DE102006004558A1

DE102006004558A1 - Safety switching device and method for safely switching off an electrical consumer

Info

Publication number: DE102006004558A1
Application number: DE200610004558
Authority: DE
Inventors: Hubert Strobel
Original assignee: Pilz GmbH and Co KG
Current assignee: Pilz GmbH and Co KG
Priority date: 2006-01-26
Filing date: 2006-01-26
Publication date: 2007-08-09
Also published as: WO2007085372A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sicherheitsschaltvorrichtung (10) zum sicheren Abschalten eines elektrischen Verbrauchers (20), mit einem Eingang (17) zum Anschließen eines Meldegeräts (18), einer ausgangsseitigen Schalteinrichtung (19) zum sicheren Abschalten des Verbrauchers (20), einer Steuer/Auswerteeinheit (12), die in Abhängigkeit von dem Meldegerät (18) die Schalteinrichtung (19) ansteuert, und mit einem Netzteil (14) zum Bereitstellen einer Betriebsspannung (UB), wobei das Netzteil (14) aufweist einen Eingang (A1, A2) zum Aufnehmen einer eingangsseitigen Netzspannung (U), einen Ausgang (K1, K2), an dem eine Betriebsspannung (UB) abgreifbar ist, einen Übertrager (24), dessen Primärwicklung (26) mit dem Eingang (A1, A2) und dessen Sekundärwicklung (28) mit dem Ausgang (K1, K2) gekoppelt ist und der eine Hilfswicklung (30) aufweist, die mit einem magnetischen Fluss des Übertragers (24) gekoppelt ist, einen Schaltregler (IC) zur Regelung eines Stromflusses durch den Übertrager (24) und einen Energiespeicher (C3) zur Versorgung des Schaltreglers (IC) im Dauerbetrieb mit einer stabilisierten Spannung. Die erfindungsgemäße Sicherheitsschaltvorrichtung (10) ist dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (C3) mit der Hilfswicklung (30) verbunden ist, um einen in der Hilfswicklung (30) induzierten Strom zum Energiespeicher (C3) zu leiten. Ferner betrifft die Erfindung ein entsprechendes Verfahren zum sicheren Abschalten eines elektrischen Verbrauchers (20).The present invention relates to a safety switching device (10) for safely switching off an electrical consumer (20), having an input (17) for connecting a signaling device (18), an output-side switching device (19) for safely switching off the consumer (20), a control / Evaluation unit (12) which controls the switching device (19) as a function of the signaling device (18), and with a power supply unit (14) for providing an operating voltage (U B ), the power supply unit (14 ) has an input (A1, A2) for receiving an input-side mains voltage (U), an output (K1, K2) at which an operating voltage (U B ) can be tapped, a transformer (24), whose primary winding (26) is coupled to the input (A1, A2) and whose secondary winding (28) is coupled to the output (K1, K2) and which has an auxiliary winding (30) which is coupled to a magnetic flux of the transformer (24) , a switching regulator (IC) for regulating a current flow sses through the transformer (24) and an energy store (C3) to supply the switching regulator (IC) in continuous operation with a stabilized voltage. The safety switching device (10) according to the invention is characterized in that the energy store (C3) is connected to the auxiliary winding (30) in order to conduct a current induced in the auxiliary winding (30) to the energy store (C3). The invention also relates to a corresponding method for safely switching off an electrical consumer (20).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sicherheitsschaltvorrichtung zum sicheren Abschalten eines elektrischen Verbrauchers, mit einem Eingang zum Anschließen eines Meldegeräts, einer ausgangsseitigen Schalteinrichtung zum sicheren Abschalten des Verbrauchers, einer Steuer/Auswerteeinheit, die in Abhängigkeit von dem Meldegerät die Schalteinrichtung ansteuert, und mit einem Netzteil zum Bereitstellen einer Betriebsspannung, wobei das Netzteil aufweist: einen Eingang zum Aufnehmen einer eingangsseitigen Netzspannung, einen Ausgang, an dem eine Betriebsspannung abgreifbar ist, einen Übertrager, dessen Primärwicklung mit dem Eingang und dessen Sekundärwicklung mit dem Ausgang gekoppelt ist und der eine Hilfswicklung aufweist, die mit einem magnetischen Fluss des Übertragers gekoppelt ist, einen Schaltregler zur Regelung eines Stromflusses durch den Übertrager, und einen Energiespeicher zur Versorgung des Schaltreglers im Dauerbetrieb mit einer stabilisierten Spannung.The The present invention relates to a safety switching device for safely switching off an electrical consumer, with a Input for connection a signaling device, an output-side switching device for safe shutdown of the consumer, a control / evaluation unit, depending on from the reporting device controls the switching device, and with a power supply to provide an operating voltage, the power supply comprising: an input for receiving an input side mains voltage, an output an operating voltage can be tapped, a transformer whose primary winding coupled to the input and its secondary winding to the output is and has an auxiliary winding, which with a magnetic Flow of the transformer is coupled, a switching regulator for controlling a current flow through the transmitter, and an energy storage for the supply of the switching regulator in continuous operation with a stabilized voltage.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum sicheren Abschalten eines elektrischen Verbrauchers, mit den Schritten:

– Bereitstellen einer Sicherheitsschaltvorrichtung mit einer ausgangsseitigen Schalteinrichtung zum sicheren Abschalten des Verbrauchers,
– Bereitstellen einer Steuer/Auswerteeinheit,
– Bereitstellen eines Schaltreglers,
– Bereitstellen eines Übertragers mit einer Primärwicklung und einer Sekundärwicklung,
– Bereitstellen einer Hilfswicklung, die mit dem magnetischen Fluss des Übertragers gekoppelt ist, und
– Bereitstellen eines Energiespeichers,

wobei

– die Steuer/Auswerteeinheit die Schalteinrichtung ansteuert,
– der Energiespeicher den Schaltregler im Dauerbetrieb mit einer stabilisierten Spannung versorgt,
– in der Hilfswicklung ein Strom induziert wird, und
– der Schaltregler einen Strom durch die Primärwicklung regelt.

The invention further relates to a method for safely switching off an electrical load, comprising the steps:

Providing a safety switching device with an output-side switching device for safely switching off the load,
Providing a control / evaluation unit,
Providing a switching regulator,
Providing a transformer with a primary winding and a secondary winding,
Providing an auxiliary winding which is coupled to the magnetic flux of the transformer, and
Providing an energy store,

in which

The control / evaluation unit controls the switching device,
The energy store supplies the switching regulator in continuous operation with a stabilized voltage,
- A current is induced in the auxiliary winding, and
- The switching regulator regulates a current through the primary winding.

Eine derartige Sicherheitsschaltvorrichtung und ein derartiges Verfahren sind aus der DE 102 08 578 A1 bekannt.Such a safety switching device and such a method are known from DE 102 08 578 A1 known.

Eine Sicherheitsschaltvorrichtung im Sinne der vorliegenden Erfindung ist jede Schaltvorrichtung, die zumindest die Kategorie 3, bevorzugt sogar die Kategorie 4 der europäischen Norm EN 954-1 oder eine vergleichbare Sicherheitsnorm erfüllt. Hierunter fallen insbesondere Schaltgeräte, Sicherheitssteuerungen, sowie Sensor- und Aktuatormodule, die für die Steuerung und Durchführung von sicherheitskritischen Aufgaben im Bereich industrieller Produktionsumgebungen eingesetzt werden.A Safety switching device according to the present invention Any switching device that is at least category 3 is preferred even the category 4 of the European Standard EN 954-1 or a similar safety standard. this includes fall in particular switching devices, Safety controllers, as well as sensor and actuator modules, for the controller and implementation safety-critical tasks in the field of industrial production environments be used.

