WO2005114806A1 - Electronic relay - Google Patents

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WO2005114806A1
WO2005114806A1 PCT/EP2005/004382 EP2005004382W WO2005114806A1 WO 2005114806 A1 WO2005114806 A1 WO 2005114806A1 EP 2005004382 W EP2005004382 W EP 2005004382W WO 2005114806 A1 WO2005114806 A1 WO 2005114806A1
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signal
electronic relay
current
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PCT/EP2005/004382
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Inventor
Wolfgang Sörgel
Original Assignee
Ellenberger & Poensgen Gmbh
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/08—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current
    • H02H3/087—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current for dc applications
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H5/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal non-electric working conditions with or without subsequent reconnection
    • H02H5/10—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal non-electric working conditions with or without subsequent reconnection responsive to mechanical injury, e.g. rupture of line, breakage of earth connection

Definitions

  • the invention relates to an electronic relay with a power component that can be switched by a control module, with a voltage input for a supply voltage and with a load output for connecting a load.
  • supply voltage is understood to mean, in particular, one in the low-voltage range, for example in the DC12V or DC24V range.
  • Such an electronic relay is often used for protection and for remotely controllable switching and for the diagnosis of electrical circuits in electrical systems. Particularly in the field of plant technology and vehicle electronics, the electronic relay enables indirect switching of the load circuits of electrical consumers and additional components in connection with monitoring and protection of the respective load circuit in the event of an overload and / or short circuit.
  • the relay with cubic or flat design manufactured and sold by the company ETA Elektrotechnische Apparate GmbH under the name "Smart Power Relay”, contains the for an operating voltage range from DC9V to DC32V and especially for the connection of DC12V and DC24V loads or supply voltages Combination of an exclusively electronic relay function with additional overload and short-circuit protection, typically starting at 1.3 times the nominal current (1, 3 x IN), the current is switched off after a predetermined time, depending on the application in the range between 50ms up to 200ms can be selected.
  • the high short-circuit current is initially limited and switched off within a millisecond.
  • the control current required for switching on the load for the electronic relay which is in the mA range, reduces the control power required to a minimum.
  • the electronic relays available in fixed currents from 1A to 25A enable wear-free and noise-free switching of high inrush currents from motors, lamp loads and capacitive loads.
  • the electronic relay has status and diagnostic functions. In this way, a control message and / or a total error message can be displayed or reported back to a higher-level control or management system as a status output.
  • a further diagnostic function is provided in the form of an analog output.
  • the analog voltage signal in the range from 0V to 5V that can be tapped there can be used in the normal tolerance range for load or in the short-circuit-proof power semiconductors (Protected Field Effect Transistor) usually used in the electronic relay, which are designed for load currents up to 500A at room temperature Nominal currents up to 50A.
  • Protected Field Effect Transistor Protected Field Effect Transistor
  • the invention has for its object to provide an electronic relay of the type mentioned, in which the analog signal can also be used for comparatively small nominal or load currents, in particular for load currents of less than 50A.
  • an analog signal that can be tapped at a signal output of the control module depicts the current load current.
  • an amplifier module is provided, to which the load current-proportional analog signal that can be tapped at the signal output of the control module of the electronic relay is supplied and on the output side a control signal can be tapped that reliably depicts the current load current.
  • the invention is based on the consideration that the load current-proportional analog signal already available in an electronic relay of the type mentioned at the beginning is used for mapping the current load current even at small nominal currents below 50A, in particular from 1A to 25A, and for control purposes for the electronic relay itself or a higher-level control system can be used if the analog signal, which is not usable for load current mapping or mirroring, is processed in a suitable manner.
  • a corresponding amplifier circuit, the output signal of which is then suitable for diagnostic and / or control purposes, is particularly suitable for such processing.
  • FIG. 1 shows a block diagram of an electronic relay with a power section that can be switched by a control module and with an amplifier circuit for processing an analog signal proportional to the load current.
  • the figure shows the electronic relay 1 with a power module 3 in the form of a field effect transistor (FET), in particular a protected field effect transistor, and a control module 4 in a first function module 2.
  • the power module 3 is connected to a voltage input 5 (LINE + ) for an operating or supply voltage Uv and on the source side to a load output 6 (LOAD), to which a consumer or a load 7 can be connected.
  • the power section 3 is connected to a control output SA.
  • the control module 4 is also connected to a ground or ground connection 8 (GND).
  • An analog output Us connected to the control module 4 is led via a diode D1 for voltage stabilization and current detection and via an ohmic resistor R2 to an input E (+) of an amplifier module 9.
  • an NTC resistor RT and a resistor R1 are connected in parallel between a tap between the diode D1 and the resistor R2 and ground, and a resistor R3 is connected in series for this purpose.
