DE2034888A1 - Relais Treiberschaltung - Google Patents

Description

IBM Deutschland Internationale Büro-Maschinen Gesellschaft mbH

Böblingen, 22. Juni 1970 gg/du

Anmelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk, N.Y. 10504

Amtliches Aktenzeichen: Neuanmeldung

Aktenzeichen der Anmelderin: Docket FR 969 025

Relais-Treibers chaltung

Die Erfindung betrifft eine Relais-Treiberschaltung mit Kompensationsschaltung zum Ausgleich unterschiedlicher Abfall- und Anzugszeiten des Relais.

Elektromechanische Relais, die im wesentlichen aus einer elektrischen Spule und Kontaktelementen bestehen, finden auf vielen technischen Gebieten, beispielsweise in der Fernsprech- und Telegraphentechnik, verbreitete Anwendung. Das öffnen und Schliessen der Kontakte wird auf elektromagnetischem Wege über auf die Spule gegebene Stromimpulse ausgelöst.

Insbesondere die in der Fernsprechtechnik verwendeten Relais zeigen Mängel, wenn sie mit hohen Geschwindigkeiten betrieben werden müssen oder wenn sie die Nutzsignale nicht verzerren dürfen. Es ist eine Tatsache, daß die derzeit gebräuchlichen impulsgesteuerten Relais infolge ihrer unterschiedlichen dyna-

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mischen Eigenschaften unterschiedliche öffnungs- und Schließzeiten der Kontakte aufweisen und damit zeitliche Verzerrungen hervorrufen. Diese dynamischen Eigenschaften, die vom Aufbau des Relais und von der Stromversorgung bestimmt werden, unterliegen außerdem zeitlichen Schwankungen. 2ar Lösung der dadurch entstehenden Probleme sind bereits eine Reihe von Vorschlägen zur Kompensation und Korrektur der unterschiedlichen Zeiten gemacht worden. Bekannte Lösungswege basleren auf mechanischen Kompensationsmethoden, bei denen der Betrieb des Relais in einer der beiden Schaltrichtungen beschleunigt oder verzögert wird. Andere, genauere Ergebnisse liefernde Lösungen bestehen in Abänderungen im Schaltungsaufbau der Relais-Treiberschaltung. Dabei wird eine Beschleunigung oder Verzögerung der Umschaltung aufgrund einer bestimmten, zuvor gespeicherten und beim Schaltbefehl der Relaisspule zugeführten Energiemenge erreicht.

Diese bekannten Lösungen gewährleisten bei den gegenwärtigen Anwendungen keinen ausreichendem Ausgleich der unterschiedlichen Umschaltzeiten der Relais. Dies issbesondere deswegen, weil die gegenwärtig zur Verfügimg Steheaden Beiais große Schwankungen in ihren Eigenschaften aufweisen. Die Nachteile der bekannten Kompensatlonsmethoden ergeben sich aus der Tatsache, daß die Wirkung der Korrekturschaltimg vom Ausgangs-Sehaltziastand des Relais abhängig ist. Mit anderen Worten, die Kompensation wirkt lediglich auf eine Flanke des Steuerbefehl-Signals. Dieses Signal ist somit Verzerrungen unterworfen, die weiterhin eine Asymmetrie zwischen Anzugs- und Abfallzeit des Relais bewirken.

Ziel der Erfindung 1st demnach, eine Kompensationsschaltung anzugeben, die einen automatischen und völlig symmetrischen Ausgleich der Schaltzeitschwankungen eines Relais gewährleistet.

Gemäß der Erfindung wird eine Relais-Treiberschaltung Kompensationsschaltung vorgeschlagen, bei der an die Treiberschaltung ein Speicherelement angeschlossen ist, dessen Lade-

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zustand vom die Treiberschaltung steuernden Schaltbefehl und von einem Kontakt des Beiais steuerbar ist und das die Schaltzeit des Relais jeweils um eine Zeitspanne verlängert, die gleich der zu der vorausgegangenen Schaltrichtung gehörigen relaiseigenen Schaltzeit ist.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel besteht darin, daß beim Schaltbefehl für die erste Schaltrichtung das Speicherelement mit einer ersten Zeitkonstanten auf einen ersten Pegel, bei dem der Schaltbefehl die Relaisspule erreicht und dann mit einer zweiten Zeitkonstanten auf einen zweiten Pegel aufgeladen wird, welche der von der vorausgegangenen zweiten, entgegengesetzten Schaltrichtung bestimmten relaiseigenen Schaltzeit proportional ist, und daß beim Schaltbefehl für die zweite Schaltrichtung das Speicherelement mit der zweiten Zeitkonstanten vom zweiten auf den ersten Pegel, bei dem der Schaltbefehl die Relaisspule erreicht_;und dann mit der ersten Zeitkonstanten auf den Ausgangspegel entladen wird, welcher der von der ersten Schaltrichtung bestimmten relaiseigenen Schaltzeit proportional ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert, die in

Fig. 1 das Schaltbild eines erfindungsgemäßen Ausfünrungs-

beispiels und

Fig. 2 eine graphische Darstellung der Signalverläufe

enthält.