Dabei sind insbesondere Schaltgeräte bekannt, die die Betriebsstellung eines Not-Aus-Schalters oder einer Schutztür oder beispielsweise den Funktionszustand einer Lichtschranke überwachen und in Abhängigkeit davon eine Maschine oder einen Maschinenbereich abschalten. Ein Versagen derartiger Sicherheitsschaltvorrichtungen kann für Maschinenpersonal lebensgefährliche Folgen haben, weshalb Sicherheitsschaltvorrichtungen nur verwendet werden dürfen, wenn sie durch die zuständigen Auf sichtsbehörden (in Deutschland beispielsweise die Berufsgenossenschaften) zugelassen sind.there are in particular switching devices known, the operating position of an emergency stop switch or a door or monitor, for example, the functional state of a light barrier and dependent on Turn off a machine or machine area. One Failure of such safety switching devices may be for machine personnel life-threatening Have consequences, which is why safety switching devices are only used allowed to, if by the competent On regulatory authorities (in Germany, for example, the professional associations) admitted are.

Neben den zentralen Sicherheitsanforderungen, die eine Sicherheitsschaltvorrichtung erfüllen muss, sollen Sicherheitsschaltvorrichtungen länderabhängig einen Betrieb an unterschiedlichen Netzspannungen zu ermöglichen. Um die notwendigen Konfigurationsmaßnahmen zu reduzieren oder zu eliminieren, wurden Weitspannungs-Netzteile entwickelt, die eine gewünschte Betriebsspannung aus verschiedenen Netzspannungen erzeugen können.Next the central security requirements, which is a safety switching device must fulfill Safety switching devices should operate on different countries depending on the country To allow mains voltages. To reduce the necessary configuration measures or To eliminate, wide-voltage power supplies have been developed, the one desired Operating voltage can generate from different mains voltages.

Eine derartige Funktion lässt sich vorteilhaft mit einem Schaltregler realisieren, da sich dieser aufgrund seiner internen Regelfunktion an verschiedene Spannungen anpassen kann. Die gewünschte Betriebsspannung wird mit Hilfe eines periodischen Ein- und Ausschaltvorgangs erzeugt, der in Abhängigkeit von der gewünschten Betriebsspannung pulsweitenmoduliert ist.A leaves such function to realize advantageous with a switching regulator, since this due to its internal control function to different voltages can adapt. The desired Operating voltage is provided by means of a periodic on and off operation generated, depending on the desired Operating voltage is pulse width modulated.

Aus der eingangs genannten DE 102 05 578 A1 sind die Grundlagen einer Sicherheitsschaltvorrichtung bekannt, wobei sich diese Schrift gezielt mit dem Aspekt eines Weitspannungs-Netzteils befasst. Die darin beschriebene Erfindung verfolgt den Ansatz, mehrere Schaltregler parallel zueinander zu verwenden, um eine gewünschte Betriebsspannung bei einer Vielzahl von möglichen Eingangsspannungen zu erzeugen.From the above DE 102 05 578 A1 are the basics of a safety switching device known, this document specifically deals with the aspect of a wide-voltage power supply. The invention described therein pursues the approach of using a plurality of switching regulators in parallel to produce a desired operating voltage at a plurality of possible input voltages.

In Abhängigkeit von der gegebenen Eingangsspannung wird dann jeweils zumindest einer der Schaltregler aktiviert. Dieser Schaltregler bestimmt den Stromfluss durch den Übertrager und regelt in bekannter Weise die Betriebsspannung. Nichtaktivierte Schaltregler sind währenddessen funktionslos.In dependence from the given input voltage is then at least one of the Switching controller activated. This switching regulator determines the current flow through the transmitter and controls the operating voltage in a known manner. not Activated Switching regulators are meanwhile function.

Für allgemeine Informationen über die Integration eines Schaltreglers in einem Schaltkreis wird auf das Datenblatt "CoolSET-F2 Datasheet", Version 2.3 vom 10. August 2005 der Infineon Technologies AG, München, Deutschland verwiesen.For general information about the integration of a switching regulator in a circuit is on Datasheet "CoolSET-F2 Datasheet", Version 2.3 of August 10, 2005, Infineon Technologies AG, Munich, Germany.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Sicherheitsschaltvorrichtung zum sicheren Abschalten eines elektrischen Verbrauchers und ein entsprechendes Verfahren anzugeben, bei dem die Ausschaltverzögerung reduziert ist. Darüber hinaus soll auch die Einschaltverzögerung reduziert werden. Außerdem ist es eine Aufgabe der Erfindung, die Schwankungen, die sich bei der Ausschaltverzögerung aufgrund von verschiedenen Lasten am Ausgang der Sicherheitsschaltvorrichtung und/oder aufgrund der unterschiedlichen Eingangsspannungen eines Weitbereichsnetzteils ergeben können, zu verringern.It is an object of the invention to provide a safety switching device for safe shutdown specify an electrical load and a corresponding method in which the switch-off delay is reduced. In addition, the switch-on delay should also be reduced. In addition, it is an object of the invention to reduce the variations that may result in the turn-off delay due to different loads on the output of the safety switching device and / or due to the different input voltages of a wide range power supply.

Die Aufgabe wird durch eine Sicherheitsschaltvorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, bei der der Energiespeicher mit der Hilfswicklung verbunden ist, um einen in der Hilfswicklung induzierten Strom zum Energiespeicher zu leiten.The The object is achieved by a safety switching device of the beginning solved kind, at the energy storage is connected to the auxiliary winding to a current induced in the auxiliary winding to the energy storage to lead.

Ferner wird die Aufgabe durch ein eingangs genanntes Verfahren gelöst, bei dem der Energiespeicher mittels des in der Hilfswicklung induzierten Stroms aufgeladen wird.Further the problem is solved by an aforementioned method, in the energy storage means by means of the current induced in the auxiliary winding is charged.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich ein schnelles Ein- und/oder Ausschalten der ausgangsseitigen Schalteinrichtung dadurch bewirken oder unterstützen lässt, indem die vom Netzteil bereitgestellte Betriebsspannung beim Einschalten schnell aufgebaut wird bzw. beim Ausschalten schnell zusammenbricht. Außerdem wurde erkannt, dass die Pufferkapazität, der zur Glättung der gleichgerichteten Netzspannung nach dem Gleichrichter verwendet wird, einen maßgeblichen Einfluss auf die sicherheitskritische Ausschaltverzögerung hat.Of the Invention is based on the finding that a fast On and / or off the output side switching device effect or support lets by the operating voltage provided by the power supply when switched on builds up quickly or breaks down quickly when you turn off. Furthermore it was recognized that the buffering capacity used to smooth the rectified line voltage used after the rectifier becomes, a relevant Has an influence on the safety-critical switch-off delay.

Die Betriebsspannung des Netzteils bricht in der Regel erst dann zusammen, wenn die Spannung über der Pufferkapazität weit genug abgefallen ist. Da der Energiespeicher, der die Versorgung des Schaltreglers im Dauerbetrieb mit einer stabilisierten Spannung sicherstellt, nun aber nicht mehr an der Primärwicklung hängt, sondern erfindungsgemäß über die Hilfswicklung gespeist wird, kann die Spannung in der Sekundärwicklung und damit die Betriebsspannung beim Abschalten schnell zusammenbrechen, auch wenn der Energiespeicher immer noch geladen ist.The Operating voltage of the power supply usually collapses only then, when the voltage is over the buffer capacity dropped far enough. As the energy storage, the supply of the switching regulator in continuous operation with a stabilized voltage ensures, but no longer depends on the primary winding, but according to the invention over the Auxiliary winding is fed, the voltage in the secondary winding and thus the operating voltage quickly collapse when switching off, even if the energy storage is still charged.