  • a capacitor C is connected to ground, which forms an RC element in connection with the resistor R2. This acts as a filter for regulating the input voltage of the amplifier module 9.
  • the further (-) input E 2 of the amplifier module 9 is led to the output A of the amplifier module 9 via a resistor R4.
  • the input E 2 and / or the output A of the amplifier module 9 is also via a Resistor R5 to ground and via a diode D2 to a voltage supply of a function block 16 described below.
  • the amplifier module 9 supplies at its output A an evaluable control signal S
  • the amplifier module 9 is routed to a standard interface 10. This converts the control signal S 1 which can be tapped at the amplifier module 9 into a current signal, a voltage signal or a digital clock signal.
  • the control signal SN (U (l)) which can be tapped at the standard interface 10 can be routed to a higher-level controller.
  • This control signal SN which is proportional to the load current II flowing through the load 7, is a current signal with current values from OmA to 20 mA or 4mA to 20mA or a voltage signal with voltage values between 0V and 5V, 1V and 5V, 0V and 10V or 2V and 20V or a digital signal or a digital interface.
  • the respective value of this current or voltage signal S is proportional to the respective load current II actually flowing through the load 7.
  • the output A of the amplifier module 9 is furthermore via a function module 11 for overload and / or short circuit detection as well as via a timing element 12 and a logic module 13 in the form of an AND gate with a control input S E of the function module 2 led to the control module 4 connected.
  • the switch-off signal SAUS which can be tapped behind the timer 12, is also fed to a function module 14 for error and status reporting.
  • This function block 14 is also supplied with a wire break signaling signal EDB, which is generated by a corresponding function block 15 for determining a minimum load current.
  • This function module 15 is also connected to the amplifier module 9 on the output side.
  • the function block 15 detects when the load current II falls below a certain threshold value, which is expediently less than 0.2 x IN and thus below about 20% of the nominal current I N.
  • the function block 15 thus detects a wire break in the switched-on state of the electronic relay 1, in which the load current II flows through the consumer 7.
  • the load output 6 of the function block 2 is led to the voltage supply UB of the amplifier block 9 via a function block 16.
  • the function module 16 delivers an alarm signal ADB to the function module 14, which generates a corresponding error message.
  • a control message AS and a sum error message SF can also be tapped at the function block 14. Both messages AS, SF can also be displayed separately using LEDs on the device.
  • a sum error message generated by the control module 4 and which can be tapped at a corresponding message output SF and which represents an overload or short-circuit case detected by the control module 4 is also led to this function module 14 for error and status reporting.
  • a control message generated by the control module 4, which can be picked up at a corresponding signal output S A s of the function module 2, is also routed to the function module 14 for the corresponding status message.
  • the control message which can be tapped at the signal output S A s is generated by the control module 4 when the latter enters via the control input S E Received ON or OFF signal from the logic device 13.
  • a field effect transistor (FET) with a nominal current of 25 A is expediently used as the power unit 3.
  • FET field effect transistor
  • relay 1 designed for a nominal current IN of 7.5A or 10A an FET with a nominal current of 33A is used.
  • an FET with a nominal current of 115A is used.
  • an FET with a nominal current of 165A is used.
  • the use of the corresponding FET with the specified nominal current enables it to be used without additional coolant, for example in the form of a heat sink.
  • the use of an FET with a comparatively low nominal current would lead to its impermissible heating if the ratio between the nominal current IN of relay 1 and the nominal current of the FET is too small.
  • the NTC resistor R ⁇ provided for the temperature compensation can alternatively also be implemented by a corresponding NTC resistor RT connected in parallel with the feedback resistor R4 of the amplifier module 9, by a silicon temperature sensor or a PT1000.

Abstract

The invention relates to an electronic relay (1) comprising a power section (3) that can be switched by a control component (4) and is provided with a voltage input (5) for a supply voltage (UV) in the low-voltage range, especially in the DC12V or DC24V range, and a charge output (6) for connecting to a charge (7). According to the invention, an analogue signal proportional to the charge current can be tapped at a signal output (US) of the control component (4). Said signal is then supplied, on the input side, to an amplifier component (9) at which, on the output side, a control signal (SI) reproducing the current charge current (IL) can be tapped.

Description

Beschreibung description
Elektronisches RelaisElectronic relay
Die Erfindung bezieht sich auf ein elektronisches Relais mit einem von einem Steuerbaustein schaltbaren Leistungsteil mit einem Spannungseingang für eine Versorgungsspannung und mit einem Lastausgang zum Anschluss einer Last. Unter Versorgungsspannung wird hierbei insbesondere eine solche im Niedervoltbereich, beispielsweise im DC12V- oder DC24V-Bereich, verstanden.The invention relates to an electronic relay with a power component that can be switched by a control module, with a voltage input for a supply voltage and with a load output for connecting a load. In this case, supply voltage is understood to mean, in particular, one in the low-voltage range, for example in the DC12V or DC24V range.