Die erfindungsgemäße Relais-Treiberschaltung macht von einem einzelnen Speicherelement Gebrauch, das in Abhängigkeit vom jeweiligen Schaltzustand unterschiedliche Energien speichert und auf diese Weise eine komplementäre Kompensation in bezug auf die Vorder- und Rückflanken des elektrischen Steuersignals sicherstellt. Diese Kompensation soll die Symmetrie dieser

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Flanken durch Ausnutzung sowohl der Abfall- als auch der Anzugszelten wieder herstellen, und zwar unabhängig vom dem Relais zugeführten Steuerbefehl. Mit anderen Worten, das Speicherelement speichert eine Energiemenge, die proportional der vorausgegangene Schaltzeit und der Verzögerung der Ausführung des zugeführten Schaltbefehls ist. Die Schaltung verzögert also den Schaltbefehl um eine der vorausgegangenen Schaltzeit äquivalente Zeitspanne, ehe sie ihn der Relaisspule zuführt.

Die in der Fig. 1 dargestellte erfindungsgemäße Treiberschaltung hat die Aufgabe, die Erregung der Spule BO eines Relais zu steuern, dessen Kontakt zwischen zwei Schaltlagen, nämlich der offenen Schaltlage A und der geschlossenen Schaltlage B umschaltbar ist.

Das Steuersignal für das Relais wird der Basis eines NFN-Transistors Tl zugeführt, der in Emitterschaltung angeordnet ist. Der Kollektor dea Transistors Tl ist mit der Kathode einer Diode D3 verbunden. Die Anode der Diode D3 liegt an einem Anschluß eines Widerstandes R2, dessen zweiter Anschluß mit dem Emitter eines NPN-Transistors T2 und mit der Kathode einer Diode D6 verbunden ist. Der Kollektor des Transistors T2 ist über einen Widerstand R4 an den positiven Pol der Speisespannungsquelle V geführt. Die Basis des Transistors T2 liegt an einem Potential Vb, das von einem zwischen dem positiven Pol der Speisespannungsquelle V und Masse liegenden Spannungsteiler R5, R6 geliefert wird, über das an der Kathode des Transistors T2 auftretende Signal wird die Basis eines PNP-Traasistors T3 angesteuert, dessen Emitter mit dem positiven Pol der Speisespannungsquelle V und dessen Kollektor über einen Widerstand R7 mit einer Prüfklemme L verbunden ist. über einem zwischen dem Kollektor des Transistors T3 und Masse liegenden, aus Widerständen RB und R9 bestehenden Spannungsteiler wird die Basis eines !PH-Transistor-? T4 angesteuert, der in Emitterschaltung angeordnet ist«- Im - Kollektorkreis dieses Transistors liegt als Last die Wicklung

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BO des Relais. Zwischen Punkt E an der Anode der Diode D6 und Masse ist eine Speicherkapazität C eingeschaltet. Der Punkt E ist außerdem über einen Widerstand RIl mit dem Potential Vb/ mit der Kathode einer Diode D5 und mit der Anode einer Diode Dl verbunden. Ein Widerstand Rl liegt zwischen der Kathode der Diode Dl und der Anode der Diode D5, die außerdem mit dem Kollektor des Transistors Tl verbunden ist. Die am positiven Pol der Speisespannungsquelle liegende bewegte Kontaktfahne des Relais wird zwischen der offenen Schaltlage A und der geschlossenen Schaltlage B bewegt, in der eine Verbindung zur Anode einer Diode D2, deren Kathode mit der Kathode der Diode Dl verbunden ist, und über einen Widerstand R3 zur Anode der Diode D3 hergestellt wird. Der Kollektor des Transistors T4 ist mit der Kathode einer Diode D4 verbunden, deren Anode an der Anode der Diode D3 angeschlossen ist. Am Eingang jeder Schaltung ist eine aus einer Diode D7 und einem Widerstand RIO gebildete Begrenzerschaltung angeordnet, über die die Basis des Transistors Tl angesteuert wird.

