DE2160251A1

DE2160251A1 - Electronic relay

Info

Publication number: DE2160251A1
Application number: DE19712160251
Authority: DE
Inventors: Serge Gagny; Cuny Michel; Brun Renaud; Meaux; Marchiat (Frankreich)
Original assignee: Deutsche ITT Industries GmbH
Current assignee: TDK Micronas GmbH
Priority date: 1970-12-15
Filing date: 1971-12-04
Publication date: 1972-06-22
Also published as: CH559479A5; FR2118238A5; ES397973A1

Description

DEUTSCHE ITT INDUSTRIES GESELLSCHAFT MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNG,DEUTSCHE ITT INDUSTRIES GESELLSCHAFT LIMITED LIABILITY,

FREIBURG I.B.FREIBURG I.B.

Elektronisches. RelaisElectronic. relay

Die Priorität der Anmeldung Nr. 7 045 120 vom 15. Dez. 1970 in Frankreich wird beansprucht.The priority of application no. 7 045 120 dated Dec. 15, 1970 in France is claimed.

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Relais, das von Festkörperbauelementen gebildet wird, also ein sogenanntes Festkörperrelais, und bezieht sich im besonderen auf ein elektronisches Relais, das bezüglich seiner Ansteuerung einen weiten Gleich- oder Wechseispannungsbereich aufweist und eine sehr große Eingangsempfindlichkeit besitzt, sowie einen die daran angeschlossene Last mit Wechselstrom versorgenden Ausgang.The invention relates to an electronic relay made of solid-state components is formed, so a so-called solid state relay, and relates in particular to an electronic one Relay that has a wide DC or AC voltage range with regard to its control and a has a very high input sensitivity, as well as an output that supplies the connected load with alternating current.

In vielen Fällen genügen elektromechanische Relais den gestellten Anforderungen immer weniger, da die auftretenden Probleme beispielsweise Probleme der Schaltgeschwindigkeit, der Zuverlässigkeit, der Unterhaltung, der LeistungsVersorgung seitens von Steuersignalen geringer Amplitude sind.In many cases, electromechanical relays meet the requirements less and less because of the problems that arise, for example Problems of switching speed, reliability, maintenance, power supply on the part of low amplitude control signals.

Die den elektromechanischen Relais eigenen Probleme sind wohlbekannt. Ihre Schaltgeschwindigkeit wird durch ihre Ansprechzeit begrenzt, die von ihnen verbrauchte Ansprechenergie ist nicht vernachläesigbar und das Kontaktprellen, das in gewissemThe problems inherent in electromechanical relays are well known. Their switching speed is limited by their response time, the response energy they consume is not negligible and the contact bouncing is to a certain extent

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Maße bei den relativ trägen elektromagnetischen Anordnungen auftreten kann, ist mit elektronischen Anordnungen nicht mehr verträglich. Außerdem sind elektromechanische Relais oft gegen Stöße und Vibrationen empfindlich und erfordern eine periodische überwachung oder Einstellung. Darüberhinaus verhindert die Bildung von Lichtbogen beim Schalten induktiver Lasten in bestimmten Anwendungsfällen, wie z.B. in Abbrand verursachendem Milieu, und der daraus entstehende Kontaktbrand ihre Anwendung. Außerdem ist man genötigt, andere Elemente vorzusehen, wie z.B. Funkenlöschfilter, zur Ausschaltung parasitärer Hochfrequenz, die aufgrund dieses Lichtbogens entsteht.-Dimensions for the relatively sluggish electromagnetic arrangements can occur is no longer compatible with electronic arrangements. Also, electromechanical relays are often sensitive to shocks and vibrations and require a periodic monitoring or adjustment. Furthermore prevented the formation of arcs when switching inductive loads in certain applications, such as burn-off causing environment, and the resulting contact fire their application. In addition, one is forced to use other elements Provide, such as spark extinguishing filters, to eliminate parasitic high frequencies caused by this arc arises.

Wenn man darüberhinaus eine Last mit Strom in Abhängigkeit von Steuersignalen geringer Energie versorgen will, so ist man gezwungen, eine ganze Kaskade elektromagnetischer Elemente zu verwenden, deren Eingangs- und Ausgangscharakteristik die beabsichtigten Werte schließlich zu erreichen gestattet. Ebenso kann man beispielsweise ein Relais mit in einer dichten Umhüllung untergebrachten Kontakten verwenden, das den Vorteil bietet, gegenüber schwachen Eingangssignalen empfindlich zu sein, dessen Ausgangssignal jedoch von einem Miniaturrelais benutzt werden sollte, zumal die Charakteristik dieses Relais die Versorgung eines größeren Relais erlaubt, das seinerseits den Kontaktsatz der mit Strom zu versorgenden Last steuert.In addition, if you want to supply a load with power depending on control signals of low energy, you are forced to to use a whole cascade of electromagnetic elements whose input and output characteristics are as intended Values are finally allowed to be reached. Likewise, you can, for example, a relay with in a tight enclosure Use housed contacts, which has the advantage of being sensitive to weak input signals its output signal from a miniature relay should be used, especially since the characteristics of this relay allow the supply of a larger relay, which in turn controls the set of contacts of the load to be powered.

Diese Nachteile können ausgeschaltet werden, indem die elektromechanischen Relais durch dieselben Funktionen erfüllende Anordnungen ersetzt werden, die aber aus elektronischen Bauelementen und vorzugsweise aus Festkörperbauelementen bestehen. Damit gibt es keine beweglichen Teile, keinen Kontaktabbrand, keine Einstellung, keine Kontaktprellprobleme und keine Licht bogenbildung mehr. Die Schaltgeschwindigkeit von Halbleiterbau-These disadvantages can be eliminated by replacing the electromechanical relays with arrangements which fulfill the same functions, but which consist of electronic components and preferably of solid-state components. This means there are no moving parts, no contact erosion, no setting, no contact bounce problems and no more arcing. The switching speed of semiconductor components

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elementen und ihre Ansprechzeit erlauben eine Lösung der geschilderten Probleme hinsichtlich der Funktionsgeschwindigkeit des Relais. Außerdem sichert die Zuverlässigkeit von Halbleiterbauelementen praktisch eine unbegrenzte Lebensdauer und ermöglicht das Funktionieren auch unter Bedingungen starker Stoßbeschleunigungen, Vibrationen und schwierigen Atmosphären .elements and their response time allow a solution to the described Function speed problems of the relay. In addition, the reliability of semiconductor components ensures a practically unlimited service life and enables it to function even under conditions of strong shock accelerations, vibrations and difficult atmospheres .

Andererseits weisen die bisher verwendeten elektronischen Relais einige Probleme auf. Das ist vorallem hinsichtlich der galvanischen Trennung von Eingangs- und Ausgangskreie der Fall, die ebenso extrem wichtig ist wie die galvanische Trennung bei elektromechanischen Relais. Die Verzerrung der Eingangssignale darf keinen Einfluß auf das Funktionieren oder die Betätigung des Relais haben. Bei gewissen meßtechnischen Anwendungen müssen elektronische Relais eine niedrige und präzise Einschalt- und AusschaltschwalIe mit geringem Umkehrniveau zwischen beiden aufweisen. Sie müssen kurzzeitig auftretende Überspannungen aushalten können, ohne dadurch zerstört zu werden. Diese Relais müssen zum Ansprechenkönnen auf schwache Signale ausgelegt sein, wie sie beispielsweise von integrierten Schaltungen stammen, so daß sie als Zwischenstufe zwischen logischen Schaltungen und leistungsverbrauchenden Schaltkreisen, wie z.B. Motoren, Heizwiderständen, Lampen und Elektroschiebern etc. dienen können. Darüberhinaus ist man, um die Entstehung parasitärer Hochfrequenzen zu verhindern, in gewissen Anwendungsfällen geneigt, ein Relais vorzusehen, dessen Anzug und Abfall nur beim Nulldurchgang des steuernden Wechselsignals erfolgt. Dieses Relais kann ebenso eine einfache und kompakte Form aufweisen, so daß es leicht befestigt oder in.eine Mehrzahl von klassischen Typen oder in ein auf gedruckte Schaltungskarten montiertes Modulsystem aufgenommen werden kann.On the other hand, the electronic relays used heretofore have had some problems. That is especially with regard to the galvanic separation of input and output circuits is the case, which is just as extremely important as the galvanic isolation in electromechanical relays. The distortion of the input signals must not have any influence on the functioning or operation of the relay. In certain metrological applications electronic relay a low and precise switch-on and switch-off threshold with a low reversal level between the two exhibit. They must be able to withstand brief overvoltages without being destroyed. These relays must be designed to respond to weak signals such as those from integrated circuits, so that they act as an intermediate stage between logic circuits and power-consuming circuits such as motors, Heating resistors, lamps and electric slides, etc. can serve. Furthermore, in order to prevent the development of parasitic high frequencies, one is inclined in certain applications, to provide a relay whose pick-up and drop-out occurs only when the controlling alternating signal crosses zero. This relay can also be of a simple and compact shape so that it can be easily fixed or inserted into a plurality of classic types or can be incorporated into a modular system mounted on printed circuit cards.