Das schnellere Zusammenbrechen der Betriebsspannung ermöglicht eine schnellere Reaktion der ausgangsseitigen Schalteinrichtung und damit insgesamt ein schnelleres sicheres Abschalten des elektrischen Verbrauchers. Durch die erfindungsgemäße Anordnung des Energiespeichers, wird es auch möglich, die Pufferkapazität deutlich zu verkleinern und die Einschaltverzögerung zu verringern. Außerdem ergibt sich eine konstantere, das heißt vorhersagbare, Ausschaltverzögerung, da die Auswirkungen durch den Pufferkondensator vernachlässigbar werden.The faster breakdown of the operating voltage allows one faster response of the output side switching device and thus overall a faster safe shutdown of the electrical load. By the arrangement according to the invention of energy storage, it also becomes possible, the buffer capacity significantly to reduce and reduce the turn-on delay. It also gives a more constant, that is predictable, delay, because the effects of the buffer capacitor negligible become.

Vorteilhafterweise wird der Energiespeicher als Kondensator mit einer Kapazität zwischen 5 μF und 500 μF, bevorzugt zwischen 10 μF und 100 μF, insbesondere zwischen 15 μF und 50 μF gewählt. Dabei ist es die vorrangige Aufgabe des Energiespeichers, die Versorgungsspannung des Schaltreglers zu stabilisieren, beispielsweise wenn sich die momentane Netzspannung als Wechselspannung in der Nähe des Nulldurchgangs befindet. Es ist zwar möglich, aber für die Umsetzung der Erfindung nicht unbedingt erforderlich, dass der Energiespeicher allein den Schaltregler mit Energie versorgt.advantageously, The energy storage is used as a capacitor with a capacity between 5 μF and 500 μF, preferably between 10 μF and 100 μF, in particular between 15 μF and 50 μF selected. there It is the primary task of the energy storage, the supply voltage stabilize the switching regulator, for example, when the instantaneous mains voltage as AC voltage near the zero crossing located. It is possible, but for the implementation of the invention does not necessarily require that of Energy storage alone supplies the switching regulator with energy.

Es sei darauf hingewiesen, dass es nicht länger erforderlich ist, die Pufferkapazität als Elektrolytkondensator auszuführen. Vorteilhafterweise wird nun ein kleiner Kondensator, beispielsweise ein Folien- oder Vielschichtkondensator, verwendet. Er sollte andererseits aber so groß sein, dass eine Spannungswelligkeit aufgrund der Schaltreglerfrequenz ausreichend unterdrückt wird.It It should be noted that it is no longer necessary that buffering capacity to perform as an electrolytic capacitor. Advantageously, now a small capacitor, for example a film or multilayer capacitor. He should, on the other hand but be so big that a voltage ripple due to the switching regulator frequency sufficient repressed becomes.

Die genannte Aufgabe ist damit vollständig gelöst.The This task is completely solved.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Energiespeicher so dimensioniert, dass zur Versorgung des Schaltreglers im Dauerbetrieb mit einer stabilisierten Spannung kein weiteres energiespeicherndes Element erforderlich ist.In In a preferred embodiment, the energy store is dimensioned in such a way that that for the supply of the switching regulator in continuous operation with a stabilized voltage no further energy-storing element is required.

Die Erfindung macht es möglich, dass für die stabilisierte Spannungsversorgung des Schaltreglers nur der Energiespeicher benötigt wird. Dadurch wird die Einschaltverzögerung besonders klein. Da der Energiespeicher aus der Hilfswicklung gespeist wird, stellen sich bei einer entsprechend großen Dimensionierung des Energiespeichers keine Nachteile ein. Insbesondere bleibt die lediglich geringe Ausschaltverzögerung erhalten und besonders einfach bestimmbar.The Invention makes it possible that for the stabilized power supply of the switching regulator only the Energy storage needed becomes. As a result, the turn-on delay is particularly small. There the energy storage is fed from the auxiliary winding, provide at a correspondingly large Dimensioning the energy storage no disadvantages. Especially the only slight off-delay is retained and special easily determinable.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Energiespeicher über eine Diode mit einem Versorgungsspannungseingang des Schaltreglers verbunden.In In a further embodiment of the invention, the energy store is via a Diode connected to a supply voltage input of the switching regulator.

Dabei ist die Diode so orientiert, dass sie in der Richtung vom Versorgungsspannungseingang zum Energiespeicher sperrt. So kann sichergestellt werden, dass der Energiespeicher den Versorgungsspannungseingang hinsichtlich der anliegenden Spannung stabilisieren kann, dass aber keine Energie vom Versorgungsspannungseingang abgezogen wird, um den Energiespeicher zu laden. Insbesondere wenn der Versorgungsspannungseingang mit der Primärwicklung verbunden ist, beispielsweise über einen Widerstand, wird ein direkter Stromfluss von der Primärseite bzw. von der gleichgerichteten Netzspannung zum Energiespeicher unterdrückt.there the diode is oriented so that it is in the direction from the supply voltage input to the Energy storage locks. This can ensure that the Energy storage the supply voltage input in terms of applied voltage can stabilize that but no energy is subtracted from the supply voltage input to the energy storage to load. In particular, when the supply voltage input with the primary winding connected, for example via a Resistance, is a direct current flow from the primary side or suppressed by the rectified mains voltage to the energy storage.

Dies hat den Vorteil, dass beim Einschalten der Sicherheitsschaltvorrichtung nicht erst das Laden des Energiespeichers abgewartet werden muss, bevor am Versorgungsspannungseingang eine ausreichende Spannung anliegt. Da der Energiespeicher gewissermaßen zeitlich verzögert über die Hilfswicklung geladen wird, ist der Schaltregler nach dem Einschalten der Netzspannung nahezu unmittelbar betriebsbereit. Dadurch wird die Einschaltverzögerung weiter verringert.This has the advantage that when switching on the safety switching device not wait until the energy store has been charged, before at the supply voltage input sufficient voltage is applied. Since the energy storage is delayed in a sense about the Auxiliary winding is charged, the switching regulator after switching the mains voltage almost immediately ready for operation. This will the switch-on delay continues reduced.

In einer weiteren Ausgestaltung ist der Versorgungsspannungseingang außerdem mit einem Hilfsenergiespeicher gekoppelt, wobei der Hilfsenergiespeicher gerade so dimensioniert ist, den Schaltregler während einer Startphase mit Energie zu versorgen, bis der Energiespeicher die stabilisierte Spannung bereitstellt.In Another embodiment is the supply voltage input Furthermore coupled to an auxiliary power storage, wherein the auxiliary power storage just dimensioned, the switching regulator during a start-up phase with Supply energy until the energy store stabilizes the voltage provides.