Ein solches elektronisches Relais wird häufig zur Absicherung und zum fernsteuerbaren Schalten sowie zur Diagnose von Stromkreisen elektrischer Anlagen eingesetzt. Insbesondere im Bereich der Anlagentechnik und der Fahrzeugelektronik ermöglicht das elektronische Relais ein indirektes Schalten der Lastkreise von elektrischen Ver- brauchern und Zusatzkomponenten in Verbindung mit einer Überwachung und Absicherung des jeweiligen Lastkreises im Überlast- und/oder Kurzschlussfall.Such an electronic relay is often used for protection and for remotely controllable switching and for the diagnosis of electrical circuits in electrical systems. Particularly in the field of plant technology and vehicle electronics, the electronic relay enables indirect switching of the load circuits of electrical consumers and additional components in connection with monitoring and protection of the respective load circuit in the event of an overload and / or short circuit.
Das von der Firma E-T-A Elektrotechnische Apparate GmbH unter der Bezeichnung „Smart Power Relais" hergestellte und vertriebene Relais mit kubischer oder flacher Bauform beinhaltet für einen Betriebsspannungsbereich von DC9V bis DC32V und insbesondere für den Anschluss von DC12V- und DC24V-Lasten bzw. -Versorgungsspannungen die Kombination einer ausschließlich elektronischen Relaisfunktion mit einem zusätzlichen Überlast- und Kurzschlussschutz. Dabei wird ab typisch dem 1 ,3- fachen des Nennstroms (1 ,3 x IN) der Strom nach einer vorgegebenen Zeit abgeschal- tet, die je nach Anwendung im Bereich zwischen 50ms bis 200ms gewählt werden kann.The relay with cubic or flat design, manufactured and sold by the company ETA Elektrotechnische Apparate GmbH under the name "Smart Power Relay", contains the for an operating voltage range from DC9V to DC32V and especially for the connection of DC12V and DC24V loads or supply voltages Combination of an exclusively electronic relay function with additional overload and short-circuit protection, typically starting at 1.3 times the nominal current (1, 3 x IN), the current is switched off after a predetermined time, depending on the application in the range between 50ms up to 200ms can be selected.
Bei einem Kurzschluss wird der hohe Kurzschlussstrom zunächst begrenzt und innerhalb einer Millisekunde abgeschaltet. Der zum Einschalten der Last benötigte Steuer- ström für das elektronische Relais, der im mA-Bereich liegt, reduziert die benötigte Ansteuerleistung auf ein Minimum. Die in festen Stromstärken von 1A bis 25A verfügbaren elektronischen Relais ermöglichen ein verschleiß- und geräuschfreies Schalten hoher Einschaltströme von Motoren, Lampenlasten und kapazitiven Verbrauchern. Für die Überwachung des Zustande von Lastleitungen verfügt das elektronische Relais über Status- und Diagnosefunktionen. So können eine Ansteuermeldung und/oder eine Summenfehlermeldung angezeigt oder auch jeweils als Statusausgang an ein übergeordnetes Steuer- oder Managementsystem rückgemeldet werden.In the event of a short circuit, the high short-circuit current is initially limited and switched off within a millisecond. The control current required for switching on the load for the electronic relay, which is in the mA range, reduces the control power required to a minimum. The electronic relays available in fixed currents from 1A to 25A enable wear-free and noise-free switching of high inrush currents from motors, lamp loads and capacitive loads. For the Monitoring the condition of load lines, the electronic relay has status and diagnostic functions. In this way, a control message and / or a total error message can be displayed or reported back to a higher-level control or management system as a status output.
Bei dem bekannten Relais ist eine weitere Diagnosefunktion in Form eines Analogausgangs vorgesehen. Das dort abgreifbare analoge Spannungssignal im Bereich von 0V bis 5V ist bei den in dem elektronischen Relais üblicherweise eingesetzten kurzschlussfesten Leistungshalbleitern (Protected Field Effect Transistor), die für Last- ströme bis zu 500A bei Raumtemperatur ausgelegt sind, im normalen Toleranzbereich nutzbar für Last- oder Nennströme bis 50A.In the known relay, a further diagnostic function is provided in the form of an analog output. The analog voltage signal in the range from 0V to 5V that can be tapped there can be used in the normal tolerance range for load or in the short-circuit-proof power semiconductors (Protected Field Effect Transistor) usually used in the electronic relay, which are designed for load currents up to 500A at room temperature Nominal currents up to 50A.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektronisches Relais der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem das Analogsignal auch für vergleichsweise kleine Nenn- oder Lastströme, insbesondere für Lastströme von kleiner 50A, nutzbar ist.The invention has for its object to provide an electronic relay of the type mentioned, in which the analog signal can also be used for comparatively small nominal or load currents, in particular for load currents of less than 50A.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Dazu bildet ein an einem Signalausgang des Steuerbausteins abgreifbares Analogsignal den aktuellen Laststrom ab. Zur Nutzung dieses laststromproportionalen Analogsignals ist ein Verstärkerbaustein vorgesehen, dem das am Signalausgang des Steuerbausteins des elektronischen Relais abgreifbare laststromproportionale Analogsignal zugeführt ist und an dem ausgangsseitig ein Steuersignal abgreifbar ist, das den aktuellen Laststrom zuverlässig abbildet.This object is achieved according to the invention by the features of claim 1. For this purpose, an analog signal that can be tapped at a signal output of the control module depicts the current load current. To use this load current-proportional analog signal, an amplifier module is provided, to which the load current-proportional analog signal that can be tapped at the signal output of the control module of the electronic relay is supplied and on the output side a control signal can be tapped that reliably depicts the current load current.
Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass das bei einem elektronischen Relais der eingangs genannten Art bereits zur Verfügung stehende laststromproportionale Analogsignal auch bei kleinen Nennströmen unterhalb von 50A, insbesondere von 1A bis 25A, zur Abbildung des aktuellen Laststroms genutzt und zu Steuerzwecken für das elektronische Relais selbst oder ein übergeordnetes Steuersystem herange- zogen werden kann, wenn das an sich für die Laststromabbildung oder -Spiegelung nicht nutzbare Analogsignal in geeigneter Weise aufbereitet wird. Für eine solche Aufbereitung eignet sich besonders eine entsprechende Verstärkerschaltung, deren Ausgangssignal dann zu Diagnose- und/oder Steuerzwecken geeignet ist. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.The invention is based on the consideration that the load current-proportional analog signal already available in an electronic relay of the type mentioned at the beginning is used for mapping the current load current even at small nominal currents below 50A, in particular from 1A to 25A, and for control purposes for the electronic relay itself or a higher-level control system can be used if the analog signal, which is not usable for load current mapping or mirroring, is processed in a suitable manner. A corresponding amplifier circuit, the output signal of which is then suitable for diagnostic and / or control purposes, is particularly suitable for such processing. Advantageous refinements and developments of the invention are specified in the subclaims.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt die Figur in einem Blockschaltbild ein elektronisches Relais mit einem von einem Steuerbaustein schaltbaren Leistungsteil sowie mit einer Verstärkerschaltung zur Aufbereitung eines laststromproportionalen Analogsignals.An exemplary embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to a drawing. The figure shows a block diagram of an electronic relay with a power section that can be switched by a control module and with an amplifier circuit for processing an analog signal proportional to the load current.
Die Figur zeigt das elektronische Relais 1 mit in einem ersten Funktionsbaustein 2 einem Leistungsteil 3 in Form eines Feldeffekttransistors (FET), insbesondere eines Protected Field Effect Transistors, und einem Steuerbaustein 4. Das Leistungsteil 3 ist drainseitig an einen Spannungseingang 5 (LINE+) für eine Betriebs- oder Versorgungsspannung Uv und sourceseitig an einen Lastausgang 6 (LOAD) geführt, an dem ein Verbraucher oder eine Last 7 anschließbar ist. Die Versorgungsspannung beträgt beispielsweise Uv = 12V (DC) oder Uv = 24V (DC). Gateseitig ist das Leistungsteil 3 mit einem Steuerausgang SA verbunden. Der Steuerbaustein 4 ist zudem an einen Ground- oder Masseanschluss 8 (GND) geführt.The figure shows the electronic relay 1 with a power module 3 in the form of a field effect transistor (FET), in particular a protected field effect transistor, and a control module 4 in a first function module 2. The power module 3 is connected to a voltage input 5 (LINE + ) for an operating or supply voltage Uv and on the source side to a load output 6 (LOAD), to which a consumer or a load 7 can be connected. The supply voltage is, for example, U v = 12V (DC) or Uv = 24V (DC). On the gate side, the power section 3 is connected to a control output SA. The control module 4 is also connected to a ground or ground connection 8 (GND).