Die Erfindung betrifft somit ein elektronisches Relais zum SchaltenThe invention thus relates to an electronic relay for switching

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der Stromversorgung einer Last in Abhängigkeit von einem Eingangsgleich- oder -Wechselstromsignal.the power supply to a load as a function of a DC or AC input signal.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, verschiedene Typen elektronischer Relais anzugeben, die die geschilderten Anforderungen erfüllen. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß das Eingangssignal einem Regelschaltungsteil zugeführt ist, der mit einem von ihm erzeugten konstanten Strom nach Glättung der Stromwelligkeit einen Mittelfrequenzgenerator speistr wobei die Schaltelemente dieser Schaltungsteile den von dem Stromversorgungsteil durch ein die galvanische Trennung gewährleistendes Bauelement getrennten Steuerteil des elektronischen Relais bilden, daß das vom Mittelfrequenzgenerator erzeugte Signal nach der galvanischen Trennung einem Verstärker zugeführt ist und daß das Ausgangssignal des Verstärkers" den Schaltzustand eines bidirektionalen Bauelements bestimmt, der seinerseits die Stromversorgung der an die Ausgangsklemmen des elektronischen Relais angeschlossenen Last bestimmt.The object of the invention is to specify different types of electronic relays that meet the requirements outlined fulfill. According to the invention, this is achieved by that the input signal is fed to a control circuit part which has a constant current generated by it after smoothing the current ripple a medium frequency generator feeds the switching elements of these circuit parts from the power supply part by a component ensuring galvanic isolation, the control part of the electronic Relay form that the signal generated by the medium frequency generator after galvanic isolation an amplifier is supplied and that the output signal of the amplifier "den Determines the switching state of a bidirectional component, which in turn supplies power to the output terminals of the electronic relay connected load.

Die Erfindung wird nun anhand der in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.The invention will now be explained in more detail with reference to the exemplary embodiments shown in the figures of the drawing.

Fig. l zeigt in Form eines Blockschaltbildes die verschiedenen von einem elektronischen Relais nach der Erfindung er- < füllten Funktionen;Fig. 1 shows the various in the form of a block diagram functions fulfilled by an electronic relay according to the invention;

Fig. 2 zeigt im Detail die Schaltung eines elektronischen Relais nach der Erfindung? Fig. 2 shows in detail the circuit of an electronic relay according to the invention?

Fig. 3 zeigt den Eingangskreis eines auf Gleichstrom an sprechenden elektronischen Relais nach der Erfindung; Fig. 3 shows the input circuit of a direct current to speaking electronic relay according to the invention;

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Pig. 4 zeigt das detaillierte Schaltbild des Verstärkers und der Stromversorgung eines normalerweise bei Abwesenheit eines Steuersignals die Last versorgenden elektronischen Relais nach der Erfindung undPig. Fig. 4 shows the detailed circuit diagram of the amplifier and the power supply of a normally absent a control signal supplying the load electronic relay according to the invention and

Fig. 5 zeigt das Schaltbild des Verstärkers und die Stromversorgung eines elektronischen Relais nach der Erfindung, dessen Anzug und Abfall zum Zweck des Ansprechenlassens während des Nulldurchgangs des steuernden Signals synchronisiert sind.Fig. 5 shows the circuit diagram of the amplifier and the power supply an electronic relay according to the invention, its pick-up and drop-out for the purpose of making it respond are synchronized during the zero crossing of the controlling signal.

Fig. 1 zeigt schematisch die einzelnen Funktionen des elektronischen Relais nach der Erfindung. Wenn ein Signal an den Eingangsklemmen 1 und 2 des Relais auftritt, wird nach Gleichrichtung im Schaltungsteil 3 eine entsprechende Polarität an den Regelschaltungsteil 4 angelegt. Dieser versorgt die Oszillatorschaltung 5 unabhängig von der Amplitude des Eingangssignals mit konstantem Strom. Das von der Oszillatorschaltung gelieferte Signal wird zum Verstärker 7 unter Zwischenschaltung des Trenntransformators 6 weitergeleitet. Das Ausgangssignal des Verstärkers 7 steuert schließlich die Leistungsbauelernente des Ausgangsschaltungsteils 8, womit die Stromversorgung einer zwischen die Ausgangsklemmen 9 und 10 des Relais geschalteten Last ermöglicht wird.Fig. 1 shows schematically the individual functions of the electronic Relay according to the invention. When a signal appears on input terminals 1 and 2 of the relay, after rectification A corresponding polarity is applied to the control circuit part 4 in the circuit part 3. This supplies the oscillator circuit 5 regardless of the amplitude of the input signal with constant current. That from the oscillator circuit The signal supplied is passed on to the amplifier 7 with the isolating transformer 6 interposed. The output signal of the amplifier 7 finally controls the power components of the output circuit part 8, whereby the power supply is connected between the output terminals 9 and 10 of the relay Load is made possible.

Die Fig. 2 zeigt im Detail die bei einem Ausführungsbeispiel verwendeten Schaltungsteile, um die oben beschriebenen Funktionen zu erfüllen. Wenn ein Gleich- oder Wechselstromsignal an die Eingangsklemmen 11 und 12 angelegt wird, ist die Anordnung der von den Dioden 13, 14, 15 und 16 gebildeten ersten Gleichrichterbrücke derart, daß an der Klemme 17 der Gleichrichterbrücke immer ein Potential auftritt, dessen Wert höher ist als das Potential der Klemme 18. Vergleicht man allein diese beiden Potentiale unabhängig von ihrem Wert, so stellt FIG. 2 shows in detail the circuit parts used in an exemplary embodiment in order to fulfill the functions described above. If a direct or alternating current signal is applied to the input terminals 11 and 12, the arrangement of the first rectifier bridge formed by the diodes 13, 14, 15 and 16 is such that a potential whose value is higher always occurs at terminal 17 of the rectifier bridge than the potential of terminal 18. If one compares these two potentials alone, regardless of their value, then

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man fest, daß das positive Potential an der Klemme 17 und das negative an der Klemme 18 anliegt.one finds that the positive potential at terminal 17 and the negative is applied to terminal 18.

Diese beiden Potentiale ergeben die Vorspannung des Transistors 19 vom npn-Typ. Die Basis wird durch den Strom vorgespannt, der über die Widerstände 2o, 21, 22 und 23 fließt. Die Diode 25 ist derart der Serienschaltung der Widerstände 21, 22 und 23 parallelgeschaltet, daß die Basisvorspannung auf einem bestimmten Wert festgehalten wird.These two potentials result in the bias of the transistor 19 of the npn type. The base is biased by the current, which flows through the resistors 2o, 21, 22 and 23. The diode 25 is the series connection of the resistors 21, 22 and 23 connected in parallel that the base bias is held at a certain value.

Somit werden der Basisstrom und folglich auch der Emitter- und der Kollektorstrom konstant gehalten. Wenn die Spannung zwischen den Punkten 26 und 27 die Abbruchspannung der Z-Diode überschreitet, wird diese leitend und übernimmt die Rolle einer Stromableitung, so daß die zwischen den Punkten 26 und 27 auftretende Spannung vermindert wird und die Basisspannung des Transistors 19 auf den normalerweise für diesen Transistor vorgesehenen Wert zurückgenommen wird.Thus the base current and consequently also the emitter and the collector current kept constant. If the voltage between points 26 and 27 is the breakdown voltage of the Zener diode exceeds, this becomes conductive and takes on the role of a current dissipation, so that between the points 26 and 27 occurring voltage is reduced and the base voltage of the transistor 19 to the normal for this Transistor provided value is withdrawn.

Die Basisvorppannung bestimmt den über den Basis-Emitter-pn-Ubergang des Transistors 19 fließenden Strom, welcher Stromkreis sich über den Emitterwiderstand 24 wieder schließt und somit den Kollektorstrom bestimmt. Beim Widerstand 23 handelt es sich um einen Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten , womit die Auswirkungen von Umgebungstemperaturänderungen auf die Kennwerte des Transistors 19 kompensiert werden.The base bias voltage determines the over the base-emitter-pn-junction of the transistor 19 flowing current, which circuit closes again via the emitter resistor 24 and thus determines the collector current. The resistor 23 is a resistor with a negative temperature coefficient , so that the effects of ambient temperature changes on the characteristics of the transistor 19 are compensated.

Ebenso wie der Widerstandswert des Bauelements 23 sich vermindert, wenn die Temperatur steigt, werden die Widerstandsänderungen der anderen die Basisvorspannung des Transistors beeinflussenden Bauelemente kompensiert, so daß eine konstante Basisvorspannung aufrechterhalten wird.Just as the resistance of the component 23 decreases as the temperature rises, the changes in resistance of the other components affecting the base bias of the transistor are compensated for, so that a constant base bias is maintained.

