder "wie vorgesehen geöffnet" ist.
  • Damit kann klar erkannt werden, ob der Schalt-Ist-Zustand wie vorgesehen dem Schalt-Soll-Zustand gleicht oder ob ein Fehler vorliegt und der Schalter nicht einen vorgesehenen Schaltzustand (geöffnet oder geschlossen) innehat, sondern geöffnet ist, wenn er geschlossen sein soll oder geschlossen ist, wenn er geöffnet sein soll oder einen Zustand aufweist, der weder vollständig geschlossen noch vollständig geöffnet ist.
  • Die Schaltungselemente der Zustandserkennungsschaltung können auf einer oder beiden Seiten einer Platine angeordnet sein. Die Platine kann im Boden des fernbetätigbaren Schalters angeordnet sein. Ferner kann die Platine solche Abmessungen aufweisen, dass sie in konventionelle fernbetätigbare Schalter passt. Insbesondere kann die Platine kreisförmig sein und einen Durchmesser aufweisen, der zwischen 10 und 15 mm, zum Beispiel 8,5 mm, 12,5 mm oder 13,9 mm, liegt. Funktionsprinzipien und Details bevorzugter Ausführungsformen sind in den folgenden schematischen Figuren näher gezeigt.
  • Es ist möglich, dass der fernbetätigbare Schalter (FS) ferner eine Kennzeichnung an einem elektrischen Leiter umfasst. Der Leiter ist dazu vorgesehen und geeignet, den Schalter mit einer externen Schaltungsumgebung zu verschalten.
  • Es ist ferner möglich, dass der Leiter eine Anschlussleitung ist und die Kennzeichnung ein Warn-Label zur Warnung vor Verpolung ist. Eine solche Kennzeichnung stellt dabei eine mögliche Konfiguration dar, die die Verpolungssicherheit verbessert.
  • Insbesondere zeigen:
    • Figur 1 die Anordnung einiger Schaltungsblöcke relativ zueinander,
    • Figur 2 das Schaltbild mit weiteren Schaltungselementen einer bevorzugten Ausführungsform,
    • Figur 3 die Schaltungsumgebung des Hall-Elements im Hallsensor,
    • Figur 4 funktionelle Elemente eines fernbetätigbaren Schalters.
    • Fig. 5 Schaltungselemente einer weiteren bevorzugten Ausführungsform.
  • Figur 1 zeigt Blöcke der Zustandserkennungsschaltung ZES. Die Zustandserkennungsschaltung umfasst einen Spannungsregler SR, eine Hallsensor-Schaltung HSS und einen Ausgangsschalter AS. Die Hallsensor-Schaltung beinhaltet dabei einen Hallsensor HS. Die Hallsensor-Schaltung HSS ist zwischen dem Spannungsregler SR und dem Ausgangsschalter AS verschaltet. Die Zustandserkennungsschaltung hat ferner einen Eingang SUP für eine Versorgungsspannung und einen Ausgang OUT, um den Schaltzustand an eine externe Schaltungsumgebung weiterzuleiten. Der Ausgangsschalter AS ist dabei zwischen der Hallsensor-Schaltung HSS und dem Ausgangsanschluss OUT verschaltet. Optional ist der Ausgangsschalter AS mit dem Versorgungsanschluss SUP verschaltet.
  • Die Pfeilrichtungen am Versorgungsanschluss SUP und am Ausgangsanschluss OUT geben die Richtung der entsprechenden elektrischen Leistung an.
  • Durch die Konfiguration mit der Hallsensor-Schaltung und ihrem Hallsensor zwischen dem Spannungsregler und dem Ausgangsschalter unterscheidet sich die Zustandserkennungsschaltung fundamental von entsprechenden Zustandserkennungsschaltungen aus bekannten fernbetätigbaren Schaltern. Infolge der neuen Konfiguration ist es möglich, dass die Zustandserkennungsschaltung einen geringeren Strombedarf aufweist und eine erhöhte Zuverlässigkeit besitzt und dennoch kompatibel mit bisherigen fernbetätigbaren Schaltern ist.
