DE2613929C3 - Schaltungsanordnung mit einem Relais, das einen Arbeitskontakt aufweist - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art

Eine derartige, auch die Auswirkungen des Prellens des Arbeitskontaktes unterdrückende Schaltungsanordnung ist bereits bekannt (DE-OS 23 60 564, Fig. 10). Bei der bekannten Schaltungsanordnung ist parallel zum Arbeitskontakt eines Relais ein Triac geschaltet, dessen Steuersignal aus dem Betätigungsstrom der Erregerspule des Relais abgeleitet wird. Hierzu ist eine besondere Steuerschaltung vorgesehen, mit deren Hilfe sowohl eine Verzögerung der Durchschaltung des Triacs als auch von dessen Sperrung herbeigeführt wird. Die Verzögerung des Durchschaltens dient zur Verringerung der Stromflußzeit im Triac. Die Verzögerung hat den Zweck, die Abfallzeit des Relais auszugleichen. Die bekannte Steuerschaltung bedingt einen bestimmten zusätzlichen Aufwand, auch ist zur Erzielung der erforderlichen Verzögerung der Sperrung des Triacs eine bestimmte Bemessung der Steuerschaltung erforderlich, bei der zudem noch der Einfluß der beim Relais vorgesehenen Leerlaufdiode berücksichtigt werden muß.

Aus der Zeitschrift »Der Elektromeister Deutsches E!ektrohandwerk/de«. Bd. 48, 19?3, Heft 8, Seiten 571 und 572, ist die galvanische Entkopplung von Schaltkreisen durch die optoelektronischen Koppler bekannt.

Aufgabe der Erfindung ist die Angabe einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art, bei der Eingangs- und Ausgangsstromkreis galvanisch voneinander gelrennt sind und bei der der schaltungstechnische Aufwand zur F.rreichung der erforderlichen Verzögerung der Sperrung des elektronischen Schalten herabgesetzt ist.

Gemäß der Erfindung wird die Schaltungsanordnung zur Lösung der gestellten Aufgabe in der im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Weise ausgebildet.

Die in der Erregerspule gespeicherte Energie fließt also über die Leuchtdiode und die Begrenzerdiode ab und hält den Optokoppler und den elektronischen Schalter noch bis nach dem endgültigen Abschalten des Arbeitskontaktes leitend, ohne daß hierzu ein besonderes Verzögerungsnetzwerk erforderlich ist.

Als Optokoppler finden dabei solche Typen Verwendung, bei denen der Schaltzustand des gesteuerten Elementes in jedem Augenblick vom Strom in der Leuchtdiode abhängt, beispielsweise Optokoppler vom Typ Leuchtdiode/Fototränsistör, Leuchtdiode/Fotodiode.

Sollen mit. Hilfe des Relais Gleichströme geschaltet werden, so wird die Schaltungsanordnung Zweckmäßigerweise derart ausgebildet, daß der elektronische

Schalter ein mit seiner Emitter-Kollektor-Strecke parallel zum Arbeitskontakt des Relais liegender und mit seiner Basis an den Ausgang des Optokopplers angeschlossener Transistor ist Der Arbeitskontakt wird dabei derart in den Gleichstromweg eingeführt, daß die parallel zum Arbeitskontakt gelegene Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors mit der für den verwendeten Transistortyp üblichen Poiung im Gleichstromweg liegt.

Soll mit Hilfe des Relais Wechselstrom geschaltet werden, so Kann man die Schaltungsanordnung in Weiterbildung der Erfindung vorteilhaft derart ausbilden, daß der elektronische Schalter durch zwei, mit ihren Emitter-Kollektor-Strecken mit einander entgegengesetzter Polung in Serie geschaltete Transistoren gebildet ist, derart, daß die Serienschaltung parallel zum Arbeitskontakt des Relais angeordnet ist, und daß bei beiden Transistoren jeweils parallel zur Emitter-Kollektor-Strecke eine derart gepolte Diode angeordnet ist daß hei einem npn-Transistor der Emitter mit der Anode und bei einem pnp-Transistor der Emitter mit der Kathode verbunden ist Eine derartige Ausbildung der Schaltungsanordnung empfiehlt sich auch für solche Anwendungsfälle, bei denen eine beliebige Polung eines zu schaltenden Gleichstromes möglich bein soll. Andererseits kann man in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die Schaltungsanordnung derart ausbilden, daß der elektronische Schalter durch zwei, mit ihren Emitter-Kollektor-Strecken antiparallel geschaltete Transistoren gebildet ist, und daß der Emitter-Kollektor-Strecke jeweils eine derart gepolte Diocie in Serie geschaltet ist daß sie einen inversen Betrieb des zugehörigen Transistors verhindert.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen 6 bis 12.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der F i g. 1 bis 3 erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Schaltungsanordnung zur Prellunterdrükkung bei einem Arbeitskontakt eines Relais, der zum Schalten von Gleichstrom vorgegebener Polarität vorgesehen ist, w

F i g. 2 eine Schaltungsanordnung zur Prellunterdrükkung mit einer zusätzlichen Einschaltverzögerungsschaltung und

F i g. 3 eine Schaltungsanordnung zur Prellunterdrükkung bei einem für Wechselstrom vorgesehenen -ti Arbeitskontakt eines Relais.