Es ergibt sich folgende Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Relais-Treiberschaltung. Es werden zwei logische Pegel angenommen, durch die die Betätigung des Relais gesteuert wird. Zunächst liege am Eingang I ein niedriger logischer Pegel, bei dem die Transistoren Tl, T2, T3 und T4 gesperrt sind. Da hierbei in der Spule BO kein Erregerstrom fließt, befindet sich der Kontakt in der Schaltlage A (Relais unerregt und offener Kontakt).Die Speicherkapazität C lädt sich Über Widerstand RIl auf die Spannung Vb auf. Sobald zu einem Zeltpunkt t_Q (Fig. 2) am Eingang I ein hoher logischer Pegel erscheint, wird Transistor Tl leitend und die Transistoren T2, T3 und T4 gehen in Sättigung. Die Wicklung BO wird dabei erregt und der Relaiskontakt wird von der Schaltlage A in die Schaltlage B umgeschaltet. Da die Diode D6 gesperrt ist, wird die Kapazität C über Diode Dl, Widerstand Rl und Transistor Tl mit einer Zeitkonstanten Rl C solange entladen, bis der Kontakt die Schaltlage

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B (geschlossener Kontakt) einnimmt. In diesem Zeitpunkt V_Q wird Diode Dl gesperrt. Die Kapazität C ist auf einen Spannungswert entladen, welcher der Ansugszeit Tan des Relais proportional ist. Sobald im Zeitpunkt tj am Eingang I wieder der untere logische Pegel auftritt, bei dem das Beiais wieder abfällt, wird Transistor Tl gesperrt_r aber Transistor T2 bleibt infoige der Sättigung von Transistor T4 leitend. Die Kapazität C wird über Diode T2, Widerstand Ri und Diode D5 um einen der Anzugs zeit Tan proportionalen Wert aufgeladen. Sobald sum Zeitpunkt t« die Spannung an der Kapazität C wieder den Wert ¥b erreicht, wird Diode D6 leitend und damit; eile Transistoren T2, T3 und T4 gesperrt. Dabei wird Diode D4 gesperrt und die Kapazität C lädt sich über Diode D2, Widerstand Rl und Diode D5 einerseits und über Widerstand R3, Diode D3 und Diode DS andererseits mit einer Zeitkonstanten CR¹I weiter au£_r bis zum teitpraskt. fc- der Eon takt die Schaltlage B verläßt* Dar Wert R"! ist dabei gleich dem Widerstandswert der Parallelschaltung aus dea eiderständen Rl und R3. " Die Zeitspanne t3-t2 1st gleich der j&bfsll&sit: Tab des Relais.

Beim nächsten Schsltbefehl zur üeitpnakt t. wird die Kapazität C über Diode D6, Diode D3 und Transistor Tl einerseits und Diode Dl, Widerstand Rl und Transistor Tl andererseits wiederum mit einer Zeitkonstante& CR¹I entladen, wenn die Widerstände R2 und R3 gleich groß gewählt sind. Sobald zum. Zeitpunkt t~ die Spannung an der Kapazität C den Wert Vb erreicht hat_v wird Transistor Tl leitend und die Transistoren T3 und T4 gehen in Sättigung. Dabei wird die Wicklung BO erregt und der Kontakt verläßt die Schaltlage B. Die Kapazität wird deshalb über Diede Dl, Widerstand Rl und Transistor Tl weiter entladen, bis zmn Zeitpunkt t_g der Kontakt die Schaltlage & erreicht hat.

Die erste Umschaltung dee Relais ausgenommen_f kann also festgestellt werden, daß die effektiven ÄK^ugsseitea im di© relaiseigene AbfAllzeit und die effektiven &b£allseitei£ ms. die reiaieeigene Anzugszeit verlängert werden. Damit erhält mmm minen vollkommen

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symmetrischen Ausgleich der effektiven Anzugs- und Abfallzeiten des Relais.

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Claims (2)

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   PATENTANSPRÜCHE

   \)lJ Relais-Treiberschaltung mit Kompensationsschaltung zum Ausgleich unterschiedlicher Abfall- und Anzugszeiten des Relais, dadurch gekennzeichnet, daß an die Treiberschaltung ein Speicherelement (C) angeschlossen ist, dessen Ladezustand vom die Treiberschaltung steuernden Schaltbefehl und von einem Kontakt des Relais steuerbar ist und dai die Schaltzeit des Relais jeweils um eine Zeitspanne verlängert, die gleich der zu der vorausgegangenen Schaltrichtung gehörigen relaiseigenen Schaltzeit ist.
2. 2. Relais-Treiberschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Schaltbefehl für die erste Schaltrichtung das Speicherelement mit einer ersten Zeitkonstanten auf einen ersten Pegel, bei dem, der Schaltbefehl die Relaisspule erreicht, und dann mit einer zweiten Zeitkonstanten auf einen zweiten Pegel aufgeladen wird, welcher der von der vorausgegangenen zweiten, entgegengesetzten Schaltrichtung bestimmten relaiseigenen Schaltzeit proportional ist, und daß beim Schaltbefehl für die zweite Schaltrichtung das Speicherelement mit der zweiten Zeitkonstanten vom zweiten auf den ersten Pegel, bei dem der Schaltbefehl die Relaisspule erreicht, und dann mit der ersten Zeitkonstanten auf den Ausgangspegel, entladen wird, welcher der von der ersten Schaltrichtung bestimmten relaiseigenen Schaltzeit proportional ist.

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