Ein mit dem Steuerbaustein 4 verbundener Analogausgang Us ist über eine Diode D1 zur Spannungsstabilisation und Stromdetektion sowie über einen ohmschen Widerstand R2 an einen Eingang E(+) eines Verstärkerbausteins 9 geführt. Zur Realisierung einer Temperaturkompensation sind zwischen einem Abgriff zwischen der Diode D1 sowie dem Widerstand R2 und Masse ein NTC-Widerstand RT sowie ein Widerstand R1 parallel und hierzu in Reihe ein Widerstand R3 geschaltet. Am (+)-Eingang Ei des zweckmäßigerweise als Operationsverstärker ausgeführten Verstärkerbausteins 9 ist ein Kondensator C gegen Masse geschaltet, der in Verbindung mit dem Widerstand R2 ein RC-Glied bildet. Dieses wirkt als Filter für die Regelung der Eingangsspannung des Verstärkerbausteins 9.An analog output Us connected to the control module 4 is led via a diode D1 for voltage stabilization and current detection and via an ohmic resistor R2 to an input E (+) of an amplifier module 9. To implement temperature compensation, an NTC resistor RT and a resistor R1 are connected in parallel between a tap between the diode D1 and the resistor R2 and ground, and a resistor R3 is connected in series for this purpose. At the (+) - input Ei of the amplifier module 9, which is expediently designed as an operational amplifier, a capacitor C is connected to ground, which forms an RC element in connection with the resistor R2. This acts as a filter for regulating the input voltage of the amplifier module 9.
Zur Einstellung der Verstärkung ist der weitere (-)-Eingang E2 des Verstärkerbausteins 9 über einen Widerstand R4 an den Ausgang A des Verstärkerbausteins 9 geführt. Der Eingang E2 und/oder der Ausgang A des Verstärkerbausteins 9 ist zudem über einen Widerstand R5 gegen Masse und über eine Diode D2 an eine Spannungsversorgung eines nachfolgend beschriebenen Funktionsbausteins 16 geführt. Die Betriebsspannung ÜB des Verstärkerbausteins 9 wird begrenzt auf typisch ÜB = 43V.To set the amplification, the further (-) input E 2 of the amplifier module 9 is led to the output A of the amplifier module 9 via a resistor R4. The input E 2 and / or the output A of the amplifier module 9 is also via a Resistor R5 to ground and via a diode D2 to a voltage supply of a function block 16 described below. The operating voltage ÜB of the amplifier module 9 is limited to typically ÜB = 43V.
Der Verstärkerbaustein 9 liefert an dessen Ausgang A ein auswertbares Steuersignal S|, das den über die Last 7 fließenden Laststrom I wiederspiegelt und diesem proportional ist. Ausgangsseitig ist der Verstärkerbaustein 9 an eine Normschnittstelle 10 geführt. Diese wandelt das am Verstärkerbaustein 9 ausgangsseitig abgreifbare Steuersignal Sι in ein Stromsignal, ein Spannungssignal oder ein digitales Taktsignal um. Das an der Normschnittstelle 10 abgreifbare Steuersignal SN (U(l)) kann an eine übergeordnete Steuerung geführt werden. Dieses, wiederum dem über die Last 7 fließenden Laststrom II proportionale Steuersignal SN ist ein Stromsignal mit Stromwerten von OmA bis 20 mA oder 4mA bis 20mA bzw. ein Spannungssignal mit Spannungswerten zwischen 0V und 5V, 1V und 5V, 0V und 10V oder 2V und 20V oder ein digitales Signal bzw. eine digitale Schnittstelle. Der jeweilige Wert dieses Strom- oder Spannungssignals S ist dabei proportional zum jeweiligen, tatsächlich über die Last 7 fließenden Laststrom II.The amplifier module 9 supplies at its output A an evaluable control signal S |, which reflects the load current I flowing through the load 7 and is proportional to it. On the output side, the amplifier module 9 is routed to a standard interface 10. This converts the control signal S 1 which can be tapped at the amplifier module 9 into a current signal, a voltage signal or a digital clock signal. The control signal SN (U (l)) which can be tapped at the standard interface 10 can be routed to a higher-level controller. This control signal SN, which is proportional to the load current II flowing through the load 7, is a current signal with current values from OmA to 20 mA or 4mA to 20mA or a voltage signal with voltage values between 0V and 5V, 1V and 5V, 0V and 10V or 2V and 20V or a digital signal or a digital interface. The respective value of this current or voltage signal S is proportional to the respective load current II actually flowing through the load 7.
Der Ausgang A des Verstärkerbausteins 9 ist des weiteren über einen Funktionsbau- stein 11 zur Überlast- und/oder Kurzschlusserkennung sowie über ein Zeitglied 12 und einen Verknüpfungsbaustein 13 in Form eines UND-Gliedes mit einem an den Steuerbaustein 4 geführten Steuereingang SE des Funktionsbausteins 2 verbunden.The output A of the amplifier module 9 is furthermore via a function module 11 for overload and / or short circuit detection as well as via a timing element 12 and a logic module 13 in the form of an AND gate with a control input S E of the function module 2 led to the control module 4 connected.