Sobald der Schaltregler aktiv ist und den Stromfluss durch die Primärwicklung freischaltet, fließt initial ein sehr großer Strom in die Primärwicklung. Wenn der Versorgungsspannungseingang des Schaltreglers mit der gleichgerichteten Netzspannung verbunden ist, führt dieser initiale Strom zu einem Spannungsabfall am Versorgungsspannungseingang. In Abhängigkeit von der Dimensionierung der Schaltung und ggf. weiterer Maßnahmen besteht die Möglichkeit, dass die Versorgungsspannung zu weit absinkt und der Schaltregler abschaltet. Daher kann es vorteilhaft sein, den genannten Hilfsenergiespeicher vorzusehen, der in der kurzen Anlaufphase die Spannungsversorgung des Schaltreglers sicherstellt.As soon as the switching regulator is active and the current flow through the primary winding unlocks, flows initially a very big one Current in the primary winding. When the supply voltage input of the switching regulator with the rectified Mains voltage is connected leads this initial current to a voltage drop at the supply voltage input. Dependent on from the dimensioning of the circuit and possibly further measures it is possible, that the supply voltage drops too low and the switching regulator off. Therefore, it may be advantageous to the said auxiliary energy storage provide, in the short start-up phase, the power supply ensures the switching regulator.

Der Hilfsenergiespeicher kann dabei sehr klein gewählt werden, insbesondere muss bei seiner Dimensionierung nicht die später erforderliche stabilisierte Spannungsversorgung berücksichtigt werden, da diese vom Energiespeicher übernommen wird. Vorteilhafterweise wird der Hilfsenergiespeicher als Kondensator mit einer Kapazität zwischen 50 nF und 5000 nF, bevorzugt zwischen 150 nF und 1500 nF, insbesondere zwischen 250 nF und 750 nF gewählt. Dadurch bleibt die Einschaltverzögerung auch weiterhin gering.Of the Auxiliary energy storage can be chosen very small, in particular must in its sizing not the later required stabilized Voltage supply taken into account because it is taken from the energy storage. advantageously, is the auxiliary energy storage as a capacitor with a capacity between 50 nF and 5000 nF, preferably between 150 nF and 1500 nF, in particular chosen between 250 nF and 750 nF. Thereby remains the switch-on delay still low.

In einer weiteren Ausgestaltung sind der Energiespeicher und der Hilfsenergiespeicher derart angeordnet, dass zum Einschalten des Schaltreglers keine Energie aus dem Energiespeicher benötigt wird.In In another embodiment, the energy storage and the auxiliary energy storage arranged such that to turn on the switching regulator no Energy from the energy storage is needed.

Diese Ausgestaltung macht es möglich, dass der Schaltregler aktiv wird, sobald der Hilfsenergiespeicher ausreichend geladen ist, ohne dass es auf den Ladezustand des Energiespeichers an kommt. Dies bedeutet, dass in der Startphase des Schaltreglers zwar ein Strom vom Energiespeicher zum Schaltregler fließen kann, dieser Strom aber lediglich unterstützend wirken würde. Der Schaltregler wird auch ohne einen Strom aus dem Energiespeicher aktiv.These Design makes it possible that the switching regulator becomes active as soon as the auxiliary energy storage is sufficiently charged, without affecting the state of charge of the energy storage comes on. This means that in the starting phase of the switching regulator Although a current can flow from the energy store to the switching regulator, but this stream would only be supportive. Of the Switching regulator is also without a power from the energy storage active.

In einer weiteren Ausgestaltung ist parallel zur Sekundärwicklung eine Lastkapazität angeordnet, die über ein Schaltelement mit der Sekundärwicklung verbunden und von der Sekundärwicklung getrennt werden kann.In a further embodiment is parallel to the secondary winding a load capacity arranged over a switching element with the secondary winding connected and disconnected from the secondary winding can be.

Die Lastkapazität wird verwendet, um den Ausgang des Netzteils auf die Charakteristik der Last abzustimmen, die mit der Sekundärwicklung verbunden ist. Da diese Lastkapazität regelmäßig eher groß gewählt ist, beispielsweise zwischen 50 μF und 500 μF, hat die Lastkapazität einen erheblichen Einfluss auf die Ein- und Ausschaltcharakteristik des Netzteils.The load capacity is used to control the output of the power supply to the characteristic match the load connected to the secondary winding. There this load capacity regularly rather is chosen big, for example between 50 μF and 500 μF, has the load capacity a significant influence on the on and off characteristics of the power supply.

Der Einsatz des Schaltelements führt nun dazu, dass die Lastkapazität mit der Sekundärwicklung verbunden bzw. von ihr getrennt werden kann. Ist die Lastkapazität von der Sekundärwicklung getrennt, so hat sie keinen bzw. keinen nennenswerten Einfluss auf das Ein- und Ausschalten des Netzteils. Sobald sich die Betriebsspannung an der Sekundärseite des Netzteils stabilisiert hat, kann dann die Lastkapazität zugeschaltet werden.Of the Use of the switching element leads now that the load capacity with the secondary winding connected or can be separated from her. Is the load capacity of the secondary winding separated, it has no or no appreciable influence switching the power supply on and off. As soon as the operating voltage on the secondary side of the power supply has stabilized, then the load capacity can be switched on become.

Mit oder ohne Verwendung des Schaltelements wird bevorzugt die Ausschaltverzögerung hauptsächlich mittels der Lastkapazität bestimmt. Eine quadratische Abhängigkeit der Verzögerung aufgrund wechselnder Eingangsspannungen (E = 1/2·C·U^2), die sich bei der bekannten Pufferkapazität ergeben würde, ist wegen der stabilisierten Ausgangsspannung, an der die Lastkapazität hängt, nicht mehr gegeben. Aufgrund der verringerten Größe der Pufferkapazität, hat die Abhängigkeit von der Eingangsspannung nur noch geringe, insbesondere vernachlässigbare, Auswirkungen.With or without using the switching element, the turn-off delay is preferably mainly by means of the load capacity certainly. A quadratic dependence due to the delay changing input voltages (E = 1/2 · C · U ^ 2), which in the known buffering capacity would result is not because of the stabilized output voltage to which the load capacitance depends more given. Due to the reduced size of the buffer capacity, the dependence from the input voltage only small, in particular negligible, Effects.

In einer weiteren Ausgestaltung kann mindestens ein Pol des Ausgangs über ein Schaltelement mit der Sekundärwicklung verbunden und von der Sekundärwicklung getrennt werden.In In a further embodiment, at least one pole of the output via a Switching element with the secondary winding connected and from the secondary winding be separated.

Dadurch lässt sich das Ein- und Ausschalten des Netzteils bzw. der Sicherheitsschaltvorrichtung im Wesentlichen unabhängig von der Last gestalten, die am Ausgang der Sicherheitsschaltvorrichtung angeschlossen ist. Die Last wird dann zugeschaltet, wenn sich die Betriebsspannung stabilisiert hat.Thereby let yourself the switching on and off of the power supply or the safety switching device in Essentially independent from the load on the output of the safety switching device connected. The load is then switched on when the Operating voltage has stabilized.

In einer weiteren Ausgestaltung ist das Schaltelement dafür ausgelegt, bei Über- oder Unterschreiten einer Spannungsschwelle zu schalten.In In another embodiment, the switching element is designed to at over- or below a voltage threshold to switch.

Bei dieser Ausführungsform ist keine externe Steuerung des Schaltelements erforderlich. Vielmehr überwacht das Schaltelement die Spannung auf der Sekundärseite und schaltet die Lastkapazität und/oder den Pol des Ausgangs an die Sekundärwicklung, sobald auf der Sekundärseite eine ausreichend große Spannung generiert wird. In diesem Zusammenhang kann das Schaltelement insbesondere vorteilhaft als Halbleiterschalter ausgeführt sein.In this embodiment, no external control of the switching element is required. Much more the switching element monitors the voltage on the secondary side and switches the load capacitance and / or the pole of the output to the secondary winding as soon as a sufficiently high voltage is generated on the secondary side. In this context, the switching element may be particularly advantageously designed as a semiconductor switch.

