WO2012084002A1 - Ansteuerschaltung für ein elektromagnetisches relais - Google Patents

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WO2012084002A1
WO2012084002A1 PCT/EP2010/070245 EP2010070245W WO2012084002A1 WO 2012084002 A1 WO2012084002 A1 WO 2012084002A1 EP 2010070245 W EP2010070245 W EP 2010070245W WO 2012084002 A1 WO2012084002 A1 WO 2012084002A1
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WO
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switching
relay coil
voltage
signal
switching device
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PCT/EP2010/070245
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Carsten Braun
Ronald STEMPEL
Harald Strohmaier
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Siemens Aktiengesellschaft
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Priority to US13/996,283 priority patent/US8988844B2/en
Priority to PCT/EP2010/070245 priority patent/WO2012084002A1/de
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01H47/02—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current for modifying the operation of the relay
    • H01H47/04—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current for modifying the operation of the relay for holding armature in attracted position, e.g. when initial energising circuit is interrupted; for maintaining armature in attracted position, e.g. with reduced energising current
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    • H01H47/22—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current for supplying energising current for relay coil

Definitions

  • the invention relates to a drive circuit for a relay coil and switch contacts exhibiting electromagnetic ⁇ cal relay having a first switching device, which is arranged between a first terminal of the relay coil and a first voltage source, a second switching device which between a second terminal of Relay coil and egg ⁇ nem zero potential is arranged, and a Steuereinrich ⁇ tion, which is adapted to close to produce a current ⁇ flow through the relay coil, both switching devices.
  • Electromagnetic relays In electrical equipment often electromagnetic relays are to carry out controlled switching operations turned ⁇ sets. Electromagnetic relays usually consist of a relay coil and at least one pair of electrical
  • Electromagnetic relays are usually ⁇ sets there is, where one by means of a comparatively small Steuerstro- mes from a driving circuit, a comparatively large current in a switching circuit or off ⁇ the target, and / or where between the driving circuit and the switch circuit a galvanic Separation achieved shall be.
  • the electromagnetic relay in this case forms the galvanic decoupling of the drive circuit and the switching circuit.
  • Electromagnetic relays are used for example in electrical ⁇ rule protection devices for monitoring electric power supply networks in order in the event of an error (for example, egg ⁇ nes short circuit) to in the electrical power supply network by closing the relay contacts of a so-called "limited partnership dorelais" triggering an electric power scarf ⁇ ters cause it to break the fault current.
  • a possible fail-safe embodiment of a drive circuit for an electromagnetic relay can be achieved that the relay coil is driven not only via a single possibly error-prone switching device, but instead via two switching devices in the current path of the relay coil.
  • the relay coil is only activated when both switching devices are closed at the same time. As soon as a switching device is opened, the current flow through the relay coil is interrupted.
  • ⁇ by a relatively high reliability of the control against unintentional activation of the relay coil is achieved because a defective, permanently short-circuited switching device alone can not cause unwanted activation of the relay coil.
  • Such a switching arrangement is known for example from international patent application WO 2009/062536 AI, showing a switching arrangement for driving an electromagnetic relay, wherein a relay coil with two switching devices is arranged in a current path such that in each case one of the switching means is provided at both terminals of the relay coil. Both switching devices are closed by a drive circuit for producing a current flow through the relay coil, while both switching devices are opened to interrupt the flow of current.
  • an electromagnetic relay is required to do so in the event of a fault
  • a generic drive circuit in which a second voltage source is provided, which is connected via a third switching device to the first terminal of the relay coil, wherein the third switching device is arranged in parallel with the first switching device and the second voltage ⁇ source has a higher voltage level than the first voltage source, and the control device is adapted to close to establish a current flow through the relay coil all three switching devices and after a predetermined period of time, on the one hand to open the third switching device again and on the other hand, the first and the second switching device to keep closed.
  • the particular advantage of the drive circuit according to the invention is that only by providing a second voltage source with a higher voltage level compared to the first voltage source and the use of a correspondingly controlled third switching device of the relay coil for a short period of time, a higher voltage can be supplied (and thus a higher current through the relay coil ge ⁇ is driven), so that it can be caused to a relatively fast ⁇ len activation of the switch contacts. As soon as the switch contacts are closed, can be used as holding ⁇ voltage, the voltage level of the first voltage source applies ver ⁇ be by the second voltage source is disconnected by opening the third switching means again by the relay coil.
  • the two voltage sources can be formed by voltage sources connected separately to the drive circuit, or it can be the voltage of a single voltage source Voltage source are divided into two voltage levels, wherein the lower voltage level for the first voltage ⁇ source and the higher voltage level for the second clamping voltage source ⁇ is used.
  • the switching devices can be designed, for example, as semiconductor switches (transistors, MOSFETs, etc.).
  • control device is adapted to generate separate switching signals for driving the switching devices, wherein the switching signals are supplied to the switching devices via separate signal paths.
  • signal inversers are provided either in the signal paths between the control device and the first and third switching device or in the signal path between the control device and the second switching device, which perform an inversion of the respective switching signal, and the control device is set up over which is provided with Signalinvertie- HEADPHONES signal paths for closing the respective switching means in each case inverse switching signals to übertra ⁇ gen.
  • Switching device are each provided electrical resistors whose resistance values are selected such that a current flowing through at least one of the resistors and through the relay coil current no response of the switching contacts of
  • the control device is arranged to deliver a sequence of test signals to the respective switching devices, wherein the control device only one test signal for each switching device is generated at the same time, and a monitoring device is provided, on the one hand with a first voltage tap between the Relay coil and the first switching device and on the other hand with a second voltage tap between the relay coil and the second switching device is in communication and is adapted to monitor the voltages at the first and the second voltage tap.
  • the monitoring device is set up for outputting an output signal which indicates a deviation of a respective voltage measured at the first or second voltage tap from a respective reference voltage.
  • the monitoring device comprises two comparators whose inputs are each acted upon on the one hand by the voltage of the respective voltage tap and on the other hand by a comparison voltage, and the comparators on the output side by a comparator Or member are connected, at the output of the output signal can be tapped.
  • the monitoring device for the drive circuit can be realized with comparatively simple electronic components in the form of two comparators and one OR element.
  • Fig. 1 is a block diagram of an embodiment of a drive circuit for an electromagnetic
  • Fig. 2 is a diagram for explaining the switching course of
  • Fig. 3 is a diagram for explaining the history of test signals for monitoring a drive circuit for an electromagnetic relay.
  • Fig. 1 shows a basic circuit diagram of a drive circuit 10 for an electromagnetic relay, of which in Fig. 1 for better clarity, only the relay coil 11 is ge ⁇ shows.
  • the electrical relay furthermore has in Fig. 1 on switching contacts, not shown, at EXISTING ⁇ densein a current flow through the relay coil 11 to the
  • Such switching contacts can be used, for example, as switching contacts. te of a command relay for controlling a power scarf ⁇ ters or as switching contacts a binary Kirunikationsaus ⁇ gang of electrical protection devices for monitoring and control of electrical power grids application.
  • a first switching device 13a is arranged between a first lying on the voltage level Ui voltage source 12a and the relay coil 11.
  • a second Druckeinrich- processing 13b is also included in the current path Zvi ⁇ rule of the relay coil 11 and zero potential.
  • a second voltage source 12b lying at the voltage level U2 is provided, which is connected to the relay coil 11 via a third switching device 13c, which is arranged in parallel with the first switching device 13a.
  • Switching devices 13a, 13b, 13c may be, for example, semiconductor switches, such as. B. transistors, act.
  • a control device 14 serves to control the switching devices 13a, 13b and 13c.
  • the control device can - as shown in Figure 1 - consist of a single logical circuit, for example, a corresponding program ⁇ mized ASIC or FPGA; However, unlike the representation according to FIG. 1, the control device 14 can also consist of separate logic circuits allocated to the individual switching devices 13a, 13b, 13c.
