DE1289554B

DE1289554B - Pegelempfindliche Schaltung, insbesondere zum Steuern eines Relais

Info

Publication number: DE1289554B
Application number: DER43111A
Authority: DE
Inventors: Patrickson John Brian; Wedepohl Leonhard Martin; Davey Victor Stanley
Original assignee: Rcyrolle & Co Ltd A
Current assignee: Rcyrolle & Co Ltd A
Priority date: 1965-04-23
Filing date: 1966-04-22
Publication date: 1969-02-20
Also published as: BE679954A; GB1142783A; US3465208A; CH462937A; NL6605457A

Description

brücke 12, angeschlossen ist, während sein Kollektor über einen Widerstand 23 mit der negativen Klemme und über eine Diode 24 mit der Basis eines dritten Transistors 25 verbunden ist; der Transistor 25 ist

anspricht, wenn die Steuerwechselspannung nur mit io bei einem starken Eingangsstrom leitfähig wird, kurzzeitigen Spitzenwerten den vorgegebenen Schwell- Der Kollektor des ersten Transistors 20 ist über

wert überschreitet, also nur sehr kurze und schwache einen Widerstand 21 mit der Basis eines zweiten Spitzenimpulse das Schaltelement ansteuern. Trotz- Transistors 22 vom PNP-Typ verbunden, dessen dem darf die Schaltung aber nicht auf solche Spitzen- Emitter an die positive Eingangsklemme, d. h. die werte der Steuerwechselspannung ansprechen, die 15 positive Klemme am Ausgang der Gleichrichternur knapp unterhalb des Schwellwertes liegen. Diese
Forderung erfüllen aber die bisher üblichen Schaltungen, beispielsweise die bekannten Schmitt-Trigger-Schaltungen, nicht befriedigend.

Zur Lösung dieses Problems wird daher erfin- 20 ebenfalls vom PNP-Typ. Der Emitter des dritten dungsgemäß vorgeschlagen, dem Schaltelement einen Transistors 25 ist direkt an die positive Eingangs-Speicher mit einer gegenüber der Aufladezeitkon- klemme angeschlossen, während sein Kollektor über stante großen Entladezeitkonstante nachzuschalten. einen Widerstand 26 mit der negativen Eingangs-In diesem Speicher werden dabei die Impulse inte- klemme verbunden ist. Zwischen dem Kollektor und griert, und eine erfindungsgemäße Schaltung spricht 25 dem Emitter des dritten Transistors 25 liegt ein Redaher sicher auch noch auf solche Spitzenspannungs- lais, dessen Spule 30 eine erhebliche Induktivität werte an, die nur während eines kleinen Bruchteiles unter den hier gegebenen Betriebsbedingungen beder Wechselspannungsperiode den Schwellwert etwas sitzt. Der Kollektor ist über zwei Dioden 31 an eine überschreiten. Im Speicher werden nämlich die ein- Klemme des Relais 30 angeschlossen, dessen andere zelnen aufeinanderfolgenden kurzen und sehr schwa- 30 Klemme mit dem Emitter und der positiven Einehen Impulsspitzen gespeichert, und es wird damit gangsklemme verbunden ist. Die Relaisspüle wird ein Ausgangssignal erzeugt, dessen Dauer größer ist
als die Dauer der ursprünglich anliegenden Steuerspannungsspitzen. Auf diese Weise besitzt eine erfindungsgemäße pegelempfindliche Schaltung ein 35 eine Zenerdiode 33 überbrückt, damit das Relais wesentlich größeres Rückstellverhältnis, als dies bei umgangen werden kann, wenn an seinen Klemmen den bekannten Schaltungen dieser Art bisher möglich war. Trotzdem spricht die erfindungsgemäße
Schaltung auf keinen Fall auf solche Spitzenspannungswerte der Steuerspannung an, die geringfügig 40 eingeschaltet wird, wenn dieser Transistor abschaltet, unterhalb des Schwellwertes liegen. und daß sie nicht eingeschaltet wird, wenn der

Die Erfindung wird im folgenden an Hand sehe- Transistor 25 leitfähig ist, was normalerweise der matischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen Fall ist.

näher erläutert. Nachstehend wird die Wirkungsweise der Schal-

F i g. 1 zeigt die Anwendung der Erfindung bei 45 rung nach F i g. 1 beschrieben. Unterhalb eines vor-

einer üblichen Transistor-Trigger-Schaltung; bestimmten Wertes des Eingangsstroms wird bei