Die in Fig. 1 gezeigte Schaltungsanordnung enthält ein Relais, das eine Erregerspule A und einen Arbeitskontakt a aufweist. Das Relais ist in einen Adapter eingesetzt, und zwar in der Weise, daß der ίο Arbeitskontakt a mit den Anschlüssen 3' und 4' unmittelbar verbunden ist und die Wicklung A unmittelbar an den Anschlüssen Γ und 2' liegt. Der Adapter hat ferner die Anschlüsse 1... 4, von denen der Anschluß 3 unmittelbar mit dem Anschluß 3', der ,, Anschluß 4 unmittelbar mit dem Anschluß 4' und der Anschluß 2 unmittelbar mit dem Anschluß 2' verbunden ist. Zwischen den Anschlüssen 1 und Γ liegt die Leuchtdiode 71. die Bestandteil des Optokopplers 7 ist. Die Leuchtdiode 71 liegt mit der Anode am Anschluß Γ mi und mit der Kathode am Anschluß 1.

Parallel zum Arbeitskontakt a liegt die Emitter-Kollektor-'Strecke des Transistors 51. Dabei ist der Transistor 51 rriit seinem Emitter mit dem Anschluß 3' Und mit seinem Kollektor mit dem Anschluß 4' Verbunden. Zwischen den Anschlüssen 1 bzw.»—«und 2 bzw. » + « liegt die Diode 61, deren Anode mit der Kathode der Leuchtdiode 71 Verbünden ist, so daß die Leuchtdiode 71 und die Diode 61 mit gleicher Polung in Serie geschaltet sind.

Von dem im Optokoppler 7 enthaltenen Transistor 72 ist der Emitter mit der Basis, des Transistors 51 und der Kollektor mit dem Kollektor des Transistors 51 verbunden.

Bei der in F i g. 1 gezeigten Entprellschaltung für den Relaiskontakt a des Relais ist ein elektronischer Schalter dem mechanischen Kontakt a parallel geschaltet. Der elektronische Schalter, gebildet durch den mittels des Optokopplers 7 steuerbaren Transisturs 51, übernimmt während des Ein- und Ausschakens überlappend zu Kontakt a den Kontaktstrom.

Da der Transistor 51 schneller als der Kontakt a einschaltet und — aufgrund des im folgenden Absatz geschilderten Vorgangs — länger verzögert als der Kontakt a ausschaltet, werden alle Kontaktprellungen überbrückt Bedingt durch die Kollektor-Emitter-Schwellenspannung fließt im eingeschalteten Zustand bzw. nach Beendigung des Prellens der gesamte Strom über den Kontakt a, so daß der Tr. .sistor 51 thermisch nicht beansprucht wird. Der Optokoppi >r 7 stellt für das Relais die galvanische Trennung zwischen dem Eingangskreis mit der Erregerspule A und dem Ausgangskreis mit dem Arbeitskoniakt a sicher.

Die Heiaisspule A dient zugleich als Vorwiderstand für die Leuchtdiode 71 und bewirkt dabei eine Strombegrenzung. Die Freilauf- bzw. Löschdiode 61 liegt nicht, wie an sich bekannt, direkt an der Erregerspule A, sondern in Reihe zu. Leuchtdiode 71, wobei die Serienschaltung der beiden Dioden 61 und 71 an der Relaisspule A liegt Dadurch wird erreicht, daß beim Ausschalten der an die Erregerspule A geführten Steuergleichspannung die in der Erregerspule A gespeicherte Energie in Form eines abklingenden Stromes über die Leuchtdiode 71 und die Löschdiode 61 abfließt und dadurch über dem Optokoppler 7 den Transistor 51 noch bis nach dem endgültigen Abschalten des Kontaktes a leitend hält.