In einer weiteren Ausgestaltung steuert der Schaltregler den Übertrager als Sperrwandler an.In In another embodiment, the switching regulator controls the transformer as a flyback converter.

Das Sperrwandlerprinzip ist für Schaltnetzteile an sich hinreichend bekannt. Im Vergleich zum Durchflusswandler besitzt der Sperrwandler im Hinblick auf den Sicherheitsaspekt den Vorteil, dass die am Ausgang erzeugte Betriebsspannung null wird, wenn auf der Primärseite eine Störung oder ein Funktionsfehler auftritt. Außerdem sind die auf der Sekundärseite angeschlossenen Geräte galvanisch von einer Fehlerstelle auf der Primärseite getrennt. Das Netzteil und damit die Sicherheitsschaltvorrichtung geht somit bei einem Fehler auf der Netzspannungsseite automatisch in einen sicheren Zustand.The Flyback converter principle is for Switching power supplies in themselves sufficiently known. Compared to the forward converter has the flyback converter with regard to the safety aspect of the Advantage that the operating voltage generated at the output is zero, if on the primary side a disorder or a malfunction occurs. In addition, the connected on the secondary side equipment galvanically isolated from a fault on the primary side. The power supply and thus the safety switching device is thus at a Error on the line voltage side automatically in a safe Status.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It it is understood that the above and the following yet to be explained features not only in the specified combination, but also in other combinations or alone, without to leave the scope of the present invention.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:embodiments The invention are illustrated in the drawings and in the following description explained. Show it:

1 ein Blockschaltbild zur Erläuterung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Sicherheitsschaltvorrichtung, 1 a block diagram for explaining the structure of a safety switching device according to the invention,

2 eine detailliertere Ansicht der Sicherheitsschaltvorrichtung mit einem Schaltbild des Netzteils, 2 a more detailed view of the safety switching device with a circuit diagram of the power supply,

3 eine alternative Ausführungsform der Sekundärseite gemäß der 2, und 3 an alternative embodiment of the secondary side according to the 2 , and

4 einen modularen Aufbau auf der Sekundärseite eines erfindungsgemäßen Schaltnetzteils. 4 a modular design on the secondary side of a switching power supply according to the invention.

In der 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sicherheitsschaltvorrichtung in ihrer Gesamtheit mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet.In the 1 is an embodiment of a safety switching device according to the invention in its entirety by the reference numeral 10 designated.

Die Sicherheitsschaltvorrichtung 10 weist eine Steuer/Auswerteeinheit 12 und ein Netzteil 14 auf. Das Netzteil 14 wird über die Netzspannungsklemmen A1, A2 von einer Spannungsquelle 16 mit einer Netzspannung U versorgt. Bei der Netzspannung U kann es sich sowohl um eine Gleich- als auch um eine Wechselspannung handeln. An die Sicherheitsschaltvorrichtung 10 angeschlossen ist über einen Eingang 17 ein Meldegerät 18, beispielsweise ein Not-Aus-Schalter oder eine Lichtschranke, und über eine ausgangsseitige Schalteinrichtung 19 ein elektrischer Verbraucher 20.The safety switching device 10 has a control / evaluation unit 12 and a power supply 14 on. The power supply 14 is via the mains voltage terminals A1, A2 from a voltage source 16 supplied with a mains voltage U. The mains voltage U can be a DC as well as an AC voltage. To the safety switching device 10 is connected via an input 17 a signaling device 18 , For example, an emergency stop switch or a light barrier, and an output-side switching device 19 an electrical consumer 20 ,

Bei dem Verbraucher 20 handelt es sich beispielsweise um eine automatisiert arbeitende Maschine. Die Ansteuerung des Verbrauchers 20 geschieht dabei in der Regel über einen Sicherheitskreis. Schließt die Sicherheitsschaltvorrichtung 10 den Sicherheitskreis, kann der Verbraucher 20 eine bestimmte Tätigkeit, z.B. ein Pressen von Blechen, durchführen. Unterbricht die Sicherheitsschaltvorrichtung 10 den Sicherheitskreis, so stoppt der Verbraucher 20 und/oder wird stromlos geschaltet. Nach einem solchen Zustand gibt die Sicherheitsschaltvorrichtung 10 den Verbraucher 20 erst wieder frei, wenn alle erforderlichen Sicherheitsbedingungen erfüllt sind.At the consumer 20 For example, it is an automated machine. The control of the consumer 20 usually happens via a safety circuit. Closes the safety switching device 10 the safety circuit, the consumer can 20 perform a certain activity, eg pressing sheet metal. Interrupts the safety switching device 10 the safety circuit, so the consumer stops 20 and / or is de-energized. After such a condition gives the safety switching device 10 the consumer 20 Only clear again when all required safety conditions have been met.

In 2 zeigt das Schaltbild einen Teil der Sicherheitsschaltvorrichtung 10. Um die Erläuterung der Erfindung nicht zu erschweren, werden nachfolgend lediglich die Elemente gezeigt und beschrieben, die zum Verständnis der Erfindung erforderlich sind. Für allgemeine Anforderungen und spezifische Details bei der Implementierung einer Sicherheitsschaltvorrichtung wird auf das Buch „Maschinensicherheit" von Winfried Gräf, Hüthig Buch Verlag GmbH, Heidelberg, Deutschland, ISBN 3-7785-2633-2 verwiesen.In 2 the circuit diagram shows a part of the safety switching device 10 , In order not to obscure the explanation of the invention, only the elements which are necessary for understanding the invention are shown and described below. For general requirements and specific details in the implementation of a safety switching device, reference is made to the book "Machine Safety" by Winfried Gräf, Hüthig Book Publishing GmbH, Heidelberg, Germany, ISBN 3-7785-2633-2.

Die Erläuterung der gezeigten Schaltung beginnt bei den Eingangsklemmen E1, E2. Hier liegt eine gleichgerichtete Spannung U₌ an, die vom Gleichrichter 22 aus der Netzspannung U generiert wird. Parallel zu den Eingangsklemmen E1, E2 ist eine Pufferkapazität C1 mittels gestrichelter Linien eingezeichnet. Die gestrichelten Linien zeigen an, dass die Pufferkapazität C1 optional ist. Sie kann beispielsweise als kleine Kapazität zur Filterung von hochfrequenten Anteilen ausgeführt werden, wird aber nicht zwingend für einen stabilen Betrieb des Netzteils 14 benötigt. Über einen Widerstand R1 ist ein Schaltregler IC mit der Eingangsklemme E1 verbunden. Parallel zum Schaltregler IC sind eine Zenerdiode D1 und ein Hilfsenergiespeicher C2 angeordnet.The explanation of the circuit shown begins at the input terminals E1, E2. Here is a rectified voltage U ₌ to the rectifier 22 is generated from the mains voltage U. Parallel to the input terminals E1, E2 a buffer capacitance C1 is shown by dashed lines. The dashed lines indicate that the buffering capacity C1 is optional. It can, for example, be implemented as a small capacity for filtering high-frequency components, but is not necessarily required for stable operation of the power supply 14 needed. Via a resistor R1, a switching regulator IC is connected to the input terminal E1. Parallel to the switching regulator IC, a Zener diode D1 and an auxiliary energy storage C2 are arranged.