Trotz der von den Dioden 13 _r 14, 15 und 16 gebildeten Gleich- Despite the _r of the diode 13 14, 15 and 16 formed DC

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richterbrücke erscheint an deren Ausgang noch eine gewisse Brummspannung, wenn das den Eingangsklemmen 11 und 12 zugeführte Signal ein Wechselsignal ist, und diese Brummspannung wird vom Transistor 19 verstärkt. Deswegen ist der Kollektor des Transistors 19 mit einem aus den Kondensatoren 28,· 29 und dem Widerstand 30 gebildeten Filter verbunden, das der Unterdrückung dieser Brummspannung dient. Wenn der Widerstand 30 den Kollektor-Lastwiderstand des Transistors bildet, schützt der Widerstand 31 den Transistor 19 und läßt einen gewissen Stromanteil für den Fall an ihm vorbeifließen, daß die Spannung zwischen Emitter und Kollektor einen Wert annimmt, der für den Transistor gefährlich werden könnte.Richter bridge still appears at the output of a certain ripple voltage when this is fed to the input terminals 11 and 12 Signal is an alternating signal, and this ripple voltage is amplified by transistor 19. That's why he is Collector of transistor 19 connected to a filter formed from capacitors 28, 29 and resistor 30, which serves to suppress this ripple voltage. When the resistor 30 increases the collector load resistance of the transistor forms, the resistor 31 protects the transistor 19 and allows a certain amount of current to flow past it in the event that that the voltage between emitter and collector assumes a value which could be dangerous for the transistor.

Nach Durchlaufen der Regelschaltung,, die dem-Schaltungsteil 4 nach Fig. 1 entspricht, steuert das vom Transistor 19 gelieferte Gleichstromsignal die Oszillatorschaltung, die in Fig. l durch den Schaltungsteil 5 wiedergegeben ist. Nach Fig. 2 wird dieser Schaltungsteil von den Kondensatoren 29 und 32, dem weiteren Transistor 33 vom npn-Typ und der Primärwicklung 34 des Transformators 35 gebildet. Diese verschiedenen Bauelemente sind so angeordnet, daß sie einen Oszillator bekannter Art bilden, nämlich offensichtlich einen Colpitts-Oszillator. Mit diesem Oszillatortyp läßt sich die Anzahl der Bauelemente auf ein Minimum reduzieren, und er weist nur eine Regelmöglichkeit auf, um die Oszillatorfrequenz in einem gewissen Bereich zu beeinflussen.After going through the control circuit, the circuit part 4 corresponds to FIG. 1, the direct current signal supplied by transistor 19 controls the oscillator circuit shown in Fig. 1 is reproduced by the circuit part 5. According to Fig. 2, this circuit part of the capacitors 29 and 32, the further transistor 33 of the npn type and the primary winding 34 of the transformer 35 are formed. These different Components are arranged to form an oscillator of a known type, apparently a Colpitts oscillator. This type of oscillator minimizes the number of components and only has one Control option to influence the oscillator frequency in a certain range.

Die den Oszillator bildenden Bauelemente können folgende beispielsweisen Werte aufweisen:The components forming the oscillator can be as follows Have values:

Kondensator 29 : 1 ,uF Kondensator 32 : 0,1 ,uFCapacitor 29: 1, uF Capacitor 32: 0.1, uF

Induktivität der Primärwicklung 34: 20 mH Transistor 33 : BC 171 A (ITT)Inductance of the primary winding 34: 20 mH Transistor 33: BC 171 A (ITT)

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-8·-8th·

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Ein solcher Oszillator liefert eine Oszillatorfrequenz von 5 kHz.Such an oscillator delivers an oscillator frequency of 5 kHz.

An dieser Stelle sei bemerkt, daß das Eingangssignal nun in ein Wechselsignal geeigneter Frequenz umgewandelt ist. Dies ermöglicht eine Übertragung ohne jede galvanische Verbindung zu den übrigen Schaltungsteilen, die nun beschrieben werden sollen, wobei die übertragung durch Zwischenschaltung der Sekundärwicklung 36 des Transformators 34 vorgenommen wird.At this point it should be noted that the input signal has now been converted into an alternating signal of a suitable frequency. this enables transmission without any galvanic connection to the other circuit parts which will now be described should, the transmission being carried out by interposing the secondary winding 36 of the transformer 34.

Ferner sei bemerkt, daß die Last 37 im allgemeinen durch eine ψ Wechselstromversorgung von Netzfrequenz, beispielsweise von 50 oder 60 Hz, gespeist wird, während die Frequenz der an der Sekundärwicklung 36 auftretenden Spannung etwa 5 kHz beträgt, d.h. daß diese Frequenz ungefähr 100 mal größer ist als diejenige der die Last 37 versorgenden Stromversorgung. Further, the load 37, in general by a ψ AC power supply of mains frequency, for example of 50 or 60 Hz, is fed, while the frequency of the voltage appearing at the secondary winding 36 is about 5 kHz should be noted, that is, that this frequency is approximately 100 times greater is than that of the power supply supplying the load 37.

Unter der Voraussetzung, daß im Moment, in dem das Gitter 38 ein Signal positiver Polarität erhält, die Halbwelle des Netzwechselstroms an der Klemme 3 9 eine positive ist, wird die Anode des gesteuerten Gleichrichters 40 genau zu diesem Zeitpunkt im Vergleich zur Kathode über die Diode 41 der zweiten Gleichrichterbrücke positiv vorgespannt, zu der außerdem die ik Dioden 42, 43 und 44 gehören» Die Zündbedingungen sind somit erfüllt, und der'gesteuerte Gleichrichter 40 wird eingeschaltet. Er bleibt solange unabhängig von den im weiteren Verlauf dieses Zeitintervalls an das Gitter 38 angelegten Signalen im leitenden Zustand, wie die Anode positiv bezüglich der Kathode ist. Der leitende Zustand des gesteuerten Gleichrichters 40 schaltet das Bauelement 45 in den leitenden Zustand, das die Rolle eines symmetrischen gesteuerten Unterbrechers spielt. Ein solches Element ist unter dem Namen Triac oder bidirektionaler Thyristor bekannt.Provided that at the moment in which the grid 38 receives a signal of positive polarity, the half-wave of the mains alternating current at terminal 3 9 is a positive, the anode of the controlled rectifier 40 is precisely at this point in time compared to the cathode via the diode 41 of the second rectifier bridge, to which also the ik diodes 42, 43 and 44 belong »The ignition conditions are thus fulfilled, and the controlled rectifier 40 is switched on. It remains conductive as long as this is independent of the signals applied to the grid 38 in the further course of this time interval State how the anode is positive with respect to the cathode. The conductive state of the controlled rectifier 40 switches the component 45 in the conductive state, which plays the role of a symmetrical controlled breaker. One such Element is known under the name triac or bidirectional thyristor.

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Während der gesteuerte Gleichrichter 40 noch im leitenden Zustand ist_f gelangt die positive Spannung der an der Klemme 39 auftretenden Halbwelle über die Diode 41 der Gleichrichterbrücke, den gesteuerten Gleichrichter 40 „ den Widerstand 47 und die Diode 43 der Gleichrichterbrücke auch an das Gitter 46 des Triacs 45. Die obere Hauptelektrode des Triacs ist ebenfalls positiv bezüglich seiner unteren Hauptelektrode, und der Triac wird leitend, so daß die Last 37 nun zwischen den Klemmen 39 und 43 in Serie mit dem Triac 45 geschaltet ist und mit Strom versorgt wird_r wobei die Klemme 48 mit der Stromversorgung von Netzfrequenz verbunden ist»While the controlled rectifier 40 is still in the conductive state _f the positive voltage of the half-wave occurring at the terminal 39 reaches the grid 46 of the triac via the diode 41 of the rectifier bridge, the controlled rectifier 40, the resistor 47 and the diode 43 of the rectifier bridge 45. The upper main electrode of the triac is also positive with respect to its lower main electrode, and the triac becomes conductive so that the load 37 is now connected in series with the triac 45 between the terminals 39 and 43 and is supplied with current _r the terminal 48 is connected to the power supply from mains frequency »

Während der Triac im leitenden Zustand ist» bildet ©r einen Kurzschluß für die anderen Bauelemente und insbesondere für den gesteuerten Gleichrichter 14, der dann gesperrt ^ird.While the triac is in the conductive state, © r forms one Short circuit for the other components and in particular for the controlled rectifier 14, which is then blocked ^ ird.