  • switching signals Si, S 2 For driving the switching devices 13a, 13b, 13c are determined by the control means 14 switching signals Si, S 2, produces S 3, wherein the switching signal Si to drive the first switching ⁇ device 13a, the switching signal S2 for driving the second switching device 13b and the switching signal S 3 is provided for driving the third switching device 13c.
  • the switching signals Si, S 2 , S 3 are supplied to the respective switching devices 13a, 13b, 13c via separate separate signal paths in order to achieve multi-channeling and thus independence of the individual switching signals and to prevent failure of one of the switching signals or Interruption of a signal path a possibly unge ⁇ desired switching operation of the electromagnetic relay is performed.
  • Switching signals S i and S 3 which lead from the control device 14 to the first and third switching means 13 a and 13 c, signal inverters 15 a and 15 b are provided which perform an inversion of each output from the control means 14 switching signal S i and S 3 and pass a correspondingly inverse switching signal to the respective switching device 13a and 13c.
  • an inversion of the switching signals is an inversion of the signal level of a binary switching signal, that a switching signal be ⁇ sitting in front of the inversion of a high signal level (binary "1"), (after inversion into a switching signal with a low like the signal level binary "0”) and vice versa.
  • the provision of the signal inverters 15a and 15b for signal inversion of the switching signals S i and S 3 serves to minimize a harmful influence of external disturbances, for example caused by electromagnetic influences of the drive circuit, which would otherwise be injected into the signal paths of the switching signals S i, S 2 in a similar manner. S 3 could interfere and could cause unintentional driving of the relay coil.
  • the signal inverters 15a, 15b such a similar influencing of the signal paths of the switching signals S i, S 2 , S 3 can be largely prevented since signal interference always causes external interference to the first and third switching devices 13a, 13c on the one hand and the second Switching device 13b ⁇ on the other hand would affect.
  • FIG. 2 this is a diagram showing the waveforms of the switching signals S i, S 2 , S 3 for the switching devices 13a, 13b, 13c and the ent ⁇ speaking response of the relay coil 11 controlled by the switching contacts ("relay on / off ").
  • the signal inverter 15a, 15b the first switching signal Si and the third switching signal S as above be ⁇ written inverted 3 and fed in such a manner inverted form the switching devices 13a and 13c, respectively, so that ulti- lent all three switching devices 13a, 13b, 13c the first time ti a switching signal is supplied with a low Signalpe ⁇ gel, so that all three switching devices remain in the open position. Accordingly, there are the switching contacts of the relay before the time ti in its switched off state as cnt ⁇ Neillbar from the lower course of the plot.
  • the three switching devices 13a, 13b, 13c are caused to switch on by a corresponding change in the signal levels of the switching signals Si, S 2 , S 3 .
  • Due to the inversion of the switching signals Si and S 3 all three switching devices 13a, 13b, 13c switching ⁇ signals are supplied with a high signal level from the time ⁇ point tl, so that all the switching ⁇ devices 13a, 13b, 13c turned on.
  • the controller 14 After a predetermined period of time, which depends in particular on the turn-on time of the relay and is on the order of a few milliseconds, the controller 14 changes the signal level of the third switching signal S3 at time t 2 , causing the third switching device 13 c to turn off. After switching off the third switching device 13c is now only the lower voltage level Ui of the first voltage source 12a to the relay coil 11 and ensures a continued current flow through the relay coil 11 and thus a continued ⁇ tes switching on the switching contacts of the relay. Since the relay ⁇ contacts have already been switched on accelerated at this time, the lower voltage level Ui for obtaining the current flow through the relay coil 11 is sufficient.
  • the opponent ⁇ stands 17a and 17b are so high dimensioned with respect to their resistance values, that the current flowing through the relay coil 11 current flow is too low to turning on the switching contacts of the electromagnetic Effect relay.
  • resistors 17a and 17b defined voltage levels are set to voltage taps 18a and 18b, which are located on both sides of the relay coil 11 with switched off switching devices 13a, 13b, 13c, since in this case the fixed resistors 17a, 17b and the ohmic Wider ⁇ value of the relay coil 11 form a three-part voltage ⁇ divider, through which the voltage levels at the voltage taps 18a and 18b are clearly defined.
  • a monitoring ⁇ device 19 is connected which measures the present at the voltage taps 18a and 18b, voltages and monitored for deviate ⁇ cations and on the output side, an output signal A, it ⁇ evidence that indicates whether at least one of the voltages at the Voltage taps 18a and 18b deviates from the voltage levels set by the resistors 17a and 17b.
  • the monitoring device 19 can be formed from two comparators 20a and 20b as well as a logical OR element 21.
  • the first comparator 20a is supplied on the input side with the voltage measured at the first voltage tap 18a.
  • a reference voltage U V i is the first comparator 20a in a comparison input supplied whose value corresponds to the voltage reached at the first voltage- 18a through the resistors 17a and 17b in the case geöffne ⁇ ter switching devices 13a, 13b, is set 13c.
  • the second comparator 20b receives on the input side the voltage measured at the second voltage tap 18b. leads.
  • a comparison voltage U V 2 is supplied to the second comparator 20 b at a comparison input, whose value corresponds to the voltage which is set at the second voltage output 18b by the resistors 17a and 17b in the case of opened switching devices 13a, 13b, 13c.
  • ⁇ from the aisle side are both comparators 20a, 20b connected to the logi ⁇ rule OR gate 21st
  • the first comparator 20a outputs a signal on the output side if there is a deviation between the voltage applied to the first voltage tap 18a and the first reference voltage Uvi.
  • the second comparator 20b outputs a signal on the output side if there is a deviation between the voltage applied to the second voltage tap 18b and the second comparison voltage U V 2.
  • the first comparator 20a is designed as an inverting comparator and the second comparator 20b as a non-inverting comparator.
  • both comparison voltages U V i and U V 2 can be made positive and at the same time voltages at the voltage taps 18a and 18b can be monitored larger and smaller than the comparison voltages U V i and U V 2.
  • the OR gate 21 outputs an output signal on the output side if at least one of the signals of the comparators indicates a deviation of the measured voltage from the respective reference voltage.
  • control device 14 sends short signals via the signal paths of the switching signals
  • the duration of the delivery of the test signals is typically a few milliseconds.
  • FIG. 3 shows a diagram which shows the course of the signal sequence of test signals Pi, P2 and P3 emitted by the control device 14 as well as the corresponding course of the output signal A emitted by the monitoring device 19.
  • the monitoring can only take place when the relay coil 11 is turned off.
  • the test signal Pi by the control device 14 as the first test signal a as the first test signal a Vietnamese parcel generated and the first switching device 13a supplied ⁇ leads. Since the signal inverter 15a is arranged in the signal path to the first switching device 13a, the test signal Pi accordingly has to have a low signal level in order to effect a switching on of the first switching device 13a after its inversion. By switching on the first switching device 13a, the resistor 17a is bypassed, so that the voltage level at the first voltage tap 18a is raised to the voltage level Ui of the first voltage source 12a.
  • the voltage level at the second voltage tap 18b changed, so that separators in the sequence both com- 20a and 20b on the output side generate a signal and 19 entspre ⁇ accordingly indicates the output signal A of the monitoring device, a deviation of the measured voltage levels of the reference voltages.
  • This output signal A can be supplied to an evaluation unit, not shown in Fig. 1, which also has knowledge of the output of the first test signal Pi and closes on functional efficiency of the ers ⁇ th switching means when said output signal A occurs in response to the first test signal Pi.
  • the evaluation unit can also be integrated in the control device 14.
  • test signals P2 and P3 generated and their respective switching devices 13b and 13c are supplied as a further test signals of the output from the STEU ⁇ er worn 14 excsignal Marsh.
  • Each of these test signals P2 and P3 leads, when the switching device 13b or 13c is functional, to a change in the voltage levels to the voltage drop.
  • fen 18a and 18b projecting so that a corresponding output signal A is given from ⁇ by the monitoring device 19 as a response that is supplied to the evaluation unit which detects so ⁇ with the functionality of the switching devices.
  • Fig. 3 in the third sketchsignal resort 31 of the case ei ⁇ ner not functioning second switching device 13b is illustrated.
  • the second test signal P 2 effects on ⁇ because of a defect of the second switching device 13b does not turn on and thus no change in the voltage levels at the voltage taps 18a and 18b. Accordingly, no output signal A is generated which indicates a deviation from the comparison voltages.
  • the evaluation unit recognizes that the expected response of the output signal A to the test signal P 2 is absent (point 32 in FIG. 3) and therefore concludes that a defect has occurred in the second switching device 13b. For example, this can be communicated 10 (the user of a protection device in which the drive circuit is incorporated, for example) in the form of an alarm signal or a failure ⁇ message to a user of the drive circuit.
  • a defective relay coil 11 can also be detected by the monitoring device 19.
  • the monitoring device 19 due to a wire breakage no current flow through the relay coil 11 is possible in the relay coil 11, so that the voltage levels ⁇ permanently deviate at the voltage taps 18a and 18b from their reference voltages.
  • a lock-up of windings of the relay coil 11 performs, for example, by defective insulation of the windings to a changed resistance value of the relay coil 11, which is reflected in permanently changed ⁇ derten voltage levels at the voltage taps 18a and 18b and can therefore also be detected.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ansteuerschaltung (10) für ein eine Relaisspule (11) und Schaltkontakte aufweisendes elektromagnetisches Relais mit einer ersten Schalteinrichtung (13a), die zwischen einem ersten Anschluss der Relaisspule (11) und einer ersten Spannungsquelle (12a) angeordnet ist, einer zweiten Schalteinrichtung (13b), die zwischen einem zweiten Anschluss der Relaisspule (11) und einem Nullpotential angeordnet ist, und einer Steuereinrichtung (14), die dazu eingerichtet ist, zum Herstellen eines Stromflusses durch die Relaisspule (11) beide Schalteinrichtungen (13a, 13b) zu schließen. Um eine Ansteuerschaltung bereitzustellen, die einerseits eine möglichst kurze Ansprechzeit aufweist und andererseits konstruktiv einfach und damit kostengünstig herzustellen ist, wird vorgeschlagen, dass eine zweite Spannungsquelle (12b) vorgesehen ist, die über eine dritte Schalteinrichtung (13c) mit dem ersten Anschluss der Relaisspule (11) verbunden ist, wobei die dritte Schalteinrichtung (13c) in Parallelschaltung zu der ersten Schalteinrichtung (13a) angeordnet ist und die zweite Spannungsquelle (12b) ein höheres Spannungsniveau aufweist als die erste Spannungsquelle (12a) und die Steuereinrichtung (14) dazu eingerichtet ist, zum Herstellen eines Stromflusses durch die Relaisspule (11) zunächst alle drei Schalteinrichtungen (13a, 13b, 13c) zu schließen und nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitdauer einerseits die dritte Schalteinrichtung (13c) wieder zu öffnen und andererseits die erste und die zweite Schalteinrichtung (13a, 13b) geschlossen zu halten.

Description

Beschreibung
Ansteuerschaltung für ein elektromagnetisches Relais Die Erfindung betrifft eine Ansteuerschaltung für ein eine Relaisspule und Schaltkontakte aufweisendes elektromagneti¬ sches Relais mit einer ersten Schalteinrichtung, die zwischen einem ersten Anschluss der Relaisspule und einer ersten Spannungsquelle angeordnet ist, einer zweiten Schalteinrichtung, die zwischen einem zweiten Anschluss der Relaisspule und ei¬ nem Nullpotenzial angeordnet ist, und einer Steuereinrich¬ tung, die dazu eingerichtet ist, zum Herstellen eines Strom¬ flusses durch die Relaisspule beide Schalteinrichtungen zu schließen .
In elektrischen Geräten werden zur Durchführung von gesteuerten Schalthandlungen häufig elektromagnetische Relais einge¬ setzt. Elektromagnetische Relais bestehen üblicherweise aus einer Relaisspule und zumindest einem Paar elektrischer
Schaltkontakte. Wird die Relaisspule von einem elektrischen
Strom durchflössen, so wird um die Relaisspule ein Magnetfeld erzeugt, wodurch - bei sogenannten selbstöffnenden Relais - ein Schließen der Relaiskontakte bewirkt wird, so dass ein Stromfluss über die Relaiskontakte möglich ist. Wird der durch die Relaisspule fließende Strom wieder unterbrochen, so wird der bewegliche Teil der Relaiskontakte, beispielsweise mittels einer Federeinrichtung, in seine Ausgangslage zurückbewegt, was ein Öffnen der Relaiskontakte bewirkt und den Stromfluss über diese unterbricht. Bei selbstschließenden Re- lais sind die Kontakte im stromlosen Zustand der Relaisspule geschlossen und im stromdurchflossenen Zustand geöffnet.
Elektromagnetische Relais werden üblicherweise dort einge¬ setzt, wo mittels eines vergleichsweise geringen Steuerstro- mes aus einem Ansteuerstromkreis ein vergleichsweise größerer Strom in einem Schaltstromkreis ein- oder ausgeschaltet wer¬ den soll, und/oder dort, wo zwischen dem Ansteuerstromkreis und dem Schaltstromkreis eine galvanische Trennung erreicht werden soll. Das elektromagnetische Relais bildet in diesem Fall die galvanische Entkopplung des Ansteuerstromkreises und des Schaltstromkreises. Elektromagnetische Relais werden beispielsweise in elektri¬ schen Schutzgeräten zur Überwachung elektrischer Energieversorgungsnetze eingesetzt, um im Falle eines Fehlers (z.B. ei¬ nes Kurzschlusses) in dem elektrischen Energieversorgungsnetz durch Schließen der Relaiskontakte eines sogenannten "Komman- dorelais" eine Auslösung eines elektrischen Leistungsschal¬ ters zu veranlassen und so den Fehlerstrom zu unterbrechen. Eine weitere Verwendungsmöglichkeit elektromagnetischer Re¬ lais in Schutzgeräten ist bei sogenannten Binärausgängen gegeben, wo durch Ein- bzw. Ausschalten von Relais binäre Kom- munikationssignale mit hohem Signalpegel (binäre „1") oder niedrigem Signalpegel (binäre „0") erzeugt werden können. Beim Einsatz von elektromagnetischen Relais in solchen sicherheitsrelevanten Gebieten ist es von größter Wichtigkeit, ein ungewolltes Ein- oder Ausschalten sicher zu verhindern, um einerseits eine große Zuverlässigkeit im Fehlerfall zu ge¬ währleisten und andererseits kostenträchtige Fehlauslösungen zu vermeiden.
Eine möglichst fehlersichere Ausgestaltung eines Ansteuer- Stromkreises für ein elektromagnetisches Relais kann dadurch erreicht werden, dass die Relaisspule nicht nur über eine einzige ggf. fehleranfällige Schalteinrichtung angesteuert wird, sondern stattdessen über zwei im Strompfad der Relaisspule liegende Schalteinrichtungen. Die Relaisspule wird nur dann angesteuert, wenn beide Schalteinrichtungen gleichzeitig geschlossen sind. Sobald eine Schalteinrichtung geöffnet ist, wird der Stromfluss durch die Relaisspule unterbrochen. Hier¬ durch wird eine relativ große Zuverlässigkeit der Ansteuerung gegen ungewolltes Aktivieren der Relaisspule erreicht, da ei- ne schadhafte, dauerhaft kurzgeschlossene Schalteinrichtung allein keine ungewollte Aktivierung der Relaisspule bewirken kann. Eine solche Schaltanordnung ist beispielsweise aus der internationalen Patentanmeldung WO 2009/062536 AI bekannt, aus der eine Schaltanordnung zum Ansteuern eines elektromagnetischen Relais hervorgeht, bei der eine Relaisspule mit zwei Schalteinrichtungen derart in einem Strompfad angeordnet ist, dass an beiden Anschlüssen der Relaisspule jeweils eine der Schalteinrichtungen vorgesehen ist. Über eine Ansteuerschaltung werden zum Herstellen eines Stromflusses durch die Relaisspule beide Schalteinrichtungen geschlossen, während zum Unterbrechen des Stromflusses beide Schalteinrichtungen geöffnet werden.
Bei einigen Anwendungsfällen wird an ein elektromagnetisches Relais die Anforderung gestellt, dass es im Falle eines
Stromflusses durch die Relaisspule eine möglichst kurze An¬ sprechzeit aufweist, also sehr schnell eine Schalthandlung der Schaltkontakte des Relais ausgelöst wird. Diese Anforde¬ rung wird beispielsweise an solche Relais gestellt, die für Binärausgänge von elektrischen Schutz- oder Steuergeräten eingesetzt werden, weil solche Binärausgänge zur Übermittlung von Informationen an andere Geräte, z.B. weitere Schutz- oder Steuergeräte, eingesetzt werden und die Signallaufzeit hier¬ bei möglichst kurz gehalten werden soll. Daher muss die Zeit¬ dauer von der Ansteuerung eines elektromagnetischen Relais bis zum endgültigen Schließen seiner Schaltkontakte möglichst kurz sein.
Zur Realisierung eines elektromagnetischen Relais mit einer möglichst kurzen Ansprechzeit ist beispielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 102 03 682 AI bekannt, pa¬ rallel zu den Schaltkontakten des elektromagnetischen Relais einen Halbleiterschalter einzusetzen, der aufgrund des Fehlens mechanisch bewegter Teile eine sehr schnelle Ansprechzeit aufweist und bis zum endgültigen Schließen der Schaltkontakte des elektromagnetischen Relais die Herstellung eines Stromflusses gewährleisten kann. Ein solcher Halbleiterschal- ter muss in diesem Fall dazu ausgebildet sein, einen ver¬ gleichsweise hohen Strom führen zu können, da der gesamte Strom des Schaltstromkreises bis zum Schließen der Schaltkontakte des Relais über den Halbleiterschalter fließen muss. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ansteuerschal¬ tung der oben genannten Art anzugeben, die einerseits eine möglichst kurze Ansprechzeit aufweist und andererseits kon- struktiv einfach und damit kostengünstig herzustellen ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine gattungsgemäße Ansteuerschaltung gelöst, bei der eine zweite Spannungsquelle vorgesehen ist, die über eine dritte Schalteinrichtung mit dem ersten Anschluss der Relaisspule verbunden ist, wobei die dritte Schalteinrichtung in Parallelschaltung zu der ersten Schalteinrichtung angeordnet ist und die zweite Spannungs¬ quelle ein höheres Spannungsniveau aufweist als die erste Spannungsquelle, und die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, zum Herstellen eines Stromflusses durch die Relaisspule zunächst alle drei Schalteinrichtungen zu schließen und nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitdauer einerseits die dritte Schalteinrichtung wieder zu öffnen und andererseits die erste und die zweite Schalteinrichtung geschlossen zu halten.
Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung besteht darin, dass allein durch Vorsehen einer zweiten Spannungsquelle mit einem im Vergleich zur ersten Spannungsquelle höheren Spannungsniveau und der Verwendung einer entsprechend angesteuerten dritten Schalteinrichtung der Relaisspule für eine kurze Zeitdauer eine höhere Spannung zugeführt werden kann (und damit ein höherer Strom durch die Relaisspule ge¬ trieben wird) , so dass diese zu einer vergleichsweise schnel¬ len Einschaltung der Schaltkontakte veranlasst werden kann. Sobald die Schaltkontakte geschlossen sind, kann als Halte¬ spannung das Spannungsniveau der ersten Spannungsquelle ver¬ wendet werden, indem die zweite Spannungsquelle durch Öffnen der dritten Schalteinrichtung wieder von der Relaisspule abgetrennt wird.
Die beiden Spannungsquellen können hierbei durch separat voneinander mit der Ansteuerschaltung verbundene Spannungsquellen gebildet werden, oder es kann die Spannung einer einzigen Spannungsquelle auf zwei Spannungsniveaus aufgeteilt werden, wobei das niedrigere Spannungsniveau für die erste Spannungs¬ quelle und das höhere Spannungsniveau für die zweite Span¬ nungsquelle verwendet wird. Die Schalteinrichtungen können beispielsweise als Halbleiterschalter (Transistoren, MOSFETs etc.) ausgebildet sein.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung ist vorgesehen, dass die Steuereinrich- tung dazu eingerichtet ist, zur Ansteuerung der Schalteinrichtungen separate Schaltsignale zu erzeugen, wobei die Schaltsignale den Schalteinrichtungen über voneinander getrennte Signalpfade zugeführt werden. Auf diese Weise kann eine mehrkanalige Ansteuerung der
Schalteinrichtungen erfolgen, so dass sich eine Unterbrechung eines der Signalpfade nicht auf alle Schalteinrichtungen aus¬ wirkt . In diesem Zusammenhang kann ferner vorgesehen sein, dass entweder in den Signalpfaden zwischen der Steuereinrichtung und der ersten und dritten Schalteinrichtung oder im Signalpfad zwischen der Steuereinrichtung und der zweiten Schalteinrichtung Signalinvertierer vorgesehen sind, die eine Invertierung des jeweiligen Schaltsignals vornehmen, und die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, über die mit Signalinvertie- rern versehenen Signalpfade zum Schließen der jeweiligen Schalteinrichtung jeweils inverse Schaltsignale zu übertra¬ gen .
Hierdurch kann vorteilhaft gewährleistet werden, dass eine Beeinflussung der jeweiligen Signalpfade durch eine von außen eingebrachte Störung, beispielsweise eine elektromagnetische Störung, sich nicht in gleicher Weise auf die in den Signal- pfaden geführten Schaltsignale auswirkt und damit zu einer ungewollten Einschaltung der Schaltkontakte des elektromagne¬ tischen Relais führen könnte. Vielmehr wirkt sich bei dieser Ausführungsform eine von außen eingebrachte Störung auf die Schalteinrichtungen an den beiden Anschlüssen der Relaisspule jeweils genau gegensätzlich aus, so dass eine gleichzeitige ungewollte Einschaltung aller Schalteinrichtungen und eine damit verbundene Herstellung eines Stromflusses durch die Re- laisspule wirksam vermieden wird.
Um außerdem eine Überwachung der Funktionstüchtigkeit sowohl der Relaisspule als auch der jeweiligen Schalteinrichtungen vornehmen zu können, wird gemäß einer weiteren Ausführungs- form der erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung vorgeschlagen, dass in Parallelschaltung zu der ersten und der zweiten
Schalteinrichtung jeweils elektrische Widerstände vorgesehen sind, deren Widerstandswerte derart gewählt sind, dass ein über zumindest einen der Widerstände und durch die Relaisspu- le fließender Strom kein Ansprechen der Schaltkontakte des
Relais bewirkt, die Steuereinrichtung zur Abgabe einer Folge von Prüfsignalen an die jeweiligen Schalteinrichtungen eingerichtet ist, wobei von der Steuereinrichtung jeweils nur ein Prüfsignal für jeweils eine Schalteinrichtung zur selben Zeit erzeugt wird, und eine Überwachungseinrichtung vorgesehen ist, die einerseits mit einem ersten Spannungsabgriff zwischen der Relaisspule und der ersten Schalteinrichtung und andererseits mit einem zweiten Spannungsabgriff zwischen der Relaisspule und der zweiten Schalteinrichtung in Verbindung steht und zur Überwachung der Spannungen an dem ersten und dem zweiten Spannungsabgriff eingerichtet ist.
Konkret kann in diesem Zusammenhang vorgesehen sein, dass die Überwachungseinrichtung zur Abgabe eines Ausgangssignals ein- gerichtet ist, das eine Abweichung einer jeweiligen an dem ersten oder zweiten Spannungsabgriff gemessenen Spannung von einer jeweiligen Vergleichsspannung anzeigt.
Hierdurch kann mit vergleichsweise einfachen Mitteln durch Vergleich der an den jeweiligen Spannungsabgriffen gemessenen Spannungen mit jeweiligen Vergleichsspannungen auf die Funktionstüchtigkeit der Relaisspule und der Schalteinrichtungen geschlossen werden. In diesem Zusammenhang kann gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung vorgesehen sein, dass die Überwachungseinrichtung zwei Kompa- ratoren umfasst, deren Eingänge jeweils einerseits mit der Spannung des jeweiligen Spannungsabgriffs und andererseits mit einer Vergleichsspannung beaufschlagt sind, und die Kom- paratoren ausgangsseitig mit einem Oder-Glied verbunden sind, an dessen Ausgang das Ausgangssignal abgreifbar ist.
Hierdurch kann mit vergleichsweise einfachen elektronischen Bauteilen in Form von zwei Komparatoren und einem Oder-Glied die Überwachungseinrichtung für die Ansteuerschaltung realisiert werden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbei¬ spiels näher erläutert. Hierzu zeigen
Fig. 1 ein Prinzipschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Ansteuerschaltung für ein elektromagnetisches
Relais ,
Fig. 2 ein Diagramm zur Erläuterung des Schaltverlaufs von
Schaltsignalen zur Ansteuerung eines elektromagne- tischen Relais, und
Fig. 3 ein Diagramm zur Erläuterung des Verlaufs von Prüfsignalen zur Überwachung einer Ansteuerschaltung für ein elektromagnetisches Relais.
Fig. 1 zeigt ein Prinzipschaltbild einer Ansteuerschaltung 10 für ein elektromagnetisches Relais, von dem in Fig. 1 der besseren Übersicht halber lediglich die Relaisspule 11 ge¬ zeigt ist. Das elektrische Relais weist darüber hinaus in Fig. 1 nicht dargestellte Schaltkontakte auf, die bei Vorhan¬ densein eines Stromflusses durch die Relaisspule 11 zur
Durchführung einer Schalthandlung veranlasst werden können. Solche Schaltkontakte können beispielsweise als Schaltkontak- te eines Kommandorelais zur Ansteuerung eines Leistungsschal¬ ters oder als Schaltkontakte eines binären Kommunikationsaus¬ gangs von elektrischen Schutzgeräten zur Überwachung und Steuerung elektrischer Energieversorgungsnetze Anwendung fin- den .
Zwischen einer ersten auf dem Spannungsniveau Ui liegenden Spannungsquelle 12a und der Relaisspule 11 ist eine erste Schalteinrichtung 13a angeordnet. Eine zweite Schalteinrich- tung 13b befindet sich darüber hinaus in dem Strompfad zwi¬ schen der Relaisspule 11 und Nullpotenzial. Außerdem ist eine zweite auf dem Spannungsniveau U2 liegende Spannungsquelle 12b vorgesehen, die über eine dritte Schalteinrichtung 13c, die in Parallelschaltung zur ersten Schalteinrichtung 13a an- geordnet ist, mit der Relaisspule 11 verbunden ist. Bei den
Schalteinrichtungen 13a, 13b, 13c kann es sich beispielsweise um Halbleiterschalter, wie z. B. Transistoren, handeln.
Eine Steuereinrichtung 14 dient zur Ansteuerung der Schalt- einrichtungen 13a, 13b und 13c. Die Steuereinrichtung kann - wie in Fig. 1 gezeigt - aus einer einzigen logischen Schaltung bestehen, beispielsweise aus einem entsprechend program¬ mierten ASIC oder FPGA; abweichend von der Darstellung gemäß Fig. 1 kann die Steuereinrichtung 14 jedoch auch aus jeweils separaten, den einzelnen Schalteinrichtungen 13a, 13b, 13c zugeordneten logischen Schaltungen bestehen.
Zur Ansteuerung der Schalteinrichtungen 13a, 13b, 13c werden von der Steuereinrichtung 14 Schaltsignale Si, S2, S3 erzeugt, wobei das Schaltsignal Si zur Ansteuerung der ersten Schalt¬ einrichtung 13a, das Schaltsignal S2 zur Ansteuerung der zweiten Schalteinrichtung 13b und das Schaltsignal S3 zur Ansteuerung der dritten Schalteinrichtung 13c vorgesehen ist. Die Schaltsignale Si, S2, S3 werden den jeweiligen Schaltein- richtungen 13a, 13b, 13c über voneinander getrennte separate Signalpfade zugeführt, um eine Mehrkanaligkeit und damit eine Unabhängigkeit der einzelnen Schaltsignale zu erreichen und zu verhindern, dass beim Ausfall eines der Schaltsignale oder Unterbrechung eines Signalpfades eine möglicherweise unge¬ wollte Schalthandlung des elektromagnetischen Relais durchgeführt wird. Darüber hinaus sind in den Signalpfaden der
Schaltsignale S i und S3, die von der Steuereinrichtung 14 zu der ersten und der dritten Schalteinrichtung 13a bzw. 13c führen, Signalinvertierer 15a und 15b vorgesehen, die eine Invertierung des jeweils von der Steuereinrichtung 14 abgegebenen Schaltsignals S i bzw. S3 vornehmen und ein entsprechend inverses Schaltsignal an die jeweilige Schalteinrichtung 13a bzw. 13c weitergeben. Eine Invertierung der Schaltsignale bedeutet in diesem Fall eine Umkehrung des Signalpegels eines binären Schaltsignals derart, dass ein Schaltsignal, das vor der Invertierung einen hohen Signalpegel (binäre „1") be¬ sitzt, nach der Invertierung in ein Schaltsignal mit niedri- gern Signalpegel (binäre „0") und umgekehrt umgewandelt wird. Das Vorsehen der Signalinvertierer 15a und 15b zur Signalinvertierung der Schaltsignale S i und S3 dient zur Minimierung eines schädlichen Einflusses externer Störungen, beispielsweise hervorgerufen durch elektromagnetische Beeinflussungen der Ansteuerschaltung, die sich andernfalls in gleichartiger Weise in die Signalpfade der Schaltsignale S i , S 2 , S3 einkop- peln könnten und ein ungewolltes Ansteuern der Relaisspule hervorrufen könnten. Durch die Signalinvertierer 15a, 15b kann eine solche gleichartige Beeinflussung der Signalpfade der Schaltsignale S i , S 2 , S3 weitgehend verhindert werden, da sich durch Signalinvertierung externe Störungen immer in gegenteiliger Weise auf die erste und dritte Schalteinrichtung 13a, 13c einerseits und die zweite Schalteinrichtung 13b an¬ dererseits auswirken würden.
Die Funktionsweise der Ansteuerschaltung 10 bei der Ansteue- rung der Relaisspule 11 wird im Folgenden unter Hinzunahme der Fig. 2 näher erläutert. In Fig. 2 ist hierzu ein Diagramm dargestellt, das die Signalverläufe der Schaltsignale S i , S 2 , S3 für die Schalteinrichtungen 13a, 13b, 13c sowie die ent¬ sprechende Reaktion der durch die Relaisspule 11 angesteuerten Schaltkontakte („Relais ein/aus") aufzeigt. Vor einem mit ti bezeichneten ersten Zeitpunkt werden von der Steuereinrichtung 14 ein erstes Schaltsignal Si mit hohem Signalpegel, ein zweites Schaltsignal S2 mit niedrigem Sig¬ nalpegel und ein drittes Schaltsignal S3 mit hohem Signalpe- gel an die jeweiligen Schalteinrichtungen 13a, 13b, 13c abgegeben. Durch die Signalinvertierer 15a, 15b werden das erste Schaltsignal Si und das dritte Schaltsignal S3 wie oben be¬ schrieben invertiert und in derart invertierter Form den Schalteinrichtungen 13a bzw. 13c zugeführt, so dass letztend- lieh allen drei Schalteinrichtungen 13a, 13b, 13c vor dem ersten Zeitpunkt ti ein Schaltsignal mit niedrigem Signalpe¬ gel zugeführt wird, so dass alle drei Schalteinrichtungen in geöffneter Stellung verharren. Entsprechend befinden sich die Schaltkontakte des Relais vor dem Zeitpunkt ti in ausgeschal- tetem Zustand, wie aus dem unteren Verlauf des Diagramms ent¬ nehmbar ist.
Zum Zeitpunkt ti werden die drei Schalteinrichtungen 13a, 13b, 13c durch entsprechende Veränderung der Signalpegel der Schaltsignale Si, S2, S3 zum Einschalten veranlasst. Konkret bedeutet dies, dass sowohl das erste als auch das dritte Schaltsignal Si und S3 zum Zeitpunkt ti einen niedrigen Sig¬ nalpegel annehmen, während das zweite Schaltsignal S2 zum Zeitpunkt ti einen hohen Signalpegel annimmt. Aufgrund der Invertierung der Schaltsignale Si und S3 werden ab dem Zeit¬ punkt tl allen drei Schalteinrichtungen 13a, 13b, 13c Schalt¬ signale mit hohem Signalpegel zugeführt, so dass alle Schalt¬ einrichtungen 13a, 13b, 13c eingeschaltet werden. Hierdurch wird ein Stromfluss durch die Relaisspule 11 er¬ reicht, der schließlich ein Einschalten der Schaltkontakte des elektromagnetischen Relais bewirkt. Da dieser zum Zeitpunkt ti auftretende Stromfluss aufgrund der eingeschalteten dritten Schalteinrichtung 13c durch die zweite Spannungsquel- le 12b mit dem höheren Spannungsniveau U2 verursacht wird, ist dieser Strom beim Einschalten des Relais zum Zeitpunkt ti vergleichsweise hoch und bewirkt ein beschleunigtes Schließen der Schaltkontakte, indem die Relaisspule 11 entsprechend des fließenden vergleichsweise hohen Stromes ein relativ starkes Magnetfeld erzeugt, das zum schnellen Einschalten der Schalt¬ kontakte des elektromagnetischen Relais dient. Eine Diode 16 verhindert einen Stromfluss von dem hohen Spannungsniveau U2 zum niedrigeren Spannungsniveau Ui der ersten Spannungsquelle 12a.
Nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitdauer, die sich insbesondere nach der Einschaltzeit des Relais richtet und in der Größenordnung weniger Millisekunden liegt, ändert die Steuereinrichtung 14 zum Zeitpunkt t2 den Signalpegel des dritten Schaltsignals S3, wodurch die dritte Schalteinrichtung 13c zum Ausschalten veranlasst wird. Nach dem Ausschalten der dritten Schalteinrichtung 13c liegt nunmehr nur noch das niedrigere Spannungsniveau Ui der ersten Spannungsquelle 12a an der Relaisspule 11 an und sorgt für einen fortgesetzten Stromfluss durch die Relaisspule 11 und damit ein fortgesetz¬ tes Einschalten der Schaltkontakte des Relais. Da die Relais¬ kontakte zu diesem Zeitpunkt bereits beschleunigt eingeschal- tet worden sind, reicht das niedrigere Spannungsniveau Ui zum Erhalten des Stromflusses durch die Relaisspule 11 aus.
Zum Zeitpunkt t3 ändert die Steuereinrichtung 14 die Signal¬ pegel des ersten und zweiten Schaltsignals Si und S2, so dass auch die erste und zweite Schalteinrichtung 13a bzw. 13b aus¬ geschaltet werden und der Stromfluss durch die Relaisspule (weitgehend) zum Erliegen kommt. Daher werden ab dem Zeit¬ punkt t3 die Schaltkontakte des elektromagnetischen Relais geöffnet .
Mit der Ansteuerschaltung 10 gemäß Figur 1 lässt sich neben einer beschleunigten Einschaltung der Schaltkontakte des elektromagnetischen Relais auch eine Überwachung der Funktionstüchtigkeit der drei Schalteinrichtungen 13a, 13b, 13c so- wie der Relaisspule 11 durchführen. Hierzu sind einerseits zwei Widerstände 17a und 17b vorgesehen, die jeweils in Pa¬ rallelschaltung zu der ersten Schalteinrichtung 13a und der zweiten Schalteinrichtung 13b angeordnet sind, so dass dauer- haft durch das Spannungsniveau Ui der ersten Spannungsquelle 12a ein Stromfluss durch die Relaisspule 11 und die beiden Widerstände 17a und 17b hervorgerufen wird. Damit dieser Stromfluss jedoch kein ungewolltes Einschalten der Schaltkon- takte des elektromagnetischen Relais bewirkt, sind die Wider¬ stände 17a und 17b hinsichtlich ihrer Widerstandswerte derart hoch bemessen, dass der durch die Relaisspule 11 fließende Stromfluss zu gering ist, um ein Einschalten der Schaltkontakte des elektromagnetischen Relais zu bewirken.
Durch die Widerstände 17a und 17b werden an Spannungsabgriffen 18a und 18b, die sich zu beiden Seiten der Relaisspule 11 befinden, bei ausgeschalteten Schalteinrichtungen 13a, 13b, 13c definierte Spannungsniveaus eingestellt, da in diesem Fall die festen Widerstände 17a, 17b sowie der ohmsche Wider¬ standswert der Relaisspule 11 einen dreiteiligen Spannungs¬ teiler bilden, durch den die Spannungsniveaus an den Spannungsabgriffen 18a und 18b eindeutig festgelegt sind. An den Spannungsabgriffen 18a und 18b ist eine Überwachungs¬ einrichtung 19 angeschlossen, die die an den Spannungsabgriffen 18a und 18b vorliegenden Spannungen misst und auf Abwei¬ chungen überwacht und ausgangsseitig ein Ausgangssignal A er¬ zeugt, das angibt, ob mindestens eine der Spannungen an den Spannungsabgriffen 18a und 18b von den durch die Widerstände 17a und 17b eingestellten Spannungsniveaus abweicht.
Konkret kann die Überwachungseinrichtung 19 aus zwei Kompara- toren 20a und 20b sowie einem logischen ODER-Glied 21 gebil- det sein. Dem ersten Komparator 20a wird eingangsseitig die an dem ersten Spannungsabgriff 18a gemessene Spannung zugeführt. Außerdem wird dem ersten Komparator 20a an einem Vergleichseingang eine Vergleichsspannung UVi zugeführt, deren Wert der Spannung entspricht, die an dem ersten Spannungsab- griff 18a durch die Widerstände 17a und 17b im Falle geöffne¬ ter Schalteinrichtungen 13a, 13b, 13c eingestellt ist. Ent¬ sprechend wird dem zweiten Komparator 20b eingangsseitig die an dem zweiten Spannungsabgriff 18b gemessene Spannung zuge- führt. Außerdem wird dem zweiten Komparator 20b an einem Vergleichseingang eine Vergleichsspannung UV2 zugeführt, deren Wert der Spannung entspricht, die an dem zweiten Spannungsab¬ griff 18b durch die Widerstände 17a und 17b im Falle geöffne- ter Schalteinrichtungen 13a, 13b, 13c eingestellt ist. Aus¬ gangsseitig sind beide Komparatoren 20a, 20b mit dem logi¬ schen ODER-Glied 21 verbunden.
Der erste Komparator 20a gibt ausgangsseitig ein Signal ab, wenn eine Abweichung zwischen der am ersten Spannungsabgriff 18a anliegenden Spannung und der ersten Vergleichsspannung Uvi vorliegt. Der zweite Komparator 20b gibt ausgangsseitig ein Signal ab, wenn eine Abweichung zwischen der am zweiten Spannungsabgriff 18b anliegenden Spannung und der zweiten Vergleichsspannung UV2 vorliegt. Vorzugsweise ist der erste Komparator 20a als invertierender Komparator und der zweite Komparator 20b als nicht invertierender Komparator ausgeführt. In diesem Fall können beide Vergleichsspannungen UVi und UV2 positiv ausgeführt sein und gleichzeitig können Span- nungen an den Spannungsabgriffen 18a und 18b größer und kleiner als die Vergleichsspannungen UVi und UV2 überwacht werden.
Das ODER-Glied 21 gibt ausgangsseitig ein Ausgangssignal ab, wenn mindestens eines der Signale der Komparatoren eine Ab- weichung der gemessenen Spannung von der jeweiligen Referenzspannung anzeigt.
Zur Durchführung einer Funktionstüchtigkeitsüberwachung der Schalteinrichtungen 13a, 13b, 13c werden von der Steuerein- richtung 14 über die Signalpfade der Schaltsignale kurze
Prüfsignale Pi, P2 und P3 an die Schalteinrichtungen 13a, 13b, 13c erzeugt, die sich zeitlich nicht überlappen und ihre ent¬ sprechende Schalteinrichtung 13a, 13b, 13c zum kurzzeitigen Einschalten veranlassen. Die Dauer der Abgabe der PrüfSignale beträgt typischerweise wenige Millisekunden.
Die Vorgehensweise bei der Überwachung der Schalteinrichtungen 13a, 13b und 13c soll im Folgenden unter Hinzunahme der Fig. 3 erläutert werden. In Fig. 3 ist hierzu ein Diagramm dargestellt, das den Verlauf von von der Steuereinrichtung 14 abgegebenen Signalfolge von Prüfsignalen Pi, P2 und P3 sowie den entsprechenden Verlauf des von der Überwachungseinrich- tung 19 abgegeben Ausgangssignals A aufzeigt.
Die Überwachung kann nur erfolgen, wenn die Relaisspule 11 ausgeschaltet ist. In diesem Fall wird von der Steuereinrichtung 14 als erstes Prüfsignal einer Prüfsignalfolge das Prüf- signal Pi erzeugt und der ersten Schalteinrichtung 13a zuge¬ führt. Da im Signalpfad zur ersten Schalteinrichtung 13a der Signalinvertierer 15a angeordnet ist, muss das Prüfsignal Pi entsprechend einen niedrigen Signalpegel aufweisen, um nach seiner Invertierung ein Einschalten der ersten Schalteinrich- tung 13a zu bewirken. Durch das Einschalten der ersten Schalteinrichtung 13a wird der Widerstand 17a überbrückt, so dass das Spannungsniveau am ersten Spannungsabgriff 18a auf das Spannungsniveau Ui der ersten Spannungsquelle 12a gehoben wird. Entsprechend verändert sich auch das Spannungsniveau am zweiten Spannungsabgriff 18b, so dass in der Folge beide Kom- paratoren 20a und 20b ausgangsseitig ein Signal erzeugen und das Ausgangssignal A der Überwachungseinrichtung 19 entspre¬ chend eine Abweichung der gemessenen Spannungsniveaus von den Vergleichsspannungen anzeigt. Dieses Ausgangssignal A kann einer in Fig. 1 nicht gezeigten Auswerteeinheit zugeführt werden, die ebenfalls Kenntnis über die Abgabe des ersten Prüfsignals Pi besitzt und auf Funktionstüchtigkeit der ers¬ ten Schalteinrichtung schließt, wenn das Ausgangssignal A als Reaktion auf das erste Prüfsignal Pi auftritt. Die Auswerte- einheit kann auch in die Steuereinrichtung 14 integriert sein .
Entsprechend werden als weitere Prüfsignale der von der Steu¬ ereinrichtung 14 abgegebenen Prüfsignalfolge die Prüfsignale P2 und P3 erzeugt und ihren jeweiligen Schalteinrichtungen 13b bzw. 13c zugeführt. Jedes dieser Prüfsignale P2 bzw. P3 führt bei funktionstüchtiger Schalteinrichtung 13b bzw. 13c eine Veränderung der Spannungsniveaus an den Spannungsabgrif- fen 18a bzw. 18b hervor, so dass von der Überwachungseinrichtung 19 als Reaktion ein entsprechendes Ausgangssignal A ab¬ gegeben wird, das der Auswerteeinheit zugeführt wird, die so¬ mit die Funktionstüchtigkeit der Schalteinrichtungen erkennt.
In Fig. 3 ist in der dritten Prüfsignalfolge 31 der Fall ei¬ ner nicht funktionstüchtigen zweiten Schalteinrichtung 13b dargestellt. Hierbei bewirkt das zweite Prüfsignal P2 auf¬ grund eines Defekts der zweiten Schalteinrichtung 13b kein Einschalten und damit keine Veränderung der Spannungsniveaus an den Spannungsabgriffen 18a und 18b. Entsprechend wird kein Ausgangssignal A erzeugt, das auf eine Abweichung von den Vergleichsspannungen hinweist. Die Auswerteeinheit erkennt, dass die erwartete Reaktion des Ausgangssignals A auf das Prüfsignal P2 ausbleibt (Stelle 32 in Fig. 3) und schlieOt daher auf einen Defekt der zweiten Schalteinrichtung 13b. Dies kann z.B. in Form eines Alarmsignals oder einer Ausfall¬ meldung an einen Benutzer der Ansteuerschaltung 10 (z.B. den Benutzer eines Schutzgerätes, in das die Ansteuerschaltung eingebaut ist) mitgeteilt werden.
Auch der Fall einer defekten Relaisspule 11 lässt sich durch die Überwachungseinrichtung 19 erkennen. In diesem Fall ist aufgrund eines Drahtbruchs in der Relaisspule 11 kein Strom- fluss über die Relaisspule 11 möglich, so dass die Spannungs¬ niveaus an den Spannungsabgriffen 18a und 18b dauerhaft von ihren Vergleichsspannungen abweichen. Ebenso führt eine Überbrückung von Wicklungen der Relaisspule 11 z.B. durch eine defekte Isolierung der Wicklungen zu einem veränderten Wider- standswert der Relaisspule 11, der sich in dauerhaft verän¬ derten Spannungsniveaus an den Spannungsabgriffen 18a und 18b niederschlägt und daher auch erkannt werden kann.

Claims

Patentansprüche
1. Ansteuerschaltung (10) für ein eine Relaisspule (11) und Schaltkontakte aufweisendes elektromagnetisches Relais mit - einer ersten Schalteinrichtung (13a), die zwischen einem ersten Anschluss der Relaisspule (11) und einer ersten Span¬ nungsquelle (12a) angeordnet ist;
- einer zweiten Schalteinrichtung (13b), die zwischen einem zweiten Anschluss der Relaisspule (11) und einem Nullpotenzi- al angeordnet ist; und
- einer Steuereinrichtung (14), die dazu eingerichtet ist, zum Herstellen eines Stromflusses durch die Relaisspule (11) beide Schalteinrichtungen (13a, 13b) zu schließen;
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- eine zweite Spannungsquelle (12b) vorgesehen ist, die über eine dritte Schalteinrichtung (13c) mit dem ersten Anschluss der Relaisspule (11) verbunden ist, wobei die dritte Schalt¬ einrichtung (13c) in Parallelschaltung zu der ersten Schalteinrichtung (13a) angeordnet ist und die zweite Spannungs- quelle (12b) ein höheres Spannungsniveau aufweist als die erste Spannungsquelle (12a); und
- die Steuereinrichtung (14) dazu eingerichtet ist, zum Herstellen eines Stromflusses durch die Relaisspule (11) zu¬ nächst alle drei Schalteinrichtungen (13a, 13b, 13c) zu schließen und nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitdauer einerseits die dritte Schalteinrichtung (13c) wieder zu öffnen und andererseits die erste und die zweite Schalteinrichtung (13a, 13b) geschlossen zu halten.
2. Ansteuerschaltung (10) 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
- die Steuereinrichtung (14) dazu eingerichtet ist, zur An- steuerung der Schalteinrichtungen (13a, 13b, 13c) separate Schaltsignale (Si, S2, S3) zu erzeugen, wobei die Schaltsigna- le (Si, S2, S3) den Schalteinrichtungen (13a, 13b, 13c) über voneinander getrennte Signalpfade zugeführt werden.
3. Ansteuerschaltung (10) nach Anspruch 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- entweder in den Signalpfaden zwischen der Steuereinrichtung (14) und der ersten und dritten Schalteinrichtung (13a, 13c) oder im Signalpfad zwischen der Steuereinrichtung (14) und der zweiten Schalteinrichtung (13b) Signalinvertierer (15a, 15b) vorgesehen sind, die eine Invertierung des jeweiligen Schaltsignals (Si, S3) vornehmen; und
- die Steuereinrichtung (14) dazu eingerichtet ist, über die mit Signalinvertierern (15a, 15b) versehenen Signalpfade zum
Schließen der jeweiligen Schalteinrichtung (13a, 13b, 13c) jeweils inverse Schaltsignale (Si, S2, S3) zu übertragen.
4. Ansteuerschaltung (10) nach einem der vorangehenden An- Sprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- in Parallelschaltung zu der ersten und der zweiten Schalteinrichtung (13a, 13b) jeweils elektrische Widerstände (17a, 17b) vorgesehen sind, deren Widerstandswerte derart gewählt sind, dass ein über zumindest einen der Widerstände (17a,
17b) und durch die Relaisspule (11) fließender Strom kein An¬ sprechen der Schaltkontakte des Relais bewirkt;
- die Steuereinrichtung (14) zur Abgabe einer Folge von Prüfsignalen (Pi, P2, P3) an die jeweiligen Schalteinrichtungen (13a, 13b, 13c) eingerichtet ist, wobei von der Steuerein¬ richtung (14) jeweils nur ein Prüfsignal (Pi, P2, P3) für je¬ weils eine Schalteinrichtung (13a, 13b, 13c) zur selben Zeit erzeugt wird; und
- eine Überwachungseinrichtung (19) vorgesehen ist, die ei- nerseits mit einem ersten Spannungsabgriff (18a) zwischen der
Relaisspule (11) und der ersten Schalteinrichtung (13a) und andererseits mit einem zweiten Spannungsabgriff (18b) zwischen der Relaisspule (11) und der zweiten Schalteinrichtung (13b) in Verbindung steht und zur Überwachung der Spannungen an dem ersten und dem zweiten Spannungsabgriff (18a, 18b) eingerichtet ist.
5. Ansteuerschaltung (10) nach Anspruch 4,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- die Überwachungseinrichtung (19) zur Abgabe eines Ausgangs¬ signals (A) eingerichtet ist, das eine Abweichung einer je¬ weiligen an dem ersten oder zweiten Spannungsabgriff (18a, 18b) gemessenen Spannung von einer jeweiligen Vergelichsspan- nung anzeigt.
6. Ansteuerschaltung (10) nach Anspruch 4 oder 5,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- die Überwachungseinrichtung (19) zwei Komparatoren umfasst, deren Eingänge jeweils einerseits mit der Spannung des jewei¬ ligen Spannungsabgriffs (18a, 18b) und andererseits mit einer Vergleichsspannung beaufschlagt sind; und
- die Komparatoren ausgangsseitig mit einem Oder-Glied ver¬ bunden sind, an dessen Ausgang das Ausgangssignal (A)
abgreifbar ist.
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CN201080070731.3A CN103262198B (zh) 2010-12-20 2010-12-20 用于电磁继电器的驱动电路
RU2013133667/07A RU2553274C2 (ru) 2010-12-20 2010-12-20 Схема управления для электромагнитного реле
US13/996,283 US8988844B2 (en) 2010-12-20 2010-12-20 Drive circuit for an electromagnetic relay
PCT/EP2010/070245 WO2012084002A1 (de) 2010-12-20 2010-12-20 Ansteuerschaltung für ein elektromagnetisches relais

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3486933A1 (de) * 2017-11-17 2019-05-22 Eaton Intelligent Power Limited Vorrichtung zur dämpfung von lichtbogenfehlern in einem elektrischen verteiler

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10044018B2 (en) * 2013-09-06 2018-08-07 Johnson Controls Technology Company Battery module lid assembly system and method of making the same
CN113012981A (zh) * 2019-12-20 2021-06-22 施耐德电气工业公司 接触器及其控制设备和控制方法
EP4016786A1 (de) * 2020-12-21 2022-06-22 Volvo Truck Corporation Ladesystem für einen energiespeicher in einem fahrzeug und verfahren zur steuerung des ladesystems

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2273836A (en) * 1992-12-24 1994-06-29 Rover Group Fuel injector control circuit with voltage boost
EP0840342A2 (de) * 1996-11-05 1998-05-06 Harness System Technologies Research, Ltd. Relaisansteuerungsschaltung
DE19935045A1 (de) * 1999-07-26 2001-02-01 Moeller Gmbh Elektronische Antriebssteuerung
DE10203682A1 (de) 2002-01-24 2003-08-14 Siemens Ag Elektrische Schaltanordnung mit einem elektromagnetischen Relais und einer zu einem Kontakt des elektromagnetischen Relais parallel angeordneten Schalteinrichtung
US20050047053A1 (en) * 2003-07-17 2005-03-03 Meyer William D. Inductive load driver circuit and system
WO2009062536A1 (de) 2007-11-15 2009-05-22 Siemens Aktiengesellschaft Schaltanordnung und verfahren zum ansteuern eines elektromagnetischen relais

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1583989A1 (ru) * 1988-03-28 1990-08-07 Предприятие П/Я А-7306 Бистабильное электромагнитное реле со схемой управлени

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2273836A (en) * 1992-12-24 1994-06-29 Rover Group Fuel injector control circuit with voltage boost
EP0840342A2 (de) * 1996-11-05 1998-05-06 Harness System Technologies Research, Ltd. Relaisansteuerungsschaltung
DE19935045A1 (de) * 1999-07-26 2001-02-01 Moeller Gmbh Elektronische Antriebssteuerung
DE10203682A1 (de) 2002-01-24 2003-08-14 Siemens Ag Elektrische Schaltanordnung mit einem elektromagnetischen Relais und einer zu einem Kontakt des elektromagnetischen Relais parallel angeordneten Schalteinrichtung
US20050047053A1 (en) * 2003-07-17 2005-03-03 Meyer William D. Inductive load driver circuit and system
WO2009062536A1 (de) 2007-11-15 2009-05-22 Siemens Aktiengesellschaft Schaltanordnung und verfahren zum ansteuern eines elektromagnetischen relais

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3486933A1 (de) * 2017-11-17 2019-05-22 Eaton Intelligent Power Limited Vorrichtung zur dämpfung von lichtbogenfehlern in einem elektrischen verteiler
DE102017127133A1 (de) * 2017-11-17 2019-05-23 Eaton Industries (Austria) Gmbh Hybride Schaltungsanordnung
CN109801817A (zh) * 2017-11-17 2019-05-24 伊顿智能动力有限公司 衰减电分配器中电弧故障装置
US10818446B2 (en) 2017-11-17 2020-10-27 Eaton Intelligent Power Limited Device to attenuate arc faults in an electric distributor

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