Das Netzteil 14 weist einen Übertrager 24 mit einer Primärwicklung 26, einer Sekundärwicklung 28 sowie einer Hilfswicklung 30 auf, wobei die Hilfswicklung 30 hier mit dem magnetischen Fluss der Sekundärwicklung 28 gekoppelt ist und einen dazu synchronen Spannungsverlauf hat. Zur Absicherung der Primärwicklung 26 sind eine Zenerdiode D2 und einer Diode D3 gegeneinander und parallel zur Primärwicklung 26 geschaltet.The power supply 14 has a transformer 24 with a primary winding 26 , a secondary winding 28 as well as an auxiliary winding 30 on, with the auxiliary winding 30 here with the magnetic flux of the secondary winding 28 is coupled and has a synchronous voltage curve. To secure the primary winding 26 are a Zener diode D2 and a diode D3 against each other and parallel to the primary development 26 connected.

Ein in der Hilfswicklung 30 induzierter Strom fließt über den Widerstand R2 und die Diode D4 zum Knoten 32. Je nach den aktuellen Spannungsverhältnissen fließt der Strom dann entweder in den Energiespeicher C3 und/oder über die Diode D5 zum Knoten 34.One in the auxiliary winding 30 induced current flows via resistor R2 and diode D4 to the node 32 , Depending on the current voltage conditions, the current then either flows into the energy store C3 and / or via the diode D5 to the node 34 ,

Der Schaltregler IC weist einen Anschluss 36 auf, der zur Spannungsüberwachung auf der Sekundärseite 38 des Netzteils 14 mit dem Anschluss 40 gekoppelt ist. Diese Rückkopplung bewirkt, dass bei zu hoher Spannung am Anschluss 40 der Strom durch die Primärwicklung 26 auf der Primärseite 42 verringert wird, bzw. wenn die Spannung am Anschluss 40 zu niedrig ist, der Strom durch die Primärwicklung 26 erhöht wird.The switching regulator IC has a connection 36 on, the voltage monitoring on the secondary side 38 of the power supply 14 with the connection 40 is coupled. This feedback causes that at too high voltage at the connection 40 the current through the primary winding 26 on the primary side 42 is reduced or if the voltage at the terminal 40 too low, the current through the primary winding 26 is increased.

Die Sekundärseite 38 zeigt eine Diode D6 und eine Kapazität C4, die parallel zur Sekundärwicklung 28 angeordnet ist. Ferner ist ein Transistor T1 gezeigt, dessen Gate G mit einer Zenerdiode D7 verbunden ist. Parallel zur Sekundärwicklung 28 ist ferner eine Lastkapazität C5 angeordnet, deren negativer Anschluss aber durch den Transistor T1 von der Sekundärwicklung 28 abgekoppelt werden kann. Schließlich sind auch die Betriebsspannungsklemmen K1, K2 dargestellt, zwischen denen einen Betriebsspannung U_B anliegt. Vorzugsweise liegt die Betriebsspannung U_B zwischen 18 V und 26 V, insbesondere zwischen 20 V und 24 V.The secondary side 38 shows a diode D6 and a capacitor C4, which is parallel to the secondary winding 28 is arranged. Further, a transistor T1 is shown, whose gate G is connected to a zener diode D7. Parallel to the secondary winding 28 Furthermore, a load capacitance C5 is arranged, but their negative terminal through the transistor T1 from the secondary winding 28 can be disconnected. Finally, the operating voltage terminals K1, K2 are shown, between which an operating voltage U _B is present. Preferably, the operating voltage U _{B is} between 18 V and 26 V, in particular between 20 V and 24 V.

Es soll nun nachfolgend die Funktion der gezeigten Schaltung erläutert werden. Sobald die Spannung U₌ anliegt, fließt ein Strom über den Widerstand R1 zum Knoten 34. Da der Schaltregler IC noch nicht aktiv ist, fließt kein Strom durch die Primärwicklung 26. Die Pufferkapazität C1 ist sehr klein gewählt, so dass sie nahezu unmittelbar geladen ist und die Weitergabe der Spannung U₌ nur unwesentlich verzögert. Mit dem Strom, der zum Knoten 34 fließt, wird der Hilfsenergiespeicher C2 geladen. Da auch er sehr klein gewählt ist, liegt am Versorgungsspannungseingang 44 des Schaltreglers IC schnell die benötigte Versorgungsspannung an.It will now be explained below the function of the circuit shown. As soon as the voltage U ₌ is applied, a current flows via the resistor R1 to the node 34 , Since the switching regulator IC is not yet active, no current flows through the primary winding 26 , The buffering capacity C1 is chosen to be very small, so that it is charged almost immediately and delays the transmission of the voltage U ₌ only insignificantly. With the current going to the node 34 flows, the auxiliary power storage C2 is loaded. Since he is also very small, is located at the supply voltage input 44 of the switching regulator IC quickly to the required supply voltage.

In diesem Zustand wird der Schaltregler IC nun aktiv und gibt einen Stromfluss durch die Primärwicklung 26 frei. Der Versorgungsstrom des Schaltreglers IC, welcher bisher sehr klein war (insbesondere ca. 0,2 mA), steigt jetzt an (insbesondere auf ca. 6 mA). Jetzt versorgt der Hilfsenergiespeicher C2 den Schaltregler IC mit der erforderlichen Leistung. Die Spannung an C2 sinkt wieder ab, da der Entladestrom größer (insbesondere viel größer) ist, als der Ladestrom.In this state, the switching regulator IC is now active and gives a current flow through the primary winding 26 free. The supply current of the switching regulator IC, which was previously very small (in particular about 0.2 mA), is now increasing (in particular to about 6 mA). Now provides the auxiliary energy storage C2, the switching regulator IC with the required power. The voltage at C2 drops again because the discharge current is greater (in particular much larger) than the charging current.

Der Stromfluss durch die Primärwicklung 26 bewirkt zum einen, dass ein Strom in der Hilfswicklung 30 induziert wird, der über den Widerstand R2 und die Diode D4 zum Energiespeicher C3 fließt und diesen auflädt. Sobald der Sperrwandlerbetrieb einsetzt, ergibt sich zum anderen ein Stromfluss auf der Sekundärseite 38 in die Kapazität C4.The current flow through the primary winding 26 on the one hand causes a current in the auxiliary winding 30 is induced, which flows through the resistor R2 and the diode D4 to the energy storage C3 and this charges. As soon as the flyback converter operation starts, on the other hand, there is a current flow on the secondary side 38 in the capacity C4.

Der Hilfsenergiespeicher C2 ist so dimensioniert, dass er den Schaltregler IC so lange versorgt, bis der Energiespeicher C3 im Zusammenspiel mit dem Stromfluss über den Widerstand R1 die Leistungsversorgung des Schaltreglers IC sicherstellt. Der Energiespeicher C3 ist erforderlich, um die Nulldurchgänge der Netzspannung U zu puffern. Andernfalls müsste der Schaltregler nach jedem Nulldurchgang wieder neu starten, so dass sich die Ausgangsspannung nicht einstellen würde.Of the Auxiliary energy storage C2 is dimensioned so that it the switching regulator IC supplied until the energy storage C3 in interaction with the current flow over the resistor R1 ensures the power supply of the switching regulator IC. Of the Energy storage C3 is required to zero the crossings Mains voltage U to buffer. Otherwise, the switching regulator would have to restart each zero crossing again, so that the output voltage would not set.

Wenn die Spannung an der Kapazität C4 eine bestimmte Spannungsschwelle überschreitet, bricht die Zenerdiode D7 durch und der Transistor T1 wird zwischen Source S und Drain D durchgeschaltet. Damit wird die Lastkapazität C5 an die Sekundärwicklung 28 angekoppelt. Die Sicherheitsschaltvorrichtung 10 ist damit betriebsbereit. Als Transistor T1 wird vorteilhafterweise eine Type mit eingebautem Kurzschlussschutz verwendet, insbesondere ein MOSFET. Damit kann auch die übrige Schaltung abgesichert werden. Die Kapazität C4 kann klein gewählt werden und ist aus EMV-Gründen vorgesehen, während die Lastkapazität C5 eher groß gewählt wird (je nach Verbraucher 20).When the voltage across the capacitor C4 exceeds a certain voltage threshold, the zener diode D7 breaks down and the transistor T1 is turned on between source S and drain D. Thus, the load capacitance C5 becomes the secondary winding 28 coupled. The safety switching device 10 is ready for use. As a transistor T1 is advantageously used a type with built-in short-circuit protection, in particular a MOSFET. Thus, the rest of the circuit can be hedged. The capacitance C4 can be chosen small and is provided for EMC reasons, while the load capacity C5 is rather large (depending on the consumer 20 ).

Es ist wichtig festzuhalten, dass die gezeigte Schaltung nur eine sehr geringe Einschaltverzögerung hat, da bei dem gezeigten Aufbau die Pufferkapazität C1 und der Hilfsenergiespeicher C2 sehr klein gewählt werden können.It It is important to note that the circuit shown is only a very low switch-on delay has, as in the construction shown, the buffer capacity C1 and the auxiliary energy storage C2 can be chosen very small.

Ähnlich vorteilhaft verhält sich die Schaltung beim Ausschalten. Sobald die Netzspannung U abgeschaltet wird, bricht die Spannung U₌ an den Eingangsklemmen E1, E2 zusammen. Da die Pufferkapazität C1 sehr klein ist, ist auch diese nahezu unmittelbar entladen. Dies führt wiederum dazu, dass der Stromfluss durch die Primärwicklung 26 aufhört. Das Fehlen des Stromflusses auf der Primärseite 42 hat dann in bekannter Weise den Abfall der Spannung auf der Sekundärseite 38 zur Folge. Eine Ladung im Energiespeicher C3 ist unschädlich, da der Energiespeicher C3 mit der Hilfswicklung 30 verbunden ist und zudem aufgrund seines Spannungspegels den Stromfluss durch die Primärwicklung 26 nicht stützen kann.Similarly advantageous, the circuit behaves when switching off. As soon as the mains voltage U is switched off, the voltage U ₌ at the input terminals E1, E2 breaks down. Since the buffering capacity C1 is very small, this too is discharged almost immediately. This in turn causes the current flow through the primary winding 26 ceases. The absence of current flow on the primary side 42 then has in a known manner the drop in voltage on the secondary side 38 result. A charge in the energy storage C3 is harmless, since the energy storage C3 with the auxiliary winding 30 is connected and also due to its voltage level, the current flow through the primary winding 26 can not support.

Insgesamt bedeutet dies, dass bei einem Abschalten der Netzspannung U auch die Betriebsspannung U_B an den Betriebsspannungsklemmen K1, K2 schnell zusammenbricht. Die Sicherheitsschaltvorrichtung 10 kann daher sehr schnell das sichere Abschalten des Verbrauchers 20 bewirken.Overall, this means that when switching off the mains voltage U and the operating voltage U _B at the operating voltage terminals K1, K2 collapses quickly. The safety switching device 10 can therefore very quickly shut down the consumer safely 20 cause.

3 zeigt eine alternative Ausführung der Sekundärseite 38 des Netzteils 14. Dabei wurden hier zwei wesentliche Änderungen gleichzeitig vorgenommen. Zum einen ist die Lastkapazität C5 nunmehr direkt mit der Sekundärwicklung 28 verbunden. Zum anderen ist der Transistor T1 nunmehr als p-Kanal-MOSFET ausgeführt und unterbricht die Verbindung zur Betriebsspannungsklemme K1. Wenn eine ausreichend große Spannung vorliegt, wird der Transistor T1 durchgeschaltet und die Betriebsspannungsklemme K1 mit der Sekundärwicklung 28 verbunden. 3 shows an alternative embodiment of the secondary side 38 of the power supply 14 , Here, two major changes were made simultaneously. On the one hand, the load capacitance C5 is now directly connected to the secondary winding 28 connected. On the other hand, the transistor T1 is now designed as a p-channel MOSFET and interrupts the connection to the operating voltage terminal K1. If there is a sufficiently high voltage, the transistor T1 is turned on and the operating voltage terminal K1 with the secondary winding 28 connected.

Es soll an dieser Stelle auf eine Besonderheit der gezeigten Schaltung hingewiesen werden. Dafür sei der Fall angenommen, dass der Hilfsenergiespeicher C2 die für den Betrieb des Schaltreglers IC benötigte Mindestspannung unterschreitet, bevor die Versorgung über die Hilfswicklung 30 bzw. den Energiespeicher C3 erfolgen kann. Eine Ursache soll in der großen Kapazität der Parallelschaltung von C4 und C5 gesehen werden. In diesem Fall findet folgender Ablauf statt:
Es stellt sich zunächst, wie zuvor beschrieben, ein Stromfluss durch die Primärwicklung 26 ein, der auch einen Ladestrom in die Kapazität C4 und die Lastkapazität C5 bewirkt. Sinkt die Spannung am Hilfsenergiespeicher C2 nun unter die genannte Mindestspannung, so wird der Stromregler IC inaktiv. Dies führt dazu, dass die Primärwicklung 26 keinen Strom mehr führt und der Hilfsenergiespeicher C2 erneut geladen wird. Sobald die erforderliche Versorgungsspannung am Versorgungsspannungseingang 44 wieder anliegt, wird der Schaltregler IC nochmals aktiv. Dies führt erneut zu einem Stromfluss durch die Primärwicklung 26 und damit zu einem Ladestrom in die Kapazität C4 und in die Lastkapazität C5.It should be noted at this point to a peculiarity of the circuit shown. For this, it is assumed that the auxiliary energy store C2 falls below the minimum voltage required for the operation of the switching regulator IC before the supply via the auxiliary winding 30 or the energy storage C3 can take place. One cause is to be seen in the large capacity of the parallel circuit of C4 and C5. In this case the following procedure takes place:
It turns first, as described above, a current flow through the primary winding 26 a, which also causes a charging current in the capacitance C4 and the load capacitance C5. If the voltage at the auxiliary energy storage C2 now drops below said minimum voltage, the current regulator IC becomes inactive. This causes the primary winding 26 no more power leads and the auxiliary power storage C2 is reloaded. As soon as the required supply voltage at the supply voltage input 44 is again present, the switching regulator IC is active again. This again leads to a current flow through the primary winding 26 and thus to a charging current in the capacitance C4 and in the load capacitance C5.

Dieser Prozess kann sich so oft wiederholen, bis die Kapazität C4 und die Lastkapazität C5 soweit geladen sind, dass eine ausreichende Aufladung des Energiespeicher C3 erfolgen kann, bevor der Hilfsenergiespeicher C2 die Mindestspannung unterschreitet. Die Abfolge dieser einzelnen Schritte findet sehr schnell statt, so dass sich selbst in dieser Betriebsart immer noch eine geringe Einschaltverzögerung ergibt.This Process can be repeated until the capacity C4 and the load capacity C5 are charged so far that a sufficient charge of the energy storage C3 can be done before the auxiliary power storage C2, the minimum voltage below. The sequence of these individual steps is very fast instead, so that even in this mode of operation is still a low switch-on delay results.

