WO1996038893A1 - Freilaufkreis mit einstellbarer aus-verzugszeit - Google Patents

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Bernhard Streich
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Definitions

  • the invention relates to a freewheeling circuit with a predefinable OFF delay time for a coil, with the following features:
  • the free-wheeling circuit comprises a series circuit lying parallel to the coil and consisting of a first diode and a voltage-dependent resistor, b) the voltage-dependent resistor is connected in parallel with a first switching transistor, c) there is a parallel connection consisting of a capacitor and a for driving the first switching transistor first ohmic resistance at its control input, d) the parallel connection is simultaneously connected to a control supply voltage source.
  • a generic freewheeling circuit is known from DE 33 17 942 C2.
  • a circuit arrangement for protecting mechanical switching devices by an electronic switch is disclosed here.
  • the mechanical switching devices are in series with ohmic inductive loads fed by direct current.
  • the electronic switch can be controlled by a capacitive memory loaded from the load voltage.
  • the electronic switch is parallel to the load and becomes conductive when the switching device is switched off.
  • the electronic switch has a voltage-dependent resistor in parallel and the parallel connection is in turn parallel to the load.
  • the circuit arrangement acts similarly to a freewheeling diode connected in parallel to the load. As long as a control ⁇ supply voltage source connected to the load, the capacitive accumulator is charged and the electronic switch turned on.
  • Such ohmic inductive loads are e.g. Contactor coils that are supplied with direct current by a control supply voltage source. Depending on the size of the contactor and the contactor coil used, the contactor may fall off, e.g. 100 to 300 msec, which is still relatively slow in view of the requirements. The goal is often to achieve shorter or defined waste times for the shooters.
  • a circuit arrangement for controlling a contactor is disclosed in G 94 09 760.7.
  • Parallel to the contactor coil is a freewheeling branch, which contains a switching transistor and a freewheeling diode in series with it.
  • a freewheel control controls the switching transistor, depending on the voltage form of the control voltage.
  • a device for controlling an electromagnetic consumer includes a series connection of the electromagnetic consumer and a first switching means, a freewheeling circuit for the electromagnetic consumer, which comprises a second switching means, and control means for actuating the switching means.
  • the invention has for its object to provide a free-wheeling circuit of the type mentioned above, with which the magnetic energy of a coil, generally a parallel connected ohmic inductive load, can be reduced from a control supply voltage within a short or defined period after it has been switched off .
  • a freewheeling circuit in the case of shooters, the shooters should have a short or defined fall duration According to the invention this is achieved with the features according to claim 1.
  • the advantage of this freewheeling circuit is its self-controlled effect. It stems from the fact that when switch-off overvoltages occur on the coil, the freewheeling transistor, ie the first switching transistor, is reliably blocked and the current flow is thus commutated to the voltage-dependent resistor.
  • the drawing shows a freewheeling circuit connected in parallel with a coil 1.
  • This parallel connection is connected to a control supply voltage source 8 with a positive pole 13 and a negative pole 14.
  • the freewheeling circuit comprises a series circuit directly parallel to the coil 1, comprising a first diode 2 and a first switching transistor 4, to which a voltage-dependent resistor 3 is connected in parallel.
  • the drain terminal D of the switching transistor 4 is connected to the negative pole 14, its source terminal S is connected to the anode of the first diode 2, which in turn is connected to the positive pole 13 with its cathode terminal.
  • the positive pole 13 is connected to the gate terminal G of the first switching transistor 4 via a third diode 15 and a third ohmic resistor 16 connected in series therewith.
  • a parallel circuit 5 consisting of a first ohmic resistor 7 and a capacitor 6 lies between the source terminal S and the gate terminal G of the first switching transistor 4.
  • the parallel circuit 5 has a first Zener diode 17 and a second switching transistor 9 connected in parallel which with its emitter at the source terminal S and with its collector at the gate terminal G of the first switching transistor 4th is present.
  • the base of the second switching transistor 9 is connected to the negative pole 14 via a series circuit comprising a second ohmic resistor 10, a second Zener diode 11 and a second diode 12, the anode connection of the second diode 12 and the two cathode connections being connected to this the second diode 12 and the second zener diode 11 are connected to one another.
  • the coil 1 is e.g. a contactor coil, which an electronic control 18, as shown, can be connected in series.
  • the control supply voltage source 8 is a direct voltage source with which the coil 1, generally an ohmic inductive load, is supplied. At the same time, a control voltage is applied to the series connection of the first zener diode 17, the first ohmic resistor 7 and the capacitor 6 via the diode 15 and the ohmic resistor 16. This switches the first switching transistor 4 into the conductive state, which is maintained as long as the control supply voltage source 8 is switched on. When the control supply voltage source 8 is switched off, the control voltage from the first switching transistor 4 decreases only slowly after the time constant specified by the parallel circuit 5 until it reaches a value at which the first
  • Switching transistor 4 blocks. To avoid the unstable switching state of the first switching transistor 4 in its linear region, the second switching transistor 9 ensures safe blocking of the first switching transistor 4 operating as a free-wheeling transistor.
  • the diode connection of the second switching transistor 9, consisting of the second ohmic resistor 10, the second Zener diode 11 and the second diode 12, is used in the event of overvoltages on the first switching transistor 4 which occur when the first switching transistor 4 is in the linear range works, the second switching transistor 9th to steer safely and thus short-circuit the gate-source path of the first switching transistor 4 and thus to block it.
  • the voltage-dependent resistor 3 serves to protect the drain-source path of the first switching transistor 4. It reduces the switch-off overvoltages on the coil 1 which occur when the control supply voltage source 8 is switched off and protects the first switching transistor 4 against destruction.
  • the switch-off delay time of the contactor can be set as desired. This only applies up to the maximum switch-off delay period in which the contactor would drop out without circuitry.
  • the circuitry can be adapted to various electromagnetic drives.
  • the freewheeling circuit can also be used for an electronically clocked coil control 18.
  • the freewheeling circuit described here is much simpler and has fewer components.