Die Schaltungsanordnung nach F i g. 2 enthält wie die in F i g. 1 gezeigte Anordnung einen Adapter mit eulgesetztem Relais und seinem Kontakt a. Zusätzlich ist bei der Entprellschaltung nach Fi g. 2 im Steuerkreis eine Einschaltverzögerungsschaltung angeordnet. Die Einschaltverzögerungsschaltung besteht aus dem Widerstand 9, dem Kondensator 8, der Zenerdiode 62 und dem Transistor 52. Der Transistor 52 ist mit seiner Emitter-Kollektor-Strecke im Steuerkreis angeordnet und dabei mit seinem Emitter an den Anschluß 1 des Steuereinganges, mit seinem Kollektor an den Verbindungspunkt der Dioden 61 und 71, und mit seiner Basis über die Zenerdiode 62 an den Verbindungspunkt des Kondensators 8 und des Widerstandes 9 geführt. Die Sendeschaltung aus dem Kondensator 8 und dem Widerstand 9 liegt am Steucreingang 1,2.

Ferner ist in F ' g. 2 der Transistor 5t als Transistor in Darlington-Schaltung mit integrierttn Emitterwiderständen ausgebildet. Dabei ist die Stromverstärkung des Transistors 51 derart bemessen, daß der Transistor 51 unter Berücksichtigung der Mitwirkung der Begren-ZUngsdiQÜe 61 bei der Verlängerung der Zeitdauer, während der der Abschaltstrom fließt, gegenüber dem Arbeitskontakt a schneller einschaltet und länger verzögert abschaltet.

Weiterhin ist parallel zum Arbeitskontakt a eine Zenerdiode 63 geschaltet, die mit ihrer Anode am Emitter des Transistors 51 liegt. Die Zenerdiode ist dabei so gepolt, daß sie bei Abschalten einer übef den

si» is

Arbeitskontakt a geschalteten Induktivität aufgrund der gegenüber der Zenerspannung größeren induzierten Spannung leitend wird;

Beim Anlegen von Spannung an die Anschlüsse 1 und 2 muß der Kondensator 8 über den Widerstand 9 erst so weit aufgeladen werden, daß die Zenerdiode 62 und damit der Transistor 52 leitend wird.

Bei der Schaltungsanordnung nach Figi3 ist der elektronische Schalter durch die beiden, mit ihren Emitter-Kollektor-Strecken mit einander entgegengesetzter Polung in Serie geschalteten Transistoren 53 und 54 gebildet. Die Serienschaltung der beiden Emitter-Kollektor-Strecken ist parallel zum Kontakt a des Relais. Außerdem ist bei beiden Transistoren 53 und 54 jeweils parallel zur Emitler-Kollektor-Strecke eine Diode531 bzw.54i angeordnet.

Die Transistoren 53 und 54 sind jeweils Transistoren in Darlington-Schaltung. Die in integrierter Schaltung ausgeführten Transisiursysienie eninauefi jeweils Zwei kollektorseitig miteinander verbundene Transistoren, bei denen jeweils zwischen Emitter und Basis ein Widerstand liegt. Der Emitter eines eingangsseitigen Transistors ist mit der Basis eines ausgangsseitigen Transistors verbunden. Parallel zur Emitter-Kollektor-Strecke des am Ausgang angeordneten Transistors liegt jeweils eine Diode 531 bzw. 541. Die Transistoren 53 und 54 sind npn-Transistoren. Daher ist der Emitter des Transistors 53 mit der Anode der Diode 531, der Emitter des Transistors 54 mit der Anode der Diode 541 verbunden.

Jeder der beiden Transistoren 53 und 54 wird durch einen eigenen Optokoppler angesteuert Die in den beiden Optokopplern 74 und 75 enthaltenen Leuchtdioden sind in Serie geschaltet, wobei die Serienschaltung der beiden Leuchtdioden 72 und 73 ihrerseits in Reihe zur Erregerspule A des Relais liegt.

Die beiden Optokoppler 74 und 75 sind ausgangsseitig mit den Kollektoren der in ihnen enthaltenen Transistoren zusammengeführt. Ferner sind die Kollektorverbindungen der Optokoppler 74 und 75 einerseits und die der Transistoren 53 Und 54 zUsammengefühf t, so daß die Kollektoren der vier Transistoren unmittelbar miteinander verbunden sind. Weiterhin ist der Emitter des im Optokoppler 74 enthaltenen Transistors mit der Basis des Transistors 53 und der Emitter des irfi Optokoppler 75 enthaltenen Transistors mit der Basis des Transistors 54 verbunden.

Bei den Schaltungen nach den Fig. 1 und 2 muß auf richtige Polung der Kontaktanschlüsse geachtet wer-

den. Bei der Schaltungsanordnung nach F i g; 3 braucht auf die Polung nicht geachtet zu werden. Dieser Kontakt ist damit insbesondere zum Schalten von Wechselstrom geeignet. Die Wirkungsweise entspricht weitgehend der Schaltungsanordnung von F i g. 1, wobei allerdings für jede Stromrichtung ein eigener Darlingtontransistor 53 bzw. 54 und Optokoppler 74 bzw. 75 vorgesehen sind. Die integrierte Diode 531 bzw. 541 jedes Darlingtontransistors 53 bzw. 54 überbrückt üiesei'i jeweils für die falsche Sircrnrichtüng.