Genau in dem Moment, in dem der in der Last fließende Ver~ sorgungsstrom seine Richtung ändert, sind die Ausgangsklemmen 39 und 48 auf gleichem Pot@ra.tial, so daß zwischen d©n ■ Hauptanschlüssen das Triacs 45 keine Pofcential&ifferena mehr besteht» Somit hört dieser su leiten. auf_o In folgenden Zeitpunkt jedoch erscheint an der. Klemme 39 ein negatives Potential, das dem Beginn der negativen Halbwell® entspricht, während an der Klemme 48 ein positives Potential auftritt»Exactly at the moment in which the supply current flowing in the load changes its direction, the output terminals 39 and 48 are on the same pot @ r.tial, so that the triacs 45 no longer exists between the main connections hears this su guide. on _o In the following time, however, appears on the. Terminal 39 has a negative potential that corresponds to the beginning of the negative Halbwell®, while terminal 48 has a positive potential »

Die Anode des gesteuerten Gleichrichters 40 istsomit dem positiven Potential der Klemme 48 über die Diod® 44 der zweiten Gleichrichterbrücke, das Gitter 4β und den bi- . direktionalen übergang des Triacs 45 verbunden. Die Kathode des gesteuerten Gleichrichters 40 wird durch das negative Potential der Klemme 39 und dia Diode 42 der zweiten Oleichrichterbrücke über den Widerstand 47 vorgespannteThe anode of the controlled rectifier 40 is thus the positive potential of terminal 48 via the Diod® 44 of the second rectifier bridge, the grid 4β and the bi-. directional transition of the triac 45 connected. The cathode of the controlled rectifier 40 is through the negative potential of the terminal 39 and the diode 42 of the second rectifier bridge biased across the resistor 47

Zwei Fälle können nun eintreten« Entweder as tritt kein SignalTwo cases can now arise «Either there is no signal

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mehr am Eingang des Relais auf oder es ist noch ein Signal vorhanden. Im ersteren Fall schwingt die Oszillatorschaltung nicht mehr, und es tritt am Gitter 38 des gesteuerten Gleichrichters 40 kein Potential mehr auf. Dieser bleibt somit gesperrt und verhindert den S.tromfluß_f der, in das Gitter 46 eingeprägt, den Triac 45 in den leitenden Zustand bringt. Auf diese Weise hört die Last 37 auf versorgt zu sein, und man erkennt, daß dieses Abschalten der Stromversorgung zu einem Zeitpunkt geschieht, der sehr nahe dem Äugenblick ist, wo der Versorgungsstrom durch Null geht»more at the input of the relay or there is still a signal. In the first case, the oscillator circuit no longer oscillates and there is no longer any potential at the grid 38 of the controlled rectifier 40. This thus remains blocked and prevents the flow of current _f which, impressed in the grid 46, brings the triac 45 into the conductive state. In this way the load 37 ceases to be supplied, and it can be seen that this disconnection of the power supply occurs at a point in time which is very close to the moment when the supply current passes through zero »

Wenn andererseits ein Steuersignal an den Eingangsklemmein 11 und 12 des elektronischen Relais dauernd anliegt, so treten in der Sekundärwicklung 36 dauernd induzierte Spannungen auf, so daß ein Signal am Gitter 38 liegt. Der gesteuerte Gleichrichter 40 wird von neuem leitend und läßt in das Gitter 46 und den bidirektionalen übergang des Triacs 45 einen Strom fließen. Der Triac gelangt dann von neuem In den leitenden Zustand? wenn jedoch die Polaritäten an dea Ausgangsklemmen 39 und 48 gegenüber dem oben geschilderten Fall invers sind, dreht sich die Stromrichtung im Triac 45 ebenfalls um.On the other hand, if a control signal is applied to the input terminal 11 and 12 of the electronic relay is continuously applied, then in the secondary winding 36 continuously induced Voltages so that a signal is applied to the grid 38. The controlled rectifier 40 is again conductive and leaves A current can flow into the grid 46 and the bidirectional transition of the triac 45. The triac then comes in again the conductive state? However, if the polarities at the output terminals 39 and 48 are opposite to that described above If they are inverse, the current direction in the triac 45 rotates also around.

Somit wird die Last 37 aufgrund des bidirektionalen Leistungs» bauelemente, des Triacs 45, dessen Umschalten mit der Frequenz des Versorgungsstroms solange erfolgt, wie ein Steuersignal an den Eingangsklemmen des Relais anliegt, von einem Wechselstrom gespeist, der mit dem Netsversorgungsstrom identisch ist.Thus, the load 37 is due to the bidirectional power » components, of the triac 45, the switching of which takes place at the frequency of the supply current as long as a control signal is applied to the input terminals of the relay, fed by an alternating current that is connected to the mains supply current is identical.

Der Varistor 49 dient dem Schutz gegen Überspannungen. Wenn nämlich die Spannung an seinen Klemmen plötzlich zu groß wird, so kann dies für den Fall, daß durch.ein zufälliges Ereignis die an den Klemmen 39 und 48 liegende VersorgungsspannungThe varistor 49 serves to protect against overvoltages. if namely the voltage at its terminals suddenly becomes too high, this can be the case in the event that a random event the supply voltage applied to terminals 39 and 48

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sich kurzzeitig vergrößert, dazu führen, daß der Varistor 49 leitend wird und einen Strom zum Gitter 46 des Triacs fließen läßt. Dieser gelangt somit vorübergehend in den leitenden Zustand und vernichtet somit die Oberspannung. Dieses Phänomen hat nur Übergangscharakter und keinen Ein- *" fluß auf die Last 37 wegen ihrer Trägheit.increases briefly, lead to the fact that the varistor 49 becomes conductive and a current to the grid 46 of the triac lets flow. This temporarily enters the conductive state and thus destroys the high voltage. This phenomenon is only of a transitional character and not an * " flow on the load 37 because of its inertia.

Die Verwendung des Widerstandes 50 und des Kondensators 51 an den Klemmen des Triacs 45 unterdrückt Selbstinduktionseffekte, die beispielsweise aufgrund von Schließungs- oder Öffnungszusatzströmen auftreten, wenn die Last aufhört versorgt zu werden oder eingeschaltet wird, und ebenso genügend schnelle Spannungsänderungen, die die Grenzwerte des Triacs überschreiten und«ihn zerstören können.The use of the resistor 50 and the capacitor 51 at the terminals of the triac 45 suppresses self-induction effects, for example due to closing or Opening supplemental currents occur when the load ceases to be powered or is turned on, and sufficient as well rapid voltage changes that exceed the limit values of the triac and «can destroy it.

Das eben beschriebene elektronische Relais kann als Universalrelais betrachtet werden. Es läßt nämlich an seinen Eingangsklemmen 11 und 12 sowohl Wechsel- als auch Gleichsignale zu. Um dies zu erreichen, muß man Bauelemente zulassen, die nur bei Anwesenheit von Eingangswechselsignalen ausgenutzt werden. Dies ist beispielsweise bei der aus den Dioden 13, 14, 15 und 16 bestehenden Gleichrichterbrücke der Fall. Ebenso ist der aus dem Filter (Bauelemente 28, 29, 30), dem Transistor 19 und den seiner Vorspannungserzeugung und seinem Schutz dienenden Bauelementen bestehende Regelschaltungsteil nur bei Wechseleingangssignalen nötig, die in einem beträchtlichen Amplitudenbereich auftreten können. Für den Fall, daß die Eingangssignale ausschließlich Gleichstromsignale sind oder solche von Rechteckform und in einem Amplitudenbereich von beispielsweise einigen Volt bis einigen 10 V liegen, ist es möglich, ein Relais vorzusehen, das nicht universeller Art ist, jedoch den Vorteil einfacherer Eingangsschaltungen aufweist. The electronic relay just described can be used as a universal relay to be viewed as. Namely, it allows both AC and DC signals at its input terminals 11 and 12. To achieve this, one must allow components that are only used in the presence of input change signals. This is the case, for example, with the rectifier bridge consisting of diodes 13, 14, 15 and 16. Likewise is that of the filter (components 28, 29, 30), the transistor 19 and that of its bias generation and protection Serving components existing control circuit part only necessary for change input signals, which in a considerable Amplitude range can occur. In the event that the input signals are exclusively direct current signals or those of rectangular shape and in an amplitude range of, for example, a few volts to a few tens of volts, it is possible to provide a relay which is not universal but has the advantage of simpler input circuits.

Eine solche Schaltung ist in Fig. 3 gezeigt, wobei selbst-Such a circuit is shown in Fig. 3, with self-

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S.jyLarchiat et al 1-1-1S.jyLarchiat et al 1-1-1

verständlich diejenigen Schaltungsteile, die sich bezüglich der Fig. 2 rechts von der Sekundärwicklung 36 befinden, bei diesem vereinfachten Relais identisch bleiben. Wenn ein Eingangssignal an die Klemmen 52 und 53 wegen der vorhandenen Diode 54 mit positiver Polarität an der Klemme 52 angelegt wird, fließt ein Strom zwischen den Klemmen 52 und 53 über die Diode 54 und den Widerstand 55. Dies veranlaßt im mit demjenigen von Fig. 2 identischen Oszillator Schwingungen, der von der Primärwicklung des Transformators, den Kondensatoren 56, 57 und dem Transistor 58 gebildet wird. Für den ^ Fall, daß das Relais auf andere Eingangsspannungen ansprechen soll, kann der Widerstandswert des Widerstandes 55 modifiziert werden. Somit handelt es sich um ein elektronisches Relais nach der*Erfindung.understandable those circuit parts that relate to 2 are located to the right of the secondary winding 36, remain identical in this simplified relay. When an input signal to the terminals 52 and 53 because of the presence of the diode 54 with positive polarity applied to the terminal 52 is, a current flows between the terminals 52 and 53 via the diode 54 and the resistor 55. This causes im with that of Fig. 2 identical oscillator oscillations generated by the primary winding of the transformer, the capacitors 56, 57 and transistor 58 is formed. In the event that the relay respond to other input voltages should, the resistance of the resistor 55 can be modified. It is therefore an electronic relay after the * invention.

Die galvanische Trennung zwischen Steuerteil und Leistungsteil geschieht, wie festgestellt werden kann, mittels eines Transformators und mittels der Erzeugung von Schwingungen. Es ist klar, daß dieses Merkmal der Erfindung keinen einschränkenden Charakter aufweist und daß man genau so gut eine Steuerung des Triacs mittels eines Relais mit in einer dichten Umhüllung untergebrachten Kontakten oder mittels einer optoelektronischen Anordnung ausführen könnte, wie dies allgemein bekannt ist.The galvanic separation between the control part and the power part is done, as can be seen, by means of a transformer and by generating vibrations. It is clear that this feature of the invention is not limiting Has character and that you can just as easily control the triac by means of a relay with in a tight cover housed contacts or could perform by means of an optoelectronic arrangement, as is generally known.

Beim elektronischen Relais nach Fig. 2 wird der Triac 45 leitend, d.h. die Last 37 wird mit Strom versorgt, wenn ein Signal an den Klemmen 11 und 12 des Relais anliegt. Man kann auch sagen, daß dieses elektronische Relais in Ruhestellung oder anders ausgedrückt ohne Eingangssignal nicht arbeitet und die Last ohne Stromversorgung ist. Mit anderen Worten ist die Ausgangsschaltung in Ruhestellung normalerweise offen.In the electronic relay according to Fig. 2, the triac 45 is conductive, i.e. the load 37 is supplied with current when a Signal is applied to terminals 11 and 12 of the relay. One can also say that this electronic relay is in the rest position in other words, does not work with no input signal and the load is without power. In other words it is Output circuit normally open in rest position.

Andererseits führen Schaltungsbedürfnisse zur Verwirklichung eines elektronischen Relais, dessen Ausgangskreis im RuhesustandOn the other hand, circuit needs lead to realization an electronic relay whose output circuit is in the idle state

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S.ttarchiat et al 1-1-1S.ttarchiat et al 1-1-1

normalerweise derart geschlossen, ist, daß die Stromversorgung der Last bei Abwesenheit von Eingangssignalen gewährleistet ist, während die Stromversorgung unterbrochen wird, wenn Steuersignale an den Eingangsklemmen des elektronischen Relais erscheinen. Ein solches Relais ist im einzelnen in Fig.4 gezeigt, wobei die nach Fig. 2 links von der Sekundärwicklung 36 des Transformators liegenden Schaltungsteile identisch mit denen von Fig. 2 sind und in Fig. 4 der Einfachheit halber deshalb weggelassen sind.normally closed in such a way that the power supply the load is guaranteed in the absence of input signals, while the power supply is interrupted when Control signals appear at the input terminals of the electronic relay. Such a relay is shown in detail in FIG 2, the circuit parts lying to the left of the secondary winding 36 of the transformer are identical to are those of FIG. 2 and are therefore omitted from FIG. 4 for the sake of simplicity.

In Ruhestellung des elektronischen Relais liegt an den Eingangsklemmen kein Signal, der Oszillator nach Fig. 2 arbeitet nicht,und in der Sekundärwicklung 36 wird demzufolge keine Stromänderung induziert. Die Basis des Transistors 59 ist daher nicht vorgespannt, so daß dieser Transistor keinen Strom zieht. Gleichzeitig liegt an den Ausgangsklemmen 60 und 61 die Wechselstromversorgung von Netzfrequenz, die die Last 62 speist. Ebenso wie es bei der Beschreibung der Fig. 2 gezeigt wurde, liegt die Anode des gesteuerten Gleichrichters 63 an positivem Potential und zwar über die Diode 64, wenn die positive Halbwelle an der Klemme 6o liegt, und über die Diode 65 und den leitenden übergang des bidirektionalen Triacs 66, wenn die positive Halbwelle an der Klemme 61 liegt. Auf dieselbe Weise wird die Kathode des gesteuerten Gleichrichters 63 negativ über den Widerstand 67 und die Diode 68 oder über den Widerstand 67, die Diode 69 und den leitenden übergang des bidirektionalen Triacs 66 vorgespannt, je nach dem ob die negative Halbwelle an der Klemme 6ο oder 61 anliegt.When the electronic relay is in the rest position, it is applied to the input terminals no signal, the oscillator according to FIG. 2 does not work, and consequently none in the secondary winding 36 Induced current change. The base of transistor 59 is therefore not biased so that this transistor does not have any current pulls. At the same time, the output terminals 60 and 61 receive the AC power supply at mains frequency, which the load 62 feeds. As was shown in the description of FIG. 2, the anode of the controlled rectifier 63 is applied positive potential via the diode 64 when the positive half-wave is at the terminal 6o, and via the diode 65 and the conductive transition of the bidirectional triac 66 when the positive half-wave is applied to the terminal 61. On the same Way, the cathode of the controlled rectifier 63 is negative via the resistor 67 and the diode 68 or via the Resistor 67, the diode 69 and the conductive junction of the bidirectional Triacs 66 preloaded, depending on whether the negative half-wave is applied to terminal 6ο or 61.

Nach jedem Nulldurchgang der an den Klemmen 60 und 61 anliegenden sinusförmigen Stromversorgung wird der gesteuerte Gleichrichter 63 von neuem eingeschaltet, da ja seLne Anode positiv bezüglLch der Kathode wird, wobei das GLtter 70 ebenEaLIs positiv über den Widerstand 71 und den gemeinsamen Verblnduiuja-The controlled rectifier is activated after each zero crossing of the sinusoidal power supply applied to terminals 60 and 61 63 switched on again, since the anode is positive with respect to the cathode, the GLtter 70 evenly positive about the resistance 71 and the common Verblnduiuja-

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S.Marchiat et al i-1-1S.Marchiat et al i-1-1

punkt der Kathoden der Dioden 64 und 65 vorgespannt ist. Im Gitterkreis befindet sich äußerem die Z-Diode 74, die derart geschaltet ist, daß sie in Sperrichtung vorgespannt ist. Wenn die an die Klemmen angelegte Sperrspannung die Abbruchspannung übersteigt, befindet sich die Z-Diode 74 in leitendem Zustand. Daher fließt der Strom immer vom Anfang jeder Halbwelle an zum übergang des bidirektionalen Tria'cs 66 über sein Gitter 67, so daß der Triac einen Stromfluß ohne Gleichrichtung des die Last 62 versorgenden Wechselstroms ermöglicht. Somit ist diese bei Abwesenheit eines Eingangssignals des elektronischen Relais dauernd mit Strom versorgt. point of the cathodes of diodes 64 and 65 is biased. In the grid circle there is the Zener diode 74 on the outside, the is connected such that it is biased in the reverse direction. If the reverse voltage applied to the terminals exceeds the Exceeds the breakdown voltage, the Zener diode 74 is in the conductive state. Therefore, the current always flows from the beginning each half-wave to the transition of the bidirectional triac 66 over its grid 67, so that the triac a current flow without Rectification of the alternating current supplying the load 62 enables. Thus, in the absence of an input signal from the electronic relay, it is continuously supplied with power.

Im Gegensatz hierzu tritt der Oszillator vom Zeitpunkt des Erscheinens eines Eingangssignals an so in Funktion, wie es bei der Erläuterung der Schaltung nach Fig. 2 oben beschrieben wurde, und es werden Stromänderungen in der Sekundärwicklung 36 ^f" induziert. Die Diode 72 ist in der Vorspannungsschaltung der Basis des Transistors 59 derart angeordnet, daß sie nicht von bezüglich des Emitters negativen Spannungen beeinflußt wird, was eintritt, wenn die Potentialdifferenz an den Sekundärwicklungsenden momentan und für die Dauer einer Halbwelle die obere Wicklungshälfte negativ bezüglich der unteren macht. Die die obere Wick^-ungshälfte positiv machenden Halbwellen spannen die Basis des Transistors 59 derart vor, daß er entsperrt wird. Der Kondensator 73 lädt sich während dieser Halbwellen auf und entlädt teilweise während der von der Diode 72 gesperrten Halbwellen, wodurch die durch die Form der Basisvorspannung gegebenen und die Schwingung vermindernden "Löcher" kompensiert werden.In contrast to this, the oscillator starts to function from the time an input signal appears, as was described above in the explanation of the circuit according to FIG. 2, and current changes are induced ^{in the secondary winding 36 f "} Bias circuit of the base of the transistor 59 is arranged so that it is not influenced by voltages negative with respect to the emitter, which occurs when the potential difference at the secondary winding ends momentarily and for the duration of a half cycle makes the upper winding half negative with respect to the lower one Half-waves making positive half-waves bias the base of transistor 59 in such a way that it is unblocked. Capacitor 73 charges during these half-waves and partially discharges during the half-waves blocked by diode 72 the vibration-reducing "holes" are compensated.

Wenn der Transintor 59 entsperrt ist, befindet sich dessen KmLtter auf dem KathodenpotentLaL des gesteuerten Gleichrichter:« 6). Der dann über den WLderstand 71 fLLaßendö EmLtter-KoLLektor ·If the Transintor 59 is unlocked, its KmLtter on the cathode potential of the controlled rectifier: « 6). The then over the forest stand 71 fLaßendö EmLtter-KoLLektor ·

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_ 1 It_ 1 It

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Strom bringt die Kathode der Ε-Diode 74 auf ein sehr nahe dem des Emitters des Transistors 5 9 und somit auch nahe dem der Kathode des gesteuerten Gleichrichters liegendes Potential» Die Spannung an den Klemmen, der 2»Diode 74 ist dann niedriger als die Abbruchspannung _r so daß die Z-Diode 74 gesperrt wird und auch das Gitter 70 sperrt«"Vom Ende jeder Halbwelle an im Augenblick des Nulldiarchgangs der sinusförmigen die Last 62 versorgenden Stromversorgung wird die Anoden-Kathoden-Spannung des gesteuerten Gleichrichters 63 ebenfalls zn null und dieser sperrt. Die Vorspannung des Gitters 67 des Triacs 66 kann nicht mehr aufrechterhalten v/erden _s wie dies' über den gesteuerten Gleichrichter 63 und die Dioden 64 und SS gewährleistet wäre, wenn die positive Halbwelle . - ■" der Ausgangsklemme 6o an den Dioden 65 und 68 liegt, da die positive Halbwelle an der Ausgangsklemme 61 liegt. Der Triac ββ wird somit gesperrt und die Last 62 nicht mehr mit Strom versorgt.Current brings the cathode of the Ε diode 74 to a very close to that of the emitter of the transistor 59 and thus also close to the potential of the cathode of the controlled rectifier. The voltage at the terminals of the 2 »diode 74 is then lower than the breakdown voltage _r so that the Zener diode 74 is blocked and the grid 70 also blocks «" From the end of each half-wave at the moment of the zero transition of the sinusoidal power supply supplying the load 62, the anode-cathode voltage of the controlled rectifier 63 is also zn zero and this . locks the bias voltage of the grid 67 of the triac 66 can no longer maintain v / ground _s as would be ensured by the controlled rectifier 63 and diodes 64 and SS 'when the positive half-wave -. ■ "the output terminal 6o at the diodes 65 and 68 is because the positive half-wave is at the output terminal 61. The triac ββ is thus blocked and the load 62 is no longer supplied with current.

Dieser Zustand kann solange aufrechterhalten werden, wie ein Steuersignal an den Eingangsklemmen des elektronischen Relais vorhanden ist. Wenn dieses Signal verscimindet, hört der Oszillator auf zu schwingen,. und es werden in der Sekundärwicklung 36 keine Spannungen mehr induziert. Die Basisvorspannung des Transistors 59 verschwindet demzufolge, und der Transietor sperrt. Wenn die Halbwelle an den Klemmen 6o und 61 eine ausreichende Amplitude erreicht, wird der gesteuerte Gleichrichter 63 von neuem vorgespannt _f wie dies zu Beginn der Erläuterung der Fig. 4 angegeben ist _t xsaä schaltet ein, wobei ebenso ein Signal an das Gitter des Triacs 66 angelegt wird» Dieser wird somit leitend und speist die Last 62. Der Kondensator 75 und der Widerstand 76 haben denselben Zweck des Schutzes gegen plötzliche Spannungsänderungen wie der Kondensator 51 und der Widerstand 50 nach Fig_o 2 This state can be maintained as long as a control signal is present at the input terminals of the electronic relay. When this signal diminishes, the oscillator stops oscillating. and no more voltages are induced in the secondary winding 36. The base bias of transistor 59 disappears as a result , and the transistor blocks. When the half-wave at the terminals 6o and 61 reaches a sufficient amplitude, the controlled rectifier is biased 63 again _f as the beginning of the explanation of FIG. 4 is indicated _t xsaä switches, wherein also a signal to the gate of the triac 66 is applied "This is therefore conductive and supplies the load 62. the capacitor 75 and the resistor 76 have the same purpose of protecting against sudden changes in voltage as the capacitor 51 and the resistor 50 of Figure 2 _o

BsIm eben beschriebenen elektronischen Relais tritt der MomentThe moment comes in the electronic relay just described

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des Versorgungsbeginns der Last niemals zu dem Zeitpunkt auf, in dem der sinusförmige Versorgungsstrom durch Null geht, da ja eine gewisse Spannungsdifferenz an den Klemmen des gesteuerten Gleichrichters zur Einschaltung des Triacs überschritten werden muß. Andererseits'ist es bei einigen Anwendungsfällen, wie beispielsweise bei der Lampenbeleuchtung von Interesse, die Einschaltung der Last oder deren Abschaltung im Zeitpunkt des Nulldurchgangs des sinusförmigen Versorgungsstroms vorzunehmen, Man verhindert damit hochfre- ^ quente Störungen, die beim Schalten während eines anderen Zeitpunktes der sinusförmigen Schwingung auftreten könnten.the start of supply of the load never occurs at the time in which the sinusoidal supply current goes through zero, because a certain voltage difference is exceeded at the terminals of the controlled rectifier for switching on the triac must become. On the other hand, it is in some applications, such as lamp lighting of interest, the switching on of the load or its switching off at the time of the zero crossing of the sinusoidal Make supply current, one prevents high-frequency disturbances that occur when switching during another Time of the sinusoidal oscillation could occur.

In Fig. 5 ist die Schaltung eines synchronisierten elektronischen Relais gezeigt, das eine solche Funktion zu erfüllen gestattet, wobei selbstverständlich die nach der Figur links von der Sekundärwicklung 36 liegenden Schaltungsteile identisch mit denen der Fig. 2 sind.In Fig. 5, the circuit of a synchronized electronic relay is shown to perform such a function permitted, with the circuit parts lying to the left of the secondary winding 36 according to the figure are identical to those of FIG.

Solange an den Eingangsklemmen des Relais kein Signal anliegt, wird in der Sekundärwicklung 36,wie gezeigt,auch keine Spannung induziert. Während dieser Zeit lädt sich der ψ Kondensator 77 durch den an die Klemmen 79 und 8O*über die Diode 81, die Widerstände 82 und 83, die Diode 84 und den übergang des bidirektionalen Triacs 85/angelegten Versorgungsstrom der Last 78jauf, wenn die positive Halbwelle an der Ausgangsklemme 80 liegt. Die Höhe der Klemmenspannung des Kondensators 77 wird von der Spannung der Stromversorgung der Last, von dem durch die Widerstände 82 und 88 gebildeten Spannungsteiler und von einer den Klemmen des Kondensators 77 zugeordneten und aus der Basis-Emitter-Strecke des Transistors 89 in Serie mit den Widerständen 90 und 91 bestehenden Ableitschaltung bestimmt.As long as there is no signal at the input terminals of the relay, no voltage is induced in the secondary winding 36, as shown. During this time the ψ capacitor 77 is charged by the supply current of the load 78j applied to the terminals 79 and 8O * via the diode 81, the resistors 82 and 83, the diode 84 and the transition of the bidirectional triac 85 / when the positive half-cycle is at the output terminal 80. The level of the terminal voltage of the capacitor 77 is determined by the voltage of the power supply of the load, by the voltage divider formed by the resistors 82 and 88 and by one of the terminals of the capacitor 77 and from the base-emitter path of the transistor 89 in series with the Resistors 90 and 91 existing bypass circuit determined.

Gleichzeitig wird die Basis des Transistors 89 jedesmal, wennAt the same time, the base of transistor 89 becomes every time

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die an der Klemme 79 oder 80 anliegende positive Halbwelle eine in der Nähe von Null ausreichende Amplitude aufweist, positiv vorgespannt,, und ein Basis-Emitter-Strom fließt von der Klemme 79 (oder 80 in Abhängigkeit von der Art der Halbwelle) über die Diode 81 (oder 86),' den Widerstand 82, die Basis-Emitter-Strecke des Transistors 89, die Widerstände 90, 91 und 83 sowie die Diode 84 (oder 87). Der Transistor 89 wird daher fast während der gesamten Dauer der Halbwelle entsperrt. Wenn andererseits die Halbwellen einen Wert sehr nahe bei Null während des Übergangs von der einen Halbwelle in die andere erreichen, geht die Potentialdifferenz zwischen den Klemmen 79 und 80 schließlich .gegen null, so daß die Spannung zwischen Emitter und Basis des Transistors 89 nicht mehr ausreicht und der Transistor während dieses kurzen Augenblicks gesperrt wird.the positive half-wave applied to terminal 79 or 80 has a sufficient amplitude close to zero, positively biased, and a base-emitter current flows from the terminal 79 (or 80 depending on the type of half-wave) via the diode 81 (or 86), 'the resistor 82, the Base-emitter path of the transistor 89, the resistors 90, 91 and 83 and the diode 84 (or 87). The transistor 89 is therefore unlocked for almost the entire duration of the half-wave. On the other hand, if the half-waves are very close to a value reach zero during the transition from one half-wave to the other, the potential difference between the Terminals 79 and 80 finally. Towards zero, so that the voltage between emitter and base of transistor 89 is no longer sufficient and the transistor during this brief moment is blocked.

Setzt man jetzt das Auftreten eines Eingangssignals des elektronischen Relais voraus, so bewirkt dieses Signal wie gezeigt Stromänderungen an den Klemmen der Sekundärwicklung 36. Wenn in diesem Augenblick die Halbwelle des versorgenden StromesIf one now assumes the occurrence of an input signal of the electronic Relay ahead, this signal causes current changes at the terminals of the secondary winding 36 as shown. If at this moment the half-wave of the supplying current

von,from,

einen ausreichenden Amplitudenwert, nämlich einen/Tiull verschiedenen Wert annimmt, wird der Transistor 89 wie gezeigt entsperrt, so daß er die Sekundärwicklung 36 kurzschließt und die Stromänderungen sich über den Widerstand 92 und die Emitter-Kollektor-Strecke schließen. Dies bleibt solange, wie die Amplitude der sinusförmigen Stromversorgung den Transistor 89 entsperrt hält.a sufficient amplitude value, namely a value different from / Tiull Assumes value, the transistor 89 is unlocked as shown so that it shorts the secondary winding 36 and the current changes are via the resistor 92 and the emitter-collector path conclude. This remains as long as the amplitude of the sinusoidal power supply drives transistor 89 keeps unlocked.

Wenn die sinusförmige Spannung einen Wert in der Nähe von Null erreicht, beginnt, wie gezeigt, der Transistor 89 zu sperren. Gleichzeitig entlädt sich der Kondensator 77 über den Widerstand 88, bis seine Klemmen ein Potential schwach unterhalb der Basis-Emitter-Schwellspannung des Transistors 89 erreichen. Wenn die Spannung an den Klemmen des Kondensators 77 diesen When the sinusoidal voltage reaches a value in the vicinity of zero, the transistor 89 begins to block, as shown. At the same time, the capacitor 77 discharges through the resistor 88 until its terminals reach a potential slightly below the base-emitter threshold voltage of the transistor 89. When the voltage at the terminals of the capacitor 77 this

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Wert erreicht, wird der Transistor 89 gesperrt. Man erkennt, daß der Kondensator 77 die Rolle eines Verzögerungselements spielt, das den Sperraugenblick des Transistors 89 genauer festzulegen gestattet. In diesem Moment, während das Eingangssignal des Relais immer noch anliegt, treten in der Sekundärwicklung 36 dauernd induzierte Spannungen auf. Wenn der durch den Transistor 89 bewirkte Kurzschluß nicht mehr existiert, ist die Basis des Transistors 89 bei jeder Stromvariation, die das obere Ende der Sekundärwicklung 36 über den Widerstand positiv macht, positiv vorgespannt.When the value is reached, the transistor 89 is blocked. It can be seen that the capacitor 77 has the role of a delay element plays, which allows the blocking moment of the transistor 89 to be specified more precisely. At that moment while the input signal of the relay is still present, induced voltages occur continuously in the secondary winding 36. If the through the short circuit caused by transistor 89 no longer exists, the base of transistor 89 is for every current variation that makes the upper end of the secondary winding 36 positive through the resistor, positively biased.

Wenn der an die Klemmen 79 und 8o angelegte sinusförmige Strom den Wert null verläßt, tritt zwischen den Punkten 94 und 95 der Diodenbrückenschaltung eine Potentialdifferenz auf. Dies zeigt an, daß im Kondensator 77 ein Ladestrom zu fließen beginnt, da ja der Kondensator entladen war, wobei dieser Strom zwischen den Punkten 94 und 95 über die Widerstände 82 und 83 fließt. Während eines kurzen Augenblicks bildet der Kondensator 77 einen Abflußweg für den den Widerstand 82 durchfließenden Strom und verzögert somit den Zeitpunkt, in dem der Transistor 89 gesperrt wird. Die Potentialdifferenz zwischen den Punkten 94 und 95 zeigt auch an, daß eine Anoden- ^ Kathoden-Spannung an den Klemmen" des gesteuerten Gleichrichters 96 vorhanden ist. Vorausgesetzt, daß die Basis des Transistors 93 durch die in der Sekundärwicklung 36 induzierten Signale vorgespannt wird, ist dieser Transistor entsperrt. Der zwischen den Punkten 94 und 95 über die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors und über die Widerstände 90, 91 und 83 fließende Strom spannt das Gitter 97 des gesteuerten Gleichrichters 96 derart vor, daß dieser in den leitenden Zustand gelangt. Die Verbindung zwischen den Emittern der Transistoren 89 und 93 verstärkt die Sperrung des Transistors 89, wenn der Transistor 93 leitet, indem das Emitterpotential des Transistors 89 angehoben wird. In diesem Augenblick tritt ein Strom zwischenWhen the sinusoidal current applied to terminals 79 and 8o leaves zero, occurs between points 94 and 95 of the diode bridge circuit have a potential difference. This indicates that a charging current is flowing in the capacitor 77 begins, since the capacitor was discharged, with this current between points 94 and 95 via resistors 82 and 83 flows. For a brief moment, capacitor 77 provides a drain path for resistor 82 flowing current and thus delays the point in time at which the transistor 89 is blocked. The potential difference between points 94 and 95 also indicates that there is an anode → cathode voltage across the "terminals" of the controlled rectifier 96 is present. Provided that the base of the transistor 93 by the signals induced in the secondary winding 36 is biased, this transistor is unlocked. The one between points 94 and 95 via the collector-emitter path of the The transistor and the current flowing through the resistors 90, 91 and 83 tension the grid 97 of the controlled rectifier 96 in such a way that it becomes conductive. The connection between the emitters of transistors 89 and 93 amplifies the blocking of transistor 89 when transistor 93 conducts by reducing the emitter potential of the transistor 89 is raised. At that moment a stream intervenes

209826/093*;209826/093 *;

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den Klemmen 79 und 80 über die Diodenbrückenschaitung? den gesteuerten Gleichrichter 96, den Widerstand 83 und das Gitter 98 des Triacs 85 auf. Der Triac beginnt zu leiten und läßt einen Versorgungsstrom durch die Last 78 fließen.terminals 79 and 80 via the diode bridge circuit? the controlled rectifier 96, the resistor 83 and the grid 98 of the triac 85. The triac begins to conduct and allows a supply current to flow through the load 78.

Dadurch lädt sich der Kondensator 77 sehr rasch auf? nand, da die Amolitude der Halbwelle des VersorgungsStroms größer wird_r die Basis des Transistors 89 positiv wird durch den zwischen den Punkten 94 und 95 über die Widerstände 82, 88 und 83 derart vorgespannt, daß bei ausreichender Basis-Emitter-Spannung der Transistor 89 entsperrt wird. Er schließt die Sekundärwicklung 36 über seine Emitter-Kollektor-Strecke kurz, was die Unterdrückung der Basisspannung des Transistors 93 zur Folge hat, der gesperrt wird«, Das Gitter 97 des gesteuerten Gleichrichters 96 wird nicht mehr vorgespannt, sondern der gesteuerte Gleichrichter hört auf, leitend zu sein, wenn der Triac 85 leitend aufgrund des Kurzschlusses wird, den er dann bildet.As a result, the capacitor 77 charges up very quickly? nand, since the amolitude of the half-wave of the supply current is greater _r the base of the transistor 89 is biased positive between the points 94 and 95 via the resistors 82, 88 and 83 such that the transistor 89 is unlocked when the base-emitter voltage is sufficient will. It short-circuits the secondary winding 36 via its emitter-collector path, which results in the suppression of the base voltage of the transistor 93, which is blocked. The grid 97 of the controlled rectifier 96 is no longer biased, but the controlled rectifier stops to be conductive when the triac 85 becomes conductive due to the short circuit it then forms.

In diesem Augenblick ist ein Zustand vorhanden, in dem der sinusförmige Versorgungsstrom einen Wert nahe bei Null hat, so daß der beschriebene Vorgang sich unter der Bedingung wiederholt, daß das Eingangssignal dauernd anliegt, d.h. daß in der Sekundärwicklung 36 immer induzierte Spannungen auftreten. Die Last 78 wird so durch die an die Klemmen 79 und 80 angelegte Stromversorgung über den Triac 85 versorgt. Der Kondensator und der Widerstand 100 sind zum Schutz des Triacs gegen sehr schnelle Spannungsänderungen vorgesehen, die ihn zerstören könnten. Ebenso schützt der Varistor 101 die anderen Schaltungselemente dadurch gegen Überspannungen, die an deren KlemmenAt this moment there is a condition in which the sinusoidal supply current has a value close to zero, so that the process described is repeated under the condition that the input signal is continuously present, i.e. that in the Secondary winding 36 always induced voltages occur. The load 78 is thus applied to the terminals 79 and 80 by the Power supply supplied via triac 85. The capacitor and resistor 100 are to protect the triac against very high rapid voltage changes provided that could destroy it. The varistor 101 also protects the other circuit elements thereby against overvoltages at their terminals

mit einem gewissen Wert auftreten können, daß der Varistor leitend wird und den zum Leitend^steuern des Triacs 85 nötigen Strom liefert. Dieses momentane Entsperren unterdrückt diewith a certain value can occur that the varistor becomes conductive and supplies the current necessary to control the triac 85 conductive. This momentary unlock suppresses the

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überspannung an den Klemmen 79 und 80.overvoltage at terminals 79 and 80.