Im Überlastfall, bei dem ein Überstrom z. B. das 1 ,3-fache des Nennstroms IN über- schreitet, wird das Zeitglied 12 gestartet. Nach beispielsweise t = 200ms wird ein Abschaltsignal SAUS an den Verknüpfungsbaustein 13 geführt. Im Kurzschlussfall erfolgt zuvor eine vom Typ des Leistungsteils 3, insbesondere vom FET-Typ, abhängige Strombrenzung auf ca. das 15-fache des Nennstroms lN, wobei dann bereits nach beispielsweise t = 0,1 ms bis t = 1 ms ein entsprechendes Abschaltsignal SAUS an den Ver- knüpfungsbaustein 13 geführt wird. Demzufolge wird im Überlast- oder Kurzschlussfall unabhängig davon, ob an diesem Verknüpfungsbaustein 13 ein externes Ein- oder Ausschaltsignal EIN/AUS (IN+) anliegt, dem Steuerbaustein 4 ein Ausschaltsignal zuge- führt. Der Steuerbaustein 4 sperrt dann über dessen Steuerausgang SA das Leistungsteil 3 mit der Folge, dass die Last 7 abgeschaltet wird.In the event of an overload, in which an overcurrent z. B. exceeds 1.3 times the nominal current IN, the timer 12 is started. After, for example, t = 200 ms, a shutdown signal SAUS is sent to the link module 13. In the event of a short circuit, the current is previously limited to approximately 15 times the nominal current I N , depending on the type of power unit 3, in particular the FET type, with a corresponding switch-off signal already after, for example, t = 0.1 ms to t = 1 ms SAU S is led to the link module 13. Accordingly, in the event of an overload or short circuit, regardless of whether an external ON or OFF signal ON / OFF (IN + ) is present at this logic module 13, the control module 4 is assigned an OFF signal. leads. The control module 4 then blocks the power section 3 via its control output SA, with the result that the load 7 is switched off.
Das hinter dem Zeitglied 12 abgreifbare Ausschaltsignal SAUS wird zudem einem Funk- tionsbaustein 14 zur Fehler- und Statusmeldung zugeführt. Diesem Funktionsbaustein 14 wird des weiteren ein einen Drahtbruch signalisierendes Meldesignal EDB zugeführt, das von einem entsprechenden Funktionsbaustein 15 zur Ermittlung eines Mindestlaststroms erzeugt wird. Dieser Funktionsbaustein 15 ist ebenfalls mit dem Verstärkerbaustein 9 ausgangsseitig verbunden. Der Funktionsbaustein 15 erfaßt dabei das Unter- schreiten des Laststroms II unterhalb eines bestimmten Schwellwertes, der zweckmäßigerweise bei kleiner 0,2 x IN und somit unterhalb von etwa 20% des Nennstroms lN liegt. Der Funktionsbaustein 15 erfaßt somit einen Drahtbruch im eingeschalteten Zustand des elektronischen Relais 1 , bei dem der Laststrom II über den Verbraucher 7 fließt.The switch-off signal SAUS, which can be tapped behind the timer 12, is also fed to a function module 14 for error and status reporting. This function block 14 is also supplied with a wire break signaling signal EDB, which is generated by a corresponding function block 15 for determining a minimum load current. This function module 15 is also connected to the amplifier module 9 on the output side. The function block 15 detects when the load current II falls below a certain threshold value, which is expediently less than 0.2 x IN and thus below about 20% of the nominal current I N. The function block 15 thus detects a wire break in the switched-on state of the electronic relay 1, in which the load current II flows through the consumer 7.
Zur Detektion eines Drahtbruchs im ausgeschalteten Zustand ist der Lastausgang 6 des Funktionsbausteins 2 über einen Funktionsbaustein 16 an die Spannungsversorgung ÜB des Verstärkerbausteins 9 geführt. Der Funktionsbaustein 16 liefert im Falle eines Drahtbruchs im ausgeschalteten Zustand ein Meldesignal ADB an den Funktions- baustein 14, der eine entsprechende Fehlermeldung erzeugt. Am Funktionsbaustein 14 ist zudem eine Ansteuermeldung AS und eine Summenfehlermeldung SF abgreifbar. Beide Meldungen AS, SF können dort auch mittels LED's am Gerät separat angezeigt werden.In order to detect a wire break in the switched-off state, the load output 6 of the function block 2 is led to the voltage supply UB of the amplifier block 9 via a function block 16. In the event of a wire break in the switched-off state, the function module 16 delivers an alarm signal ADB to the function module 14, which generates a corresponding error message. A control message AS and a sum error message SF can also be tapped at the function block 14. Both messages AS, SF can also be displayed separately using LEDs on the device.
An diesen Funktionsbaustein 14 zur Fehler- und Statusmeldung wird auch eine vom Steuerbaustein 4 erzeugte und an einem entsprechenden Meldeausgang SF abgreifbare Summenfehlermeldung geführt, die einen vom Steuerbaustein 4 erkannten Überlast- oder Kurzschlussfall repräsentiert. Eine von dem Steuerbaustein 4 erzeugte Ansteuermeldung, die an einem entsprechenden Signalausgang SAs des Funktionsbau- steins 2 abgreifbar ist, wird ebenfalls zu dem Funktionsbaustein 14 zur entsprechenden Statusmeldung geführt. Die am Signalausgang SAs abgreifbare Ansteuermeldung wird von dem Steuerbaustein 4 dann erzeugt, wenn dieser über den Steuereingang SE ein Ein- oder Ausschaltsignal EIN bzw. AUS von dem Verknüpfungsbaustein 13 empfangen hat.A sum error message generated by the control module 4 and which can be tapped at a corresponding message output SF and which represents an overload or short-circuit case detected by the control module 4 is also led to this function module 14 for error and status reporting. A control message generated by the control module 4, which can be picked up at a corresponding signal output S A s of the function module 2, is also routed to the function module 14 for the corresponding status message. The control message which can be tapped at the signal output S A s is generated by the control module 4 when the latter enters via the control input S E Received ON or OFF signal from the logic device 13.
Bei einem Nennstrom IN des elektronischen Relais 1 im Bereich von 1 A bis 5A wird zweckmäßigerweise als Leistungsteil 3 ein Feldeffekttransistor (FET) mit einem Nennstrom von 25A eingesetzt. Bei einem für einen Nennstrom IN von 7,5A oder 10A ausgelegten Relais 1 wird ein FET mit einem Nennstrom von 33A eingesetzt. Bei einem Nennstrom IN des Relais 1 von 15A wird ein FET mit einem Nennstrom von 115A eingesetzt. Bei einem Nennstrom IN größer oder gleich 20A bzw. 25A wird ein FET mit ei- nem Nennstrom von 165A eingesetzt. Der Einsatz des entsprechenden FET's mit dem jeweils genannten Nennstrom ermöglicht dessen Verwendung ohne zusätzliche Kühlmittel in Form beispielsweise eines Kühlkörpers. Demgegenüber würde der Einsatz eines FET mit vergleichsweise geringem Nennstrom zu dessen unzulässiger Aufheizung führen, wenn das Verhältnis zwischen dem Nennstrom IN des Relais 1 und dem Nenn- ström des FET zu klein dimensioniert ist.With a nominal current IN of the electronic relay 1 in the range from 1 A to 5 A, a field effect transistor (FET) with a nominal current of 25 A is expediently used as the power unit 3. With relay 1 designed for a nominal current IN of 7.5A or 10A, an FET with a nominal current of 33A is used. With a nominal current IN of relay 1 of 15A, an FET with a nominal current of 115A is used. With a nominal current IN greater than or equal to 20A or 25A, an FET with a nominal current of 165A is used. The use of the corresponding FET with the specified nominal current enables it to be used without additional coolant, for example in the form of a heat sink. In contrast, the use of an FET with a comparatively low nominal current would lead to its impermissible heating if the ratio between the nominal current IN of relay 1 and the nominal current of the FET is too small.
Der für die Temperaturkompensation als Temperatursensor vorgesehene NTC-Wider- stand Rτ kann alternativ auch durch einen entsprechenden, dem Rückführungswiderstand R4 des Verstärkerbausteins 9 parallel geschaltet NTC-Widerstand RT, durch ei- nen Silicium-Temperatursensor oder einen PT1000 realisiert sein. Die Temperaturkompensation ist zweckmäßigerweise vorgesehen ab einem Nennstrom von IN = 15A. The NTC resistor R τ provided for the temperature compensation can alternatively also be implemented by a corresponding NTC resistor RT connected in parallel with the feedback resistor R4 of the amplifier module 9, by a silicon temperature sensor or a PT1000. The temperature compensation is expediently provided from a nominal current of IN = 15A.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Relais1 relay
2 Funktionsbaustein2 function block
3 Leistungsteil / FET3 power section / FET
4 Steuerbaustein4 control module
5 Spannungseingang5 voltage input
6 Lastausgang6 load output
7 Last / Verbraucher7 Load / consumer
8 Masseanschluss8 ground connection
9 Verstärkerbaustein9 amplifier module
10 Normschnittstelle10 standard interface
11 Funktionsbaustein11 function block
12 Zeitglied12 timer
13 Verknüpfungsbaustein13 logic device
14 Funktionsbaustein14 function block
15 Funktionsbaustein15 function block
16 Funktionsbaustein16 function block
ADB MeldesignalA DB message signal
SA SteuerausgangS A control output
SAS.SF Signal-/MeldeausgangSAS.SF signal / signal output
SAUS AusschaltsignalSAUS switch-off signal
SE SteuereingangS E control input
EDB MeldesignalE D B message signal
UB BetriebsspannungU B operating voltage
Us AnalogausgangUs analog output
Uv Versorgungsspannung Uv supply voltage

Claims

Ansprüche Expectations
1. Elektronisches Relais (1 ) mit einem von einem Steuerbaustein (4) schaltbaren Leistungsteil (3), das einen Spannungseingang (5) für eine Ver- s sorgungsspannung (Uv) im Niedervoltbereich, insbesondere im DC12V- oder DC24V-Bereich, und einen Lastausgang (6) zum Anschluß einer Last (7) aufweist, - wobei der Steuerbaustein (4) einen Signalausgang (Us) aufweist, an dem ein den aktuellen Laststrom (II) abbildendes Analogsignal abgreifbar ist,0 - wobei der Signalausgang (Us) an einen Verstärkerbaustein (9) eingangsseitig geführt ist; und - wobei am Verstärkerbaustein (9) ausgangsseitig das den aktuellen Laststrom (II) abbildende Steuersignal (Sι) abgreifbar ist. 51. Electronic relay (1) with a power module (3) which can be switched by a control module (4) and which has a voltage input (5) for a supply voltage (Uv) in the low-voltage range, in particular in the DC12V or DC24V range Load output (6) for connecting a load (7), - wherein the control module (4) has a signal output (Us) from which an analog signal representing the current load current (II) can be tapped, 0 - the signal output (Us) an amplifier module (9) is guided on the input side; and - the control signal (Sι) depicting the current load current (II) can be tapped on the output side of the amplifier module (9). 5
2. Elektronisches Relais nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärkerbaustein (9) ausgangsseitig an einen Funktionsbaustein (11 ) zur Überlasterkennung geführt ist. 02. Electronic relay according to claim 1, characterized in that the amplifier module (9) is guided on the output side to a function module (11) for overload detection. 0
3. Elektronisches Relais nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem Funktionsbaustein (11 ) ein Zeitglied (12) nachgeschaltet ist.3. Electronic relay according to claim 2, characterized in that the function block (11) is followed by a timing element (12).
4. Elektronisches Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 3,5 dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärkerbaustein (9) ausgangsseitig an einen Funktionsbaustein (15) zur Drahtbrucherkennung geführt ist.4. Electronic relay according to one of claims 1 to 3.5, characterized in that the amplifier module (9) is guided on the output side to a function block (15) for wire break detection.
5. Elektronisches Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 4,0 dadurch gekennzeichnet, dass dem Verstärkerbaustein (9) eingangsseitig ein Temperatursensor (Rτ) zur Temperaturkompensation des den aktuellen Laststrom (lι_) abbildenden Steuersignals (S|) zugeordnet ist. 5. Electronic relay according to one of claims 1 to 4.0, characterized in that the amplifier module (9) on the input side is assigned a temperature sensor (R τ ) for temperature compensation of the control signal (S |) depicting the current load current (lι_).
6. Elektronisches Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärkerbaustein (9) ausgangsseitig mit einem Steuereingang (SE) des Steuerbausteins (4) verbunden ist.6. Electronic relay according to one of claims 1 to 5, characterized in that the amplifier module (9) is connected on the output side to a control input (S E ) of the control module (4).
7. Elektronisches Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärkerbaustein (9) ausgangsseitig mit dem Steuereingang (SE) des Steuerbausteins (4) über einen Verknüpfungsbaustein (13) verbunden ist, dem eingangsseitig ein Ein- und Ausschaltbefehl (IN+) zuführbar ist.7. Electronic relay according to one of claims 1 to 6, characterized in that the amplifier module (9) is connected on the output side to the control input (S E ) of the control module (4) via a logic module (13), the input side a switch-on and switch-off command (IN + ) can be fed.
8. Elektronisches Relais nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Kurzschlußfall eine Strombegrenzung erfolgt und nach Ablauf einer Zeitspanne (t) ein Abschaltsignal (SAus) an den Verknüpfungsbaustein (13) geführt ist.8. Electronic relay according to claim 7, characterized in that a current limitation takes place in the event of a short circuit and, after a period of time (t), a switch-off signal (S A us) is guided to the logic module (13).
9. Elektronisches Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärkerbaustein (9) ausgangsseitig an eine Normschnittstelle (10) mit einem Strom- und/oder Spannungsausgang geführt ist, an dem das Steuersignal (Sι) als Strom- bzw. Spannungssignal (SN) abgreifbar ist.9. Electronic relay according to one of claims 1 to 8, characterized in that the amplifier module (9) is guided on the output side to a standard interface (10) with a current and / or voltage output on which the control signal (Sι) as a current or Voltage signal (SN) can be tapped.
10. Elektronisches Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärkerbaustein (9) ausgangsseitig an eine Normschnittstelle (10) geführt ist, an der ausgangsseitig das Steuersignal (Sι) als digitales Taktsignal (SN) abgreifbar ist. 10. Electronic relay according to one of claims 1 to 8, characterized in that the amplifier module (9) is guided on the output side to a standard interface (10), on the output side, the control signal (Sι) can be tapped as a digital clock signal (SN).
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