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Abstract

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

Description

Beschreibung
Freilaufkreis mit einstellbarer AUS-Verzugszeit
Die Erfindung bezieht sich auf einen Freilaufkreis mit vor¬ gebbarer AUS-Verzugsdauer für eine Spule, mit folgenden Merkmalen:
a) der Freilaufkreis umfaßt eine parallel zur Spule liegende Reihenschaltung aus einer ersten Diode und einem span¬ nungsabhängigen Widerstand, b) dem spannungsabhängigen Widerstand ist ein erster Schalt- transistor parallelgeschaltet, c) zur Ansteuerung des ersten Schalttransistors liegt eine Parallelschaltung aus einem Kondensator und einem ersten ohmschen Widerstand an dessen Steuereingang, d) die Parallelschaltung liegt gleichzeitig an einer Steuer¬ speisespannungsquelle.
Ein gattungsgemäßer Freilaufkreis ist aus der DE 33 17 942 C2 bekannt. Hier ist eine Schaltungsanordnung zum Schutz von mechanischen Schaltgeräten durch einen elektronischen Schal¬ ter offenbart. Die mechanischen Schaltgeräte liegen mit durch Gleichstrom gespeisten ohmschen induktiven Lasten in Reihe. Der elektronische Schalter ist durch einen aus der Lastspan¬ nung geladenen kapazitiven Speicher steuerbar. Dabei liegt der elektronische Schalter parallel zur Last und wird beim Ausschalten des Schaltgeräts leitfähig. Dem elektronischen Schalter liegt ein spannungsabhängiger Widerstand parallel und die Parallelschaltung liegt wiederum zur Last parallel. Die Schaltungsanordnung wirkt ähnlich wie eine zur Last parallel geschaltete Freilaufdiode. Solange eine Steuer¬ speisespannungsquelle an die Last angeschaltet ist, wird der kapazitive Speicher aufgeladen und der elektronische Schalter durchgesteuert. Sobald die Steuerspannungεquelle von der Last abgetrennt wird, entlädt sich der kapazitive Speicher, was einen Übergang des elektronischen Schalters in den Sperrzu- stand bewirkt. Der aufgrund der gespeicherten magnetischen Energie weiterhin durch die ohmsche induktive Last hindurch¬ fließende Strom wird von dem elektronischen Schalter auf den spannungsabhängigen Widerstand kommutiert, und damit wird die in der Induktivität gespeicherte Restenergie endgültig schnell abgebaut.
Derartige ohmsche induktive Lasten sind z.B. Schützspulen, die durch eine Steuerspeisespannungsquelle mit Gleichstrom versorgt werden. Je nach Größe des Schützes und der dabei verwendeten Schützspule ergeben sich für das Abfallen des Schützes Abfalldauern von z.B. 100 bis 300 msek, was im Hin¬ blick auf die Erfordernisse noch relativ langsam ist. Es besteht vielfach das Ziel, kürzere bzw. definierte Abfall- dauern für die Schütze zu erreichen.
In der G 94 09 760.7 ist eine Schaltungsanordnung zur An- steuerung eines Schützes offenbart. Parallel zur Schützspule liegt ein Freilaufzweig, der einen Schalttransistor und eine dazu in Reihe liegende Freilaufdiode enthält. Eine Freilauf¬ steuerung steuert den Schalttransistor, abhängig von der Spannungsform der Steuerspannung.
Weiterhin ist eine Vorrichtung zur Ansteuerung eines elektro- magnetischen Verbrauchers bekannt (siehe DE 43 21 127 AI) . Diese umfaßt eine Serienschaltung des elektromagnetischen Verbrauchers und eines ersten Schaltmittels, einen Freilauf¬ kreis für den elektromagnetischen Verbraucher, der ein zwei¬ tes Schaltmittel umfaßt sowie Ansteuermittel für die Betäti- gung der Schaltmittel.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Freilaufkreis der obengenannten Art zu schaffen, mit dem man die magneti¬ sche Energie einer Spule, allgemein einer parallel geschalte- ten ohmschen induktiven Last, nach deren Abschaltung von einer Steuerspeisespannung innerhalb kurzer bzw. definierter Dauer abbauen kann. Der Einsatz eines solchen Freilaufkreises bei Schützen soll eine kurze bzw. definierte Abfalldauer der Schütze ermöglichen. Erfindungsgemäß wird dies mit den Merk¬ malen nach Patentanspruch 1 gelöst. Der Vorteil dieses Frei¬ laufkreises besteht in seiner selbstgesteuerten Wirkung. Sie rührt daher, daß bei Auftreten von Abschaltüberspannungen an der Spule der Freilauftransistor, d.h. der erste Schalttran¬ sistor sicher gesperrt wird und damit der Stromfluß auf den spannungsabhängigen Widerstand kommutiert wird.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung gibt Anspruch 2 wieder.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an¬ hand einer Zeichnung näher erläutert.
Die Zeichnung zeigt einen zu einer Spule 1 parallel geschal¬ teten Freilaufkreis. Diese Parallelschaltung liegt an einer Steuerspeisespannungsquelle 8 mit einem Pluspol 13 und einem Minuspol 14. Der Freilaufkreis umfaßt eine unmittelbar zur Spule 1 parallel liegende Reihenschaltung aus einer ersten Diode 2 und einem ersten Schalttransistor 4, dem ein span¬ nungsabhängiger Widerstand 3 parallel geschaltet ist. Dabei liegt der Drain-Anschluß D des Schalttranεistors 4 am Minus¬ pol 14, sein Source-Anschluß S ist mit der Anode der ersten Diode 2 verbunden, die wiederum mit ihrem Kathodenanschluß an den Pluspol 13 angeschaltet ist. Der Pluspol 13 ist über eine dritte Diode 15 und einen dazu in Reihe liegenden dritten ohmschen Widerstand 16 mit dem Gate-Anschluß G des ersten Schalttransistors 4 verbunden.
Eine aus einem ersten ohmschen Widerstand 7 und einem Konden¬ sator 6 bestehende Parallelschaltung 5 liegt zwischen dem Source-Anschluß S und dem Gate-Anschluß G des ersten Schalt- transistors 4. Der Parallelschaltung 5 liegt eine erste Zenerdiode 17 und ein zweiter Schalttransistor 9 parallel, der mit seinem Emitter am Source-Anschluß S und mit seinem Kollektor am Gate-Anschluß G des ersten Schalttransistors 4 anliegt. Die Basis des zweiten Schalttransistors 9 ist über eine Reihenschaltung aus einem zweiten ohmschen Widerstand 10, einer zweiten Zenerdiode 11 und einer zweiten Diode 12 an den Minuspol 14 geschaltet, wobei an diesem der Anodenan- schluß der zweiten Diode 12 anliegt und die beiden Kathoden- anschlüsse der zweiten Diode 12 und der zweiten Zenerdiode 11 miteinander verbunden sind.
Die Spule 1 ist z.B. eine Schützspule, der eine elektronische Ansteuerung 18, wie dargestellt, in Reihe geschaltet sein kann.
Die Steuerspeisespannungsquelle 8 ist eine Gleichspannungs- quelle, mit der die Spule 1, allgemein eine ohmsche induktive Last, versorgt wird. Zugleich wird über die Diode 15 und den ohmschen Widerstand 16 die in Reihe liegende Parallelschal¬ tung aus der ersten Zenerdiode 17, dem ersten ohmschen Wider¬ stand 7 und dem Kondensator 6 mit einer SteuerSpannung beauf¬ schlagt. Durch diese wird der erste Schalttransistor 4 in den leitenden Zustand geschaltet, der solange beibehalten wird, wie die Steuerspeisespannungsquelle 8 zugeschaltet ist. Bei Abschalten der Steuerspeisespannungsquelle 8 baut sich die AnsteuerSpannung vom ersten Schalttransistor 4 nach der durch die Parallelschaltung 5 vorgegebenen Zeitkonstante nur lang- sam ab, bis sie einen Wert erreicht, bei dem der erste
Schalttransistor 4 sperrt. Zur Vermeidung des labilen Schalt¬ zustandes des ersten Schalttransistors 4 in seinem linearen Bereich wird durch den zweiten Schalttransistor 9 ein siche¬ res Sperren des als Freilauftransistor arbeitenden ersten Schalttransistors 4 gewährleistet.
Die Diodenbeschaltung des zweiten Schalttransistors 9, beste¬ hend aus dem zweiten ohmschen Widerstand 10, der zweiten Zenerdiode 11 und der zweiten Diode 12 dient dazu, beim Auftreten von Überspannungen an dem ersten Schalttransistor 4, welche entstehen, wenn der erste Schalttransistor 4 im linearen Bereich arbeitet, den zweiten Schalttransistor 9 sicher durchzusteuern und damit die Gate-Source-Strecke des ersten Schalttransistors 4 kurzzuschließen und diesen damit zu sperren.
Der spannungsabhängige Widerstand 3 dient zum Schutz der Drain-Source-Strecke des ersten Schalttransistors 4. Er baut die bei Abschaltung der Steuerspeisespannungsquelle 8 entste¬ henden Abschaltüberspannungen an der Spule 1 ab und schützt den ersten Schalttransistor 4 vor Zerstörung.
Durch Varianten des ersten ohmschen Widerstands 7 und des Kondensators 6 kann die in der Spule 1 gespeicherte Restener¬ gie mehr oder weniger schnell abgebaut werden bzw. bei Anwen¬ dung für eine Schützspule die Ausschaltverzugszeit des Schüt- zes beliebig eingestellt werden. Dies gilt nur bis zur maxi¬ malen Ausschaltverzugsdauer, in der das Schütz ohne Beschal¬ tung abfallen würde.
Durch die Dimensionierung der ersten Diode 2, die auch als Freilaufdiode bezeichnet wird, des ersten Schalttransistors 4 und des spannungsabhängigen Widerstands 3 ist die Beschaltung an verschiedene elektromagnetische Antriebe anpaßbar.
Der Freilaufkreis kann auch für eine elektronisch getaktete Spulenansteuerung 18 verwendet werden.
Gegenüber bisher bekannten Schaltungsanordnungen ist der hier beschriebene Freilaufkreis wesentlich einfacher und mit weniger Bauelementen aufgebaut.
Selbstverständlich läßt sich statt des beschriebenen ersten Schalttransistors 4 und des zweiten Schalttransistors 9 ein anderer Schalttransistortyp verwenden.

Claims

Patentansprüche
1. Freilaufkreis mit vorgebbarer AUS-Verzugsdauer für eine Spule (1) , mit folgenden Merkmalen: a) der Freilaufkreis umfaßt eine parallel zur Spule (1) lie¬ gende Reihenschaltung aus einer ersten Diode (2) und einem spannungsabhängigen Widerstand (3), b) dem spannungsabhängigen Widerstand (3) ist ein erster Schalttransistor (4) parallelgeschaltet, c) zur Ansteuerung des ersten Schalttransistors (4) liegt eine Parallelschaltung (5) aus einem Kondensator (6) und einem ersten ohmschen Widerstand (7) an dessen Steuerein¬ gang (6) , d) die Parallelschaltung (5) liegt gleichzeitig an einer Steuerspeisespannungsquelle (8) , d a du r c h g e k e nn z e i c hn e t , e) der Parallelschaltung (5) ist ein zweiter Schalttransistor (9) parallelgeschaltet ist, und daß f) bei Auftreten einer AbsehaltüberSpannung an der Spule (1) der zweite Schalttransistor (9) durchgesteuert und dadurch der erste Schalttransistor (4) gesperrt wird.
2. Freilaufkreis nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Ansteuerkreis des zweiten Schalttransistors (9) eine Reihenschaltung aus einem zweiten ohmschen Widerstand (10), einer Zenerdiode (11) und einer zweiten Diode (12) enthält, wobei die Zenerdiode (11) und die zweite Diode (12) entgegengesetzt gepolt geschaltet sind.
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