F i g. 2 zeigt die Anwendung der Erfindung bei jeder Halbperiode die Brückenschaltung 15, 16, 17,

einer Schaltung, bei welcher die Impulse über ein 18 ins Ungleichgewicht gebracht, so daß die beiden

Zungenrelais erzeugt werden; ersten Transistoren 20 und 22 abgeschaltet bleiben,

F i g. 3 zeigt wiederum eine Transistor-Trigger- 50 während jedoch der dritte Transistor 25 im wesent-

Schaltung mit einem zusätzlichen Rückkopplungs- liehen während der ganzen Halbperiode leitfähig ist

kreis. und die Relaisspule 30 praktisch kurzschließt, so daß

F i g. 1 zeigt eine Überstromschutzschaltung in kein größerer Strom durch die Spule fließt. Form einer Schmitt-Trigger-Schaltung. Die Sekun- Wenn der Augenblickswert des Eingangsstroms

därwicklung 11 des Eingangstransformators 10 ist an 55 einen vorbestimmten Wert überschreitet, werden die eine Gleichrichterbrücke 12 angeschlossen. beiden ersten Transistoren 20 und 22 leitfähig, wäh-

Das Ausgangssignal der Brückenschaltung 12 wird rend der dritte Transistor abschaltet. Der dritte zwei Spannungsteilern zugeführt, von denen der eine Transistor bewirkt somit, daß der Eingangsstrom zwei Widerstände 15 und 16 und der andere eine durch die Spule des Relais 30 fließt. Da der Schal-Zenerdiode 17 und einen Widerstand 18 umfaßt. 60 rung ein Strom zugeführt wird, bewirkt diese Umlei-Diese Anordnung kann wiederum als eine Brücken- tung des Stroms über die Relaiswicklung, daß die schaltung betrachtet werden. Bei einem niedrigen Spannung an dem ersten Spannungsteiler zunimmt, Wert des als Eingangssignal zugeführten Stroms be- wodurch gewährleistet wird, daß sich die Schaltung ginnt die Zenerdiode 17 leitfähig zu werden, so daß erst dann wieder zurückstellt, wenn der Augenblickssie eine im wesentlichen konstante Spannung fest- 65 wert des Eingangsstroms erheblich zurückgegangen legt, wobei die Brückenschaltung in einer Richtung ist. Die Dauer eines Stromimpulses richtet sich nach unabgeglichen ist. Wenn sich der Eingangsstrom dem Ausmaß, in welchem die Größe des Eingangsverstärkt, nimmt die Spannung an dem entsprechen- Stroms einen bestimmten Schwellwert überschreitet.

durch eine Diode 32 überbrückt, die so gepolt ist, daß sie keinen Strom von der Eingangsseite her fließen läßt; außerdem wird die Relaisspule durch

eine zu hohe Spannung erscheint. Man erkennt somit, daß die Relaisspule 30 durch den dritten Transistor 25 praktisch überbrückt wird, so daß sie dann

Die Induktivität der Relaisspule 30 führt in Verbindung mit der sie überbrückenden Diode 32 zu einer Wirkung, die man als Integrationswirkung bezeichnen kann und die das Relais veranlaßt, auf die kumulative Wirkung einer Anzahl von Stromimpulsen anzusprechen, welche von den Schaltmitteln, d. h. dem dritten Transistor 25, durchgelassen wird. Am Ende eines Impulses wird somit der durch die Relaiswicklung fließende Strom umgeleitet, und er zirkuliert durch die Diode 32, bis der nächste Impuls eintrifft, woraufhin der Wert des Stroms weiter aufgebaut wird, so daß dann, wenn ausreichend viele Impulse von hinreichender Größe aufeinanderfolgen, das Relais 30 anspricht.

Die an Hand von F i g. 1 beschriebene Schaltung mißt den einzigen vorhandenen Eingangsstrom in bezug auf ihre eigene Einstellung, die sich nach der Zenerdiode der Brückenschaltung richtet. Bei anderen Ausbildungsformen wird das Eingangssignal mit einem Bezugssignal verglichen, oder es ist möglich, eine Anzahl von Eingangssignalen miteinander oder sowohl miteinander als auch mit einem Bezugssignal zu vergleichen. Somit kann man der Schaltvorrichtung ein Differenzsignal zuführen, bei dem es sich um die Differenz zwischen einem pulsierenden oder alternierenden Betätigungssignal und einem im wesentlichen konstanten bzw. einseitig gerichteten oder geglätteten Polarisationssignal handelt.