Bei den in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispielen ist die Schaltungsanordnung in einem Adapter untergebracht, der zwischen einer Relaisfassung und dem zugehörigen Relais eingefügt wird. Eine solche Anordnung hat den Vorteil, daß sie sich nachträglich verwenden läßt, beispielsweise dann, wenn sich beim Betrieb einer Relaisschaltung herausstellt, daß Prellerschr'nungen des Relais beseitigt werden müssen.

Andererseits kann man die Schaltungsanordnung von vornherein vorteilhaft im Relaissockel unterbringen oder mit dem Relais baulich vereinigen.

Bei Optokopplern, bei deren Fototransistoren der Basisanschluß herausgeführt ist, kann man zweckmäßigerweise die Basis über einen hochohmigen Widerstand an den Emitter legen und auf diese Weise gegebenenfalls störende Restströme des Fototransistors beseitigen.

Die in den Optokopplern 7, 74 bzw. 75 enthaltenen Fototransistoren sind npn-Transistoren. Bei der Verwendung von pnp-Fototransistoren sind Emitter und Kollektor miteinander zu vertausch

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung mit einem gleichstromgespeisten Relais, bei der eine Diode zur Begrenzung der von der Erregerspule des Relais ausgehenden Abschaltspannung vorgesehen ist, bei der ferner dem Arbeitskontakt des Relais ein den Strom in dem Arbeitskontaktkreis während der Schaltvorgänge übernehmender steuerbarer elektronischer Schalter parallelgeschaltet ist, für den das Steuersignal aus tu dem Betätigungsstrom der Erregerspule des Relais abgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß für die Ansteuerung des elektronischen Schalters wenigstens ein mit der Leuchtdiode (71) im Erregerspulenkreis liegender Optokoppler (7) vor- \* gesehen ist und daß die Begrenzerdiode (61) parallel zur Serienschaltung von Leuchtdiode (71) und Erregerspule (A) derart gepolt liegt, daß die Erregerspule (A) narh ihrer Abschaltung Strom über die Serienschaltung von Leuchtdiode (71) und Begrenzerdiode (61) schicken kann (F i g. 1).

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische Schalter ein mit seiner Emitter-Kollektor-Strecke parallel zum Arbeitskontakt (a) des Relais liegender und mit seiner Basis an den Ausgang des Optokopplers (7) angeschlossener Transistor (si) ist (Fig. 1,2).

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische Schalter durch zwei, mit ihren Emitter-Kollektor-Strecken «1 mit einander entgegengesetzter Polung in Serie geschaltete Transistoren (53, 54) gebildet ist, derart, daß die Serienschalti ng par, 'IeI zum Arbeitskontakt (a) des Relais angeordnet ist, und daß bei beiden Transistoren (53, 54) jeweils p/arallel zur Emitter- Js Kollektor-Strecke eine derart gepolte Diode angeordnet ist, daß bei einem npn-Transistor der Emitter mit der Anode und bei einem pnp-Transistor der Emitter mit der Kathode verbunden ist (F i g. 3).

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch Ί" gekennzeichnet, daß der elektronische Schalter durch zwei, mit ihren Emitter-Kollektor-Strecken antiparallel geschaltete Transistoren gebildet ist, uiid daß der Emitter-Kollektor-Strecke jeweils eine derart gepolte Diode in Serie geschaltet ist, daß sie Ί5 einen inversen Betrieb des zugehörigen Transistors verhindert.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor (51, 53, 54) jeweils ein Transistor in ^r> <> Darlington-Schaltung ist (F i g. 2, 3).

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß parallel /um Arbeitskontakt (a) eine Zenerdiode (63) geschaltet ist.

7. Schaltungsanordnung nach einem der vorherge- ">ί henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Steuerkreis eine Verzögerungsschaltung (8,9,62,52) angeordnet ist (F i g. 2).

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7. dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungsschaltung einen Transistor (52) enthält, der mit seiner Erriilter^KöIlektor-Strecke im Steilerkreis angeord^ net ist, mit seinem Emitter an einen Anschluß (1) des Steuereinganges und mit seiner Basis über eine Zenerdiode (62) an den Verbindungspunkt eines Kondensators (8) und eines Widerstandes (9) geführt ist, und daß die Serienschaltung aus dem Kondensat tor (8) und dem Widerstand (9) am Steuereingahg (1,

2) liegt (F ig, 2),

9. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Anordnung in einem Relaissockej,

10. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch die bauliche Vereinigung mit dem Relais.

11. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekenazeichnet durch die Ano, dnung in einem zwischen Relaisfassung und Relais einsetzbaren Adapter.