Zum Zeitpunkt, da das Eingangssignal verschwindet, hören auch die in der Sekundärwicklung 36 induzierten Spannungen auf. Wenn am Ende der gerade ablaufenden Halbwelle der Kondensator 77 sich entlädt _f sperrt im selben Moment der gesteuerte Gleichrichter 96, und mit dem Triac 35 -/erhält es sich ebenso, der kein Signal an seinem Gitter 98 mehr erhält. Wenn der Wert null der sinusförmigen Spannungen überschritten ist und wenn die Amplitude der entstehenden Halbwelle sich ein wenig vergrößert _f lädt sich der Kondensator 77 wie erwähnt wieder auf und der Transistor 93 bleibt gesperrt _f weil kein Signal an den Klemmen der Sekundärwicklung 36 auftritt. Obwohl die Änoden-Kathcden-Spannung an den Klemmen des gesteuerten Gleichrichters 96 sich vergrößert, wird er nicht leitend, da ja kein Signal am Gitter 97 wegen des gesperrten Transistors 93 auftritt. Der Triac bleibt demzufolge ebenfalls gesperrt und die Last 78 erhält keine Stromversorgung mehr.At the point in time when the input signal disappears, the voltages induced in the secondary winding 36 also cease. If at the end of the currently running half-wave, the capacitor 77 discharges _f locks at the same time the controlled rectifier 96, and with the triac 35 - / it maintains itself as well, no signal gets longer in its lattice 98th When the value of zero of the sinusoidal voltages is exceeded and when the amplitude of the resulting half-wave increases a little _f , the capacitor 77 charges up again as mentioned and the transistor 93 remains blocked _f because no signal occurs at the terminals of the secondary winding 36. Although the anode-cathode voltage at the terminals of the controlled rectifier 96 increases, it does not become conductive, since there is no signal at the grid 97 because of the blocked transistor 93. The triac consequently also remains blocked and the load 78 no longer receives any power supply.

Zusammenfassend läßt sich zur Wirkungsweise dieses Relais sagen, daß es wie die anderen Ausführungsbeispiele die Eigenschaft besitzt, den Versorgungsstromkreis der Last im Augenblick des Nulldurchgangs des Versorgungsstroms zu unterbrechen, darüberhinaus aber in der. Lage ist,den Strom im Leistungsstromkreis im Moment des Nulldurchgangs der Spannung an den Klemmen des Verbraucherstromkreises aufrechtzuerhalten unter der Bedingung, daß ein Steuersignal am Eingang anliegt.In summary, it can be said of the mode of operation of this relay that, like the other exemplary embodiments, the Has the property of interrupting the supply circuit of the load at the moment of the zero crossing of the supply current, but beyond that in the. Is capable of the current in the power circuit at the moment of the zero crossing of the voltage to be maintained at the terminals of the consumer circuit under the condition that a control signal is present at the input.

9 Patentansprüche9 claims

3 Blatt Zeichnungen
mit 5 Figuren3 sheets of drawings
with 5 figures

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Claims

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PATENT CLAIMS

Electronic relay for switching the power supply of a load depending on an input equal or -AC signal, characterized in that the input signal is fed to a control circuit part (4) which follows with a constant current generated by it Smoothing of the current ripple a medium frequency generator

(5) feeds, the switching elements of these circuit parts separated from the power supply by a component (6) ensuring galvanic separation Form the control part of the electronic relay that the signal generated by the medium frequency generator after galvanic isolation is fed to an amplifier (7) and that the output signal of the amplifier has the switching state of a bidirectional component, which in turn supplies power to the output terminals (9, 10) of the electronic relay connected load is determined.

2. Electronic relay according to claim 1, characterized in that its input terminals (11 , 12) to the one slide

it „lit “l

goanle of a first rectifier bridge are connected, whose voltage generated in the other diagonal (11, 18) biases the electrodes of a transistor (19) in such a way that it is unlocked when an input signal is present, that means are provided that the current strength of the transistor (19 ) keep the delivered Stronet constant regardless of the amplitude of the input signal _B that the current © is fed to the oscillator circuit after smoothing of the strobe circuit _r whose inductance depends on the primary wave force ^r

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a transformer (35) ensuring galvanic isolation is formed that the secondary winding (36) of the transformer connected to the grid (38) and the cathode of a controlled rectifier (40) is that the cathode and the anode of the controlled rectifier with one diagonal of a second Rectifier bridge are connected, the other diagonal with one output terminal of the electronic relay and connected to the grid (46) of a bidirectional power device (45) and that the main electrodes of the bidirectional power component are connected to the output terminals of the electronic relay, wherein the switching elements are arranged such that the controlled rectifier (40) is switched on when a Voltage in the secondary winding (36) of the transformer (35) is induced that the "controlled rectifier" on it (40) current flowing through the bidirectional power component (45) switches on and thus the Output terminals of the electronic relay connected load (37) is supplied with power.

Electronic relay according to Claim 2, characterized in that the means keeping the current supplied by the transistor (19) constant are formed by a component having a threshold and a component with a negative temperature coefficient, these components being arranged in the base circuit of the transistor (19) and that the Z-diode (25) forming the component with threshold is connected between the base of the transistor and the one diagonal point (18) of the other diagonal of the first rectifier bridge in such a way that the Z-diode becomes conductive above a certain base-emitter voltage .

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4. Electronic relay according to claim 2 _B, characterized in that the oscillator circuit consists of a transistor (.33) whose. Collector is connected to the primary winding (34) of the transformer (35) and to one layer of a first capacitor (32), the other layer of which is connected to the emitter of the transistor (33) and that the layer of a second capacitor (29) is connected to it the base of the transistor and to the end of the primary winding (34) remote from the collector and the other layer is connected to the emitter of the transistor.

5. Electronic relay with a load with energy supplying part according to claim 1 or 2, the input signal is a direct current signal? characterized in that the _s Eingangskleramen associated with directivity directly with the Osaillatorschaltung and to the second capacitor via a component (54) * which ensures continuous one sense of direction of the charging current of the capacitor,

6. An electronic relay according to claim 1 or 2, wherein nichtvorhandenem at · ■ input signal is supplied to the connected load with power and is turned off the power supply to the load when the applied input signal, characterized in that the one end of the secondary winding (36) of the transformer with the Emitter of a further transistor (59) is connected, that the other end of the secondary winding is connected to the base of the further transistor (59) via a component (72) with directional effect and that the collector of the transistor is connected to the grid (70) of the controlled rectifier (63) via a component

(74) mit Schwelle verbunden ist.(74) is connected to the threshold.

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Electronic relay according to one of Claims 1, 2 or 5, characterized in that the switching on of the power supply is ensured by means of switching elements inserted between the transformer and the controlled rectifier at the point in time at which the sinusoidal current of the power supply passes through zero, the switching elements are chosen and arranged such that the base of a third transistor (89) is controlled by a half cycle of the current of the power supply so that it conducts when the half cycle leaves a value close to zero, the in the secondary winding (36) of the Transformer-induced signals remain ineffective and conclude via the collector-emitter path of the third transistor that from the approach of the sinusoidal current of the power supply to the zero crossing, the discharge of a capacitor (77) arranged in the base circuit of the third transistor (89) and its Blocking is determined such that the secondary winding (36) is no longer short-circuited by the collector-emitter path of the third transistor, so that the signals generated in the secondary winding (36) unlock a fourth transistor (93) whose output current is fed into the grid (97) of the controlled rectifier (96 ) flows so that this is unlocked when the amplitude of the half-wave leaves the lying in the neighborhood of the zero crossing value range _comparable%, so if the anode-cathode voltage becomes a sufficient value of the controlled rectifier, that the blocking of the third transistor (89) of the charging time of the capacitor (77) arranged in its base circuit is so slightly delayed that the fourth transistor (93) is conductive during the charging time, but the third transistor (89) is unlocked at the end of the charging time and thus via its emitter-collector path again the

20 9 8 28/0937 -25-20 9 8 28/0937 -25-

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Secondary winding (36) short-circuits, whereupon the base bias of the fourth transistor (93) disappears, so that this blocks and interrupts the current flowing into the grid (97) of the controlled rectifier (96).

8. Electronic relay according to one of claims 1, 2, 6 ■ or 7, characterized in that a voltage-dependent resistor (49, 101) is connected between the control electrode and one of the main electrodes of the bidirectional power component (45, 66, 85).

9. Electronic relay according to one of claims 1, 2, 6 or 7 _r, characterized in that the output terminals of the relay from the series circuit of a resistor (50, 76, 100) and a capacitor (51, 75, 99) are bridged .

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