Bei der Schaltung nach F i g. 2 ist ein Überstrom-Zungenrelais 70 vorgesehen, das über eine Eingangswicklung 71 von einer Wechselspannung angesteuert ist, welche über ein Potentiometer 72 zugeführt wird. Wenn der Eingangsstrom einen vorbestimmten Wert überschreitet, werden die Kontakte des Zungenrelais je Halbwelle der Wechselspannung geschlossen. Wenn das Zungenrelais anspricht, sobald die Signalspitze gerade einen vorbestimmten Wert erreicht, wird es erst dann wieder zurückgestellt, wenn der Augenblickswert des Signals auf einen erheblich niedrigeren Wert zurückgegangen ist. Wenn der Augenblickswert z. B. nur während einer Millisekunde oberhalb einer vorbestimmten Schwelle verbleibt, kann daher das Zungenrelais während einer erheblich längeren Zeitspanne im betätigten Zustand verbleiben.

Diese Wirkung wird dadurch verstärkt, daß man ein Widerstands-Kondensator-Netzwerk vorsieht, dessen Entladungszeit einem Vielfachen, z. B. dem Zehnfachen, der Ladezeit entspricht.

Eine Ausbildungsform einer Integratorschaltung, wie sie im rechten Teil von F i g. 3 dargestellt ist, umfaßt ein zweites Zungenrelais 80. Die Spule 81 dieses Relais ist mit einem Widerstand 82 in Reihe geschaltet, und diese beiden Elemente werden durch einen Kondensator 83 von erheblicher Größe überbrückt, der mit einem kleineren Widerstand 84 in Reihe geschaltet ist. Diese beiden Zweige sind an eine Gleichstromquelle 85 angeschlossen, und zwar über die Kontakte des Unterspannungs-Zungenrelais 60 und des Überstrom-Zungenrelais 70, die parallel geschaltet sind. Die Kontakte des Zungenrelais 80 sind mit einem Auslöserelais 90 in Reihe geschaltet, und dieser Zweig ist an die gleiche Gleichstromquelle 85 angeschlossen.

F i g. 3 zeigt wieder eine Transistor-Trigger-Schaltung, wobei ferner eine Rückkopplung vorgesehen ist, damit der Unterschied zwischen dem Betätigungswert und dem Rückstellwert eingestellt werden kann.

Die Sekundärwicklung 101 des Eingangstransformators 100 ist an den Eingang einer Gleichrichterbrücke 102 angeschlossen, mit deren Ausgangsklemmen, die auch als Speiseklemmen bezeichnet werden können, ein Spannungsteiler verbunden ist, der drei Widerstände 103, 104 und 105 umfaßt.
Der Knotenpunkt 106 zwischen den Widerständen

ίο 103 und 104 ist mit dem Eingang einer Triggerschaltung verbunden, die zwei Transistoren 107 und 108 vom PNP-Typ bzw. vom NPN-Typ umfaßt, wobei die Basis jedes Transistors mit dem Kollektor des anderen Transistors verbunden ist. Der Knotenpunkt 106 ist an die Basis des Transistors 107 angeschlossen, dessen Emitter mit der positiven Speiseklemme über eine Zenerdiode 109 und mit der negativen Speiseklemme über einen Widerstand 110 verbunden ist.

Der Emitter des Transistors 108 ist mit der Basis eines NPN-Transistors 111 verbunden, dessen Emitter an die negative Speiseklemme angeschlossen ist, während sein Kollektor über die Spule des Relais 112 mit der positiven Speiseklemme verbunden ist.

Das Relais 112 wird durch einen mit einem Widerstand 114 in Reihe geschalteten Kondensator 113 überbrückt.

Es wird angenommen, daß die Wirkungsweise dieser Schaltung aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich ist; die Zenerdiode 109 hält den Emitter des Transistors 107 auf einer konstanten Spannung gegenüber der positiven Speiseklemme, so daß dann, wenn die momentane Spannung an dem durch die Widerstände 103, 104 und 105 gebildeten Spannungsteiler während jeder Halbperiode ansteigt, ein Punkt erreicht wird, an dem die Spannung an der Basis diejenige an dem Emitter durchläuft, so daß die Triggertransistoren 107 und 108 plötzlich leitfähig werden, so daß auch der Transistor 111 wäh-

4<s rend eines Teiles der Halbperiode leitfähig wird.

Dies spielt sich während jeder Halbperiode ab, innerhalb deren der Pegel der Eingangsspannung oberhalb eines bestimmten Wertes bleibt, und jeder Stromimpuls vergrößert die Ladung des Kondensators 113, bis die Spannung an diesem Kondensator ausreicht, um das Relais 112 zu betätigen.