  • Figur 2 zeigt eine Ausführungsform der Zustandserkennungsschaltung ZES mit weiteren Schaltungselementen. So gibt es einen weiteren Anschluss, der mit Massepotential verschaltet sein kann. Insbesondere der Spannungsregler SR, die Hallsensor-Schaltung HSS und der Ausgangsschalter AS können mit Masse verschaltet sein.
  • In der Hallsensor-Schaltung HSS ist ein erster Anschluss HS1 des Hallsensors HS über ein erstes resistives Element R1 mit einem ersten Ausgangsanschluss SR1 des Spannungsreglers SR verschaltet. Ein zweiter Anschluss HS2 der Hallsensor-Schaltung HSS ist mit einem Eingang des Ausgangsschalters AS verschaltet. Ein weiterer Anschluss des Hallsensors HS ist mit Masse verschaltet.
  • Zwischen dem ersten Anschluss HS1 des Hallsensors HS und Masse ist das erste kapazitive Element C1 verschaltet. Zwischen dem ersten Anschluss HS1 des Hallsensors HS und dem zweiten Anschluss HS2 des Hallsensors HS ist der Pull-up-Widerstand R2 verschaltet.
  • Zwischen dem Versorgungsanschluss SUP und dem Spannungsregler SR ist die erste Diode D1 verschaltet. Die erste Diode D1 stellt dabei eine Verpolungsschutzdiode gegen eine falsche Verpolung der Zustandserkennungsschaltung dar.
  • Die erste Diodenschaltung DS1 ist zwischen dem Ausgangsanschluss OUT und Masse verschaltet. Die erste Diodenschaltung DS1 stellt einen Schutz gegen Überspannung dar. Insbesondere kann die erste Diodenschaltung DS1 den Ausgangsschalter AS vor Überspannung schützen.
  • Die zweite Diodenschaltung DS2 ist zwischen dem Versorgungsanschluss SUP und Masse verschaltet. Die zweite Diodenschaltung DS2 schützt die dahinterliegenden Schaltungselemente vor Überspannung am Versorgungsanschluss SUP. Spannungsspitzen werden bei Überschreiten der Durchbruchspannung der zweiten Diodenschaltung DS2 an Masse abgeleitet.
  • Das dritte resistive Element R3 ist zwischen Masse und dem Ausgangsschalter AS verschaltet und stellt dem Ausgangsschalter AS ein definiertes Potential gegenüber Masse zur Verfügung.
  • Figur 3 zeigt einen möglichen internen Aufbau des Hallsensors HS. Darin können ein Hall-Element HE und ein Halbleiterschalter HLS enthalten sein. Das Hall-Element HE ist in der Nähe einer Ruheposition eines Magnets am beweglichen elektrischen Leiter des fernbetätigbaren Schalters angeordnet und detektiert Magnetfelder in seiner Umgebung. Das Hall-Element HE ist mit der Basis des Halbleiterschalters HLS verschaltet. Insgesamt ist der Hallsensor HS über drei Leitungen mit seiner Schaltungsumgebung verschaltet und stellt an seinem Ausgang über den Halbleiterschalter HLS ein binäres Ausgangssignal bezüglich der magnetischen Umgebung des Hall-Elements zur Verfügung. Der Halbleiterschalter HLS des Hallsensors HS ist dabei im Wesentlichen mit dem Ausgangsschalter AS gekoppelt oder direkt verbunden.
  • Figur 4 zeigt zentrale Elemente eines fernbetätigbaren Schalters FS. Der fernbetätigbare Schalter FS hat eine erste Elektrode EL1 und eine zweite Elektrode EL2 sowie einen elektrischen Leiter L. Der elektrische Leiter L kann an einem Schubelement SCH befestigt sein. Über das Schubelement SCH kann der elektrische Leiter, zum Beispiel über Magnetspulen MS angetrieben, an die erste Elektrode EL1 und an die zweite Elektrode EL2 angedrückt oder von den Elektroden EL1, EL2 weggezogen werden. Dadurch kann der fernbetätigbare Schalter einen elektrischen Kontakt zwischen den Elektroden EL1 und EL2 schließen oder öffnen. Die Magnetspulen MS können durch entsprechende Ströme aus der Ferne gesteuert werden. Fest mit dem Schubelement SCH verbunden ist ein Magnet M, der in Abhängigkeit von der Position des elektrischen Leiters L ebenfalls seine Position ändert und damit die magnetische Umgebung des Hallsensors HS ändert. Auf der Basis seiner magnetischen Umgebung kann der Hallsensor HS ein binäres Signal bezüglich des Schaltzustandes des elektrischen Leiters L an die externe Schaltungsumgebung weiterleiten. Die Schaltungselemente oder Schaltungsblöcke der Zustandserkennungsschaltung können an einer oder beiden Seiten einer Leiterplatte LP angeordnet sein, die mit dem Hallsensor HS verschaltet ist. Die Leiterplatte LP kann im Bodenbereich des fernbetätigbaren Schalters FS angeordnet und befestigt sein. Die Leiterplatte LP kann dabei eine Größe und eine Form haben, sodass sie in entsprechende Ausnehmungen in üblichen fernbetätigbaren Schaltern FS verwendbar ist. Damit können der Stromverbrauch üblicher fernbetätigbarer Schalter verringert und die Zuverlässigkeit erhöht werden, ohne dass die anderen Schalterelemente des Schalters ES einer Überarbeitung bedürfen.
  • Figur 5 zeigt eine bevorzugte Form einer Zustandserkennungsschaltung, die auf der Schaltung gemäß der Figur 2 basiert. So ist - verglichen mit der Schaltung der Figur 2 - der Ausgangsschalter der Schaltung gemäß der Figur 5 direkt mit Masse statt mit dem Versorgungsanschluss Sup verschaltet. Ferner fehlt der Schaltung gemäß Figur 5 das dritte resistive Element R3 und dem Ausgangsschalter der Schaltung gemäß Figur 5 die zugehörige Verschaltung über R3 mit Masse. Die erste Diode D1 der Schaltung gemäß Figur 2 ist in der Ausführungsform gemäß der Figur 5 nicht mehr enthalten.
  • Der Widerstandswert des zweiten resisitiven Elements R2 kann zwischen 2 kΩ und 10 kΩ, z.b. 4,7 kΩ, betragen. Der Ausgangsschalter AS kann als dreipoliger (Halbleiter-) Schalter, z.B. als Pro(tected)-FET ausgeführt sein.
  • Die Zustandserkennungsschaltung und der fernbetätigbare Schalter sind nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Die Zustandserkennungsschaltung kann noch weitere Schaltungselemente, zum Beispiel zum Detektieren der Temperatur oder einer am Gehäuse des entsprechenden Schalters anliegenden Spannung zum Detektieren eines Fehlers, aufweisen.
    • Bezugszeichenliste
    • AS
    Ausgangsschalter
    C1
    erstes kapazitives Element
    C2
    zweites kapazitives Element
    D1
    erste Diode
    DS1
    erste Diodenschaltung
    DS2
    zweite Diodenschaltung
    EL1
    erste Elektrode des fernbetätigbaren Schalters
    EL2
    zweite Elektrode des fernbetätigbaren Schalters
    ES
    elektrischer Schalter des fernbetätigbaren Schalters
    FS
    fernbetätigbarer Schalter
    HE
    Hall-Element
    HLS
    Halbleiterschalter
    HS
    Hallsensor
    HS1
    erster Ausgang des Hallsensors
    HS2
    zweiter Ausgang des Hallsensors
    HSS
    Hallsensor-Schaltung
    L
    beweglicher elektrischer Leiter
    LP
    Leiterplatte
    M
    Magnet
    MS
    Magnetspule
    OUT
    Ausgangsanschluss
    R1
    erstes resistives Element
    R2
    zweites resistives Element
    R3
    drittes resistives Element
    SCH
    Schubelement
    SR
    Spannungsregler
    SR1
    erster Ausgang des Spannungsreglers
    SUP
    Versorgungsanschluss
    ZES
    Zustandserkennungsschaltung

Claims (20)

  1. Zustandserkennungsschaltung (ZES), umfassend
    - eine Hallsensor-Schaltung (HSS) mit einem Hallsensor (HS),
    - einen Spannungsregler (SR) und
    - einen Ausgangsschalter (AS),
    wobei die Hallsensor-Schaltung (HSS) zwischen dem Spannungsregler (SR) und dem Ausgangsschalter (AS) verschaltet ist,
    wobei der Hallsensor (HS) dazu ausgestaltet ist, derart angeordnet zu werden, dass sich beim Aktivieren eines fernbetätigbaren Schalters (FS) eine magnetische Umgebung des Hallsensors (HS) ändert,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Hallsensor (HS) dazu ausgestaltet ist, ein binäres Ausgangssignal bezüglich einer magnetischen Umgebung des Hallsensors (HS) zur Verfügung zu stellen, und
    dass der Ausgangsschalter (AS) dazu vorgesehen ist, je nach Ausgangssignal des Hallsensors (HS) eine Schaltzustandsinformation des fernbetätigbaren Schalters (FS) an eine externe Schaltungsumgebung weiterzuleiten.
  2. Zustandserkennungsschaltung (ZES) nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Ausgangsanschluss (OUT),
    wobei der Ausgangsschalter (AS) dazu vorgesehen ist, einen Schaltzustand eines fernbetätigten Schalters (FS) gemäß der magnetischen Umgebung des Hallsensors (HS) am Ausgangsanschluss (OUT) bereitzustellen.
  3. Zustandserkennungsschaltung (ZES) nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner umfassend einen Versorgungsanschluss (SUP) und einen Masseanschluss (GND).
  4. Zustandserkennungsschaltung (ZES) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Hallsensor (HS) mit drei verschiedenen Leitungen der Hallsensor-Schaltung (HSS) verschaltet ist.
  5. Zustandserkennungsschaltung (ZES) nach dem vorherigen Anspruch, wobei der Hallsensor (HS)
    - mit Masse (GND) und dem Ausgangsschalter (AS) verschaltet und
    - mit einem Ausgang (SR1) des Spannungsreglers (SR) elektrisch gekoppelt ist.
  6. Zustandserkennungsschaltung (ZES) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei
    - die Hallsensor-Schaltung (HSS) ferner ein resistives Element (R1) und ein kapazitives Element (C1) umfasst und
    - das resisitive Element (R1) zwischen einem Ausgang (SR1) des Spannungsreglers (SR) und einem ersten Anschluss (HS1) des Hallsensors (HS) verschaltet ist und
    - das kapazitive Element (C1) zwischen dem ersten Anschluss (HS1) des Hallsensors (HS) und Masse (GND) verschaltet ist.
  7. Zustandserkennungsschaltung (ZES) nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner umfassend eine erste Diode (D1) zwischen dem Versorgungsanschluss (SUP) und einem Eingang des Spannungsreglers (SR).
  8. Zustandserkennungsschaltung (ZES) nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner umfassend eine erste Diodenschaltung (DS1) zwischen dem Ausgangsanschluss (OUT) und Masse (GND).
  9. Zustandserkennungsschaltung (ZES) nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner umfassend eine zweite Diodenschaltung (DS2) zwischen Masse (GND) und dem Versorgungsanschluss (SUP).
  10. Zustandserkennungsschaltung (ZES) nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner umfassend ein zweites resistives Element (R2) zwischen dem ersten Anschluss (HS1) des Hallsensors (HS) und dem zweiten Anschluss (HS2) des Hallsensors (HS).
  11. Zustandserkennungsschaltung (ZES) nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner umfassend ein drittes resistives Element (R3) zwischen Masse (GND) und dem Ausgangsschalter (AS).
  12. Zustandserkennungsschaltung (ZES) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Ausgangsschalter einen Halbleiterschalter und/oder einen geschützten Halbleiterschalter umfasst.
  13. Zustandserkennungsschaltung (ZES) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Spannungsregler dazu vorgesehen und geeignet ist, bei einer Eingangsspannung zwischen 4 V und 36 V eine Ausgangsspannung bereitzustellen, die zwischen 3 V und 15 V liegt oder 5 V ist.
  14. Zustandserkennungsschaltung (ZES) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Hallsensor (HS) einen Halbleiterschalter (HLS) und ein Hallelement (HE), das mit dem Gate-Anschluss des Halbleiterschalters verschaltet ist, umfasst.
  15. Zustandserkennungsschaltung (ZES) nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner umfassend ein zweites kapazitives Element (C2), das zwischen dem Versorgungsanschluss (SUP) und Masse (GND) verschaltet ist.
  16. Fernbetätigbarer Schalter (FS), umfassend
    - einen elektrischen Schalter (ES) und eine Zustandserkennungsschaltung (ZES) nach einem der vorherigen Ansprüche, die dafür vorgesehen ist, einen Schaltzustand des elektrischen Schalters (ES) bereitzustellen.
  17. Fernbetätigbarer Schalter (FS) nach dem vorherigen Anspruch, der ausgewählt ist aus einem Relais, einem Schütz, einem Hochspannungsschütz.
  18. Fernbetätigbarer Schalter (FS) nach einem der beiden vorherigen Ansprüche, bei dem die Zustandserkennungsschaltung darüber informiert, ob der Schaltungszustand des Schalters "wie vorgesehen geschlossen" und/oder "wie vorgesehen geöffnet" ist.
  19. Fernbetätigbarer Schalter (FS) nach einem der drei vorherigen Ansprüche, ferner umfassend eine Kennzeichnung an einem elektrischen Leiter, der dazu vorgesehen und geeignet ist, den Schalter mit einer externen Schaltungsumgebung zu verschalten.
  20. Fernbetätigbarer Schalter (FS) nach einem der vier vorherigen Ansprüche, wobei der Leiter eine Anschlussleitung ist und die Kennzeichnung ein Warn-Label zur Warnung vor Verpolung ist.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102024106555B3 (de) * 2024-03-07 2025-05-15 Tdk Electronics Ag Schaltvorrichtung und Betriebsvorrichtung mit einer Schaltvorrichtung

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4450427A (en) * 1981-12-21 1984-05-22 General Electric Company Contactor with flux sensor
JPH02144815A (ja) * 1988-11-28 1990-06-04 Matsushita Electric Ind Co Ltd リレー回路
KR0121130B1 (ko) * 1994-10-27 1997-11-10 구자홍 교반 유체의 중량감지방법 및 장치
DE202010012939U1 (de) 2010-11-19 2011-02-03 steute Schaltgeräte GmbH & Co. KG Zweiadriger Sicherheits-Hall-Schalter
JP5733532B2 (ja) * 2012-10-24 2015-06-10 Tdk株式会社 磁気センサ
DE102012223573A1 (de) * 2012-12-18 2014-07-03 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Überwachen von Signalpegeln
CN103954820B (zh) * 2014-04-16 2017-09-08 北京航天发射技术研究所 抛筒盖电子等效、自检测装置
DE102016107127B4 (de) * 2016-01-29 2025-12-18 Tdk Electronics Ag Relais
DE102018120984B4 (de) 2018-08-28 2022-03-31 Tdk Electronics Ag Schaltvorrichtung
CN209605837U (zh) * 2019-05-15 2019-11-08 四川华灿电子有限公司 一种基于霍尔传感器的电子式里程表系统
US11342151B2 (en) * 2019-05-18 2022-05-24 Amber Solutions, Inc. Intelligent circuit breakers with visual indicators to provide operational status
CN110763910A (zh) * 2019-11-11 2020-02-07 绵阳市维博电子有限责任公司 一种数显直流表及其电流采样电路

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Publication number Publication date
WO2022167463A1 (de) 2022-08-11
JP2025170432A (ja) 2025-11-18
DE102021102714B3 (de) 2022-07-07
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CN116868298A (zh) 2023-10-10
JP2024506827A (ja) 2024-02-15
US20240105411A1 (en) 2024-03-28

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