4 zeigt eine besonders vorteilhafte modulare Bauweise, die sich mittels der Erfindung realisieren lässt. Dabei sind nun an der Sekundärseite 38 des Netzteils 14 ein Not-Aus-Schalter 46, eine Spannungsüberwachungseinrichtung 48 und eine Last 50 (z.B. ein Relais) angeordnet. Ferner sind eingezeichnet erste Spannungseingänge VH, zweite Spannungseingänge VL, Signaleingänge SI und Signalausgänge SO. Die Spannungsversorgung der Vorrichtungen 46, 48, 50 wird mittels der ersten und zweiten Spannungseingänge VH, VL realisiert. Das funktionale Zusammenspiel gestaltet sich dabei wie folgt:
Grundlegende Voraussetzung dafür, dass die Last 50 geschaltet werden kann, ist, dass der Notausschalter 46 nicht betätigt wurde. Nur in diesem Fall übermittelt der Not-Aus-Schalter 46 von seinem Signalausgang SO ein Freigabesignal an den Signaleingang SI der Spannungsüberwachungsvorrichtung 48. 4 shows a particularly advantageous modular design, which can be realized by means of the invention. It is now on the secondary side 38 of the power supply 14 an emergency stop switch 46 , a voltage monitoring device 48 and a burden 50 (eg a relay) arranged. Further drawn in are first voltage inputs VH, second voltage inputs VL, signal inputs SI and signal outputs SO. The power supply of the devices 46 . 48 . 50 is realized by means of the first and second voltage inputs VH, VL. The functional interaction is as follows:
Basic condition that the load 50 can be switched, that is the emergency stop button 46 was not pressed. Only in this case, the emergency stop button transmits 46 from its signal output SO, a release signal to the signal input SI of the voltage monitoring device 48 ,

Die Spannungsüberwachungsvorrichtung 48 überwacht die sekundärseitige Spannung und erzeugt erst dann an ihrem Signalausgang SO ein Freigabesignal, wenn ein bestimmter Spannungspegel erreicht oder überschritten ist. In Abhängigkeit von der Implementierung kann die Spannungsüberwachungseinrichtung 48 auch zur Überwachung einer Zeitdauer ausgelegt sein und ggf. allein nach Ablauf einer Zeitdauer ein Freigabesignal erzeugen. Die Last 50 wird schließlich geschaltet, sobald sie an ihrem Signaleingang SI ein Freigabesignal empfängt. Sobald entweder der Not-Aus-Schalter 46 oder die Spannungsüberwachungsvorrichtung 48 einen unsicheren Zustand erkennen, wird die Last 50 abgeschaltet.The voltage monitoring device 48 monitors the secondary-side voltage and only then generates at its signal output SO an enable signal when a certain voltage level is reached or exceeded. Depending on the implementation, the voltage monitor 48 be designed to monitor a period of time and possibly generate a release signal only after a period of time. Weight 50 is finally switched as soon as it receives an enable signal at its signal input SI. Once either the emergency stop switch 46 or the voltage monitoring device 48 recognizing an unsafe condition becomes the burden 50 off.

Anhand dieses Ausführungsbeispiels ist gut zu erkennen, dass die Erfindung auch eine sehr vorteilhafte modulare Bauweise ermöglicht.Based this embodiment It is easy to see that the invention is also very advantageous modular design allows.

Allgemein, und nicht notwendigerweise auf das gezeigte Ausführungsbeispiel bezogen, wird der Verbraucher nach dem Einschalten des Netzteils bevorzugt verzögert oder spannungsüberwacht zugeschaltet. Außerdem weist das Netzteil vorzugsweise einen Weitbereichseingang auf. Ferner wird bevorzugt durch die Wahl der Lastkapazität die Ausschaltverzögerung unabhängig von der Eingangsspannung eingestellt.Generally, and not necessarily related to the illustrated embodiment the consumer preferably delayed after switching on the power supply or voltage monitored switched on. Furthermore the power supply preferably has a wide-range input. Further is preferred by the choice of the load capacity, the OFF delay regardless of the input voltage is set.

Claims

Safety switching device ( 10 ) for safely switching off an electrical consumer ( 20 ), with an input ( 17 ) for connecting a signaling device ( 18 ), an output-side switching device ( 19 ) for safe shutdown of the consumer ( 20 ), a control / evaluation unit ( 12 ), which depend on the reporting device ( 18 ) the switching device ( 19 ), and with a power supply ( 14 ) for providing an operating voltage (U _B ), wherein the power supply ( 14 ) comprises: - an input (A1, A2) for receiving an input-side mains voltage (U), - an output (K1, K2) at which the operating voltage (U _B ) can be tapped off, - a transformer ( 24 ) whose primary winding ( 26 ) with the input (A1, A2) and its secondary winding ( 28 ) is coupled to the output (K1, K2) and an auxiliary winding ( 30 ) having a magnetic flux of the transformer ( 24 ) is coupled, A switching regulator (IC) for regulating a current flow through the transformer ( 24 ), and - an energy store (C3) for supplying the switching regulator (IC) in continuous operation with a stabilized voltage, characterized in that the energy store (C3) with the auxiliary winding ( 30 ) is connected to one in the auxiliary winding ( 30 ) to conduct induced current to the energy storage (C3).

Safety switching device ( 10 ) according to claim 1, characterized in that the energy store (C3) is dimensioned so that the supply of the switching regulator (IC) in continuous operation with a stabilized voltage no further energy-storing element is required.

Safety switching device ( 10 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the energy store (C3) via a diode (D5) with a supply voltage input (C) 44 ) of the switching regulator (IC) is connected.

Safety switching device ( 10 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the supply voltage input ( 44 ) is further coupled to an auxiliary energy storage (C2), the auxiliary energy storage (C2) being just sized to power the switching regulator (IC) during a start-up phase until the energy storage (C3) provides the stabilized voltage.

Safety switching device ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the energy store (C3) and the auxiliary energy store (C2) are arranged such that no energy from the energy store (C3) is required to turn on the switching regulator (IC).

Safety switching device ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that parallel to the secondary winding ( 28 ) a load capacitance (C5) is arranged, which via a switching element (T1) with the secondary winding ( 28 ) and from the secondary winding ( 28 ) can be separated.

Safety switching device ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one pole (K1) of the output (K1, K2) via a switching element (T1) with the secondary winding ( 28 ) and from the secondary winding ( 28 ) can be separated.

Safety switching device ( 10 ) according to one of claims 6 or 7, characterized in that the switching element (T1) is designed to switch when exceeding or falling below a voltage threshold.

Safety switching device ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the switching regulator (IC) the transformer ( 24 ) drives as a flyback converter.

Safety switching device ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that a load capacitance (C5) is arranged with which a turn-off delay can be set independently of the level of the mains voltage (U).

Method for safely switching off an electrical consumer ( 20 ), comprising the steps of: - providing a safety switching device ( 10 ) with an output-side switching device ( 19 ) for safe shutdown of the consumer ( 20 ), - providing a control / evaluation unit ( 12 ), - providing a switching regulator (IC), - providing a transformer ( 24 ) with a primary winding ( 26 ) and a secondary winding ( 28 ), - providing an auxiliary winding ( 30 ) associated with the magnetic flux of the transformer ( 24 ), and - providing an energy store (C3), wherein - the control / evaluation unit ( 12 ) the switching device ( 19 ), - the energy store (C3) supplies the switching regulator (IC) with a stabilized voltage in continuous operation, - in the auxiliary winding ( 30 ) a current is induced, and - the switching regulator (IC) a current through the primary winding ( 26 ), characterized in that the energy store (C3) by means of in the auxiliary winding ( 30 ) induced current is charged.