Um das Verstellen des Rückstellpunktes zu ermöglichen, ist der Kollektor des Transistors 111 außerdem über einen Widerstand 119 mit der Basis eines PNP-Transistors 115 verbunden, dessen Emitter an die positive Speiseklemme angeschlossen ist und dessen Kollektor über einen Widerstand 116 mit der negativen Speiseklemme sowie direkt mit der Basis eines weiteren Transistors 117 verbunden ist.

Der PNP-Transistor 117 ist mit seinem Emitter an die positive Speiseklemme angeschlossen, während sein Kollektor mit dem Knotenpunkt 118 zwischen den Widerständen 104 und 105 des Spannungsteilers verbunden ist.

Während des Betriebs der Schaltung ist bei niedriger Eingangsspannung und nicht eingeschaltetem Relais 112 der Transistor 115 abgeschaltet und der Transistor 117 leitend, so daß sie den Widerstand

105 des Spannungsteilers praktisch kurzschließen, wodurch der Wert der Eingangsspannung modifiziert wird, bei welchem die Spannung am Knotenpunkt

106 des Spannungsteilers und damit auch an dei Basis des Transistors 107 den gleichen Wert hat wie

die am Emitter dieses Transistors durch die Zenerdiode 109 aufrechterhaltene Spannung.

Entsprechend wird, wenn der Pegel der Eingangsspannung ansteigt und beispielsweise 80 °/o seines normalen Wertes erreicht, vor der Erzeugung von Impulsen der Kondensator 113 aufgeladen, und das Relais 112 ist eingeschaltet. Andererseits wird beim Abfallen des Pegels der Eingangsspannung auf beispielsweise 40 % seines Normalpegels vor der Unterbrechung der Impulserzeugung der Kondensator 113 entladen, und das Relais 112 ist entregt.

Wenn die in F i g. 4 gezeigte Schaltung auf eine Unterspannung ansprechen soll, so werden durch den Triggerkreis 107, 108, 111 Impulse erzeugt, und das Relais 112 bleibt eingeschaltet, solange die Eingangsspannung ihren Normalpegel aufweist. Eine Unterbrechung wird angezeigt, wenn die Impulse unterbrochen werden und das Relais abfällt. In solchen Anwendungsfällen besitzt das Relais 112 vorzugsweise einen sogenannten »normalerweise geschlossenen« Kontakt, der erst dann schließt und einen Alarm auslöst, wenn der Spannungspegel sinkt und das Relais 112 abfällt.

Es sei bemerkt, daß sich die Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Dort, wo gemäß der Beschreibung Zungenrelais vorgesehen sind, können diese im allgemeinen durch andere geeignete Relais oder statische Schaltungen, z. B. Transistorschaltungen, ersetzt werden. Wenn eine Schaltwirkung erforderlich ist, kann man zu diesem Zweck eine Schaltung von ausreichender Empfindlichkeit vorsehen oder eine Triggerschaltung bzw. eine bistabile Schaltung verwenden.

Claims

Patentansprüche:

1. Pegelempfindliche Schaltung, insbesondere zum Steuern eines Relais, mit einem Schalt-

35 element, das nur dann auf eine angelegte Steuerwechselspannung anspricht, wenn diese einen vorbestimmten Pegelwert überschreitet, gekennzeichnet durch einen dem Schaltelement (Schmitt-Trigger-Schaltung nach F i g. 1 bzw. 3, Zungenrelais nach F i g. 2) nachgeschalteten Speicher (30,32; 80,82,83,84; 113,114) mit einer gegenüber der Aufladezeitkonstante großen Entladezeitkonstante.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher durch eine relativ große Induktivität (30), insbesondere durch die Wicklung des Betätigungsrelais, und eine diese überbrückende Diode (32) gebildet ist.

3. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher durch ein ÄC-Glied (82,83,84; 113,114) gebildet ist, dessen Entladezeitkonstante einem Vielfachen, z.B. dem Zehnfachen, der Aufladezeitkonstante entspricht.

4. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher ein Zungenrelais (80) umfaßt.

5. Schaltung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulse in an sich bekannter Weise durch eine Transistor-Schmitt-Trigger-Schaltung erzeugt werden.

6. Schaltung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulse durch ein Zungenrelais erzeugt werden.

7. Schaltung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher mit einem Spannungsteiler der die Impulse erzeugenden Kippschaltung derart durch einen Rückkopplungskreis verbunden ist, daß das Spannungsteilverhältnis während der Erzeugung der Impulse zur Änderung des Tastverhältnisses regelbar ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen