DE29812069U1 - Semiconductor relay for contactless switching of electrical consumers - Google Patents
Semiconductor relay for contactless switching of electrical consumersInfo
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Description
Beschreibung Halbleiterrelais zum kontaktlosen Schalten von elektrischen VerbrauchernDescription Semiconductor relay for contactless switching of electrical consumers
Ein kontaktloses Halbleiterrelais hat als schaltendes Elemente keine mechanisch bewegten Kontakte, sondern es schaltet die Leistung typischerweise mit einem der nachfolgend aufgeführten elektronischen Schaltelemente:A contactless semiconductor relay does not have mechanically moving contacts as switching elements, but rather it typically switches the power using one of the following electronic switching elements:
- Triac- Triac
- antiparallele Thyristoren- antiparallel thyristors
- Schalttransistor- Switching transistor
- Leistungs-MOS-FET- Power MOS-FET
- IGBT- IGBT
Das Schaltelement wird meist durch eine sehr viel kleinere Steuerspannung angesteuert. Typischerweise wird die Ansteuerung vom Leistungsteil optogalvanisch isoliert.The switching element is usually controlled by a much smaller control voltage. Typically, the control is optogalvanically isolated from the power unit.
Kontaktlose Halbleiterrelais werden aufgrund ihrer Verschleißfreiheit vorwiegend in der Industrieelektronik eingesetzt.Contactless semiconductor relays are mainly used in industrial electronics due to their wear-free nature.
Die verschiedenen Hersteller, z.B.The different manufacturers, e.g.
Fa. CRYDOM, Gesamtkatalog 1997, Modell HD4875 Fa. CARLO GAVAZZI, Gesamtkatalog ohne Datum, Modell RA 60 90 -D 16CRYDOM, general catalogue 1997, model HD4875 CARLO GAVAZZI, general catalogue undated, model RA 60 90 -D 16
bieten Ihre Produkte mit 3 verschiedenen Einschalteigenschaften an:offer their products with 3 different switching properties:
- Nullpunktschaltend- Zero point switching
Diese Schaltart wird nur bei Wechselstromnetzen eingesetzt. Das Relais schaltet nach dem Anlegen der Ansteuerspannung erst dann ein, wenn die aktuelle Netzspannung gerade den Nullpunkt kreuzt bzw. sich in einem kleinen Fenster um den Nullpunkt befindet. Mit dieser Schaltart wird besonders Oberwellenarm geschaltet.This type of switching is only used in alternating current networks. After the control voltage is applied, the relay only switches on when the current mains voltage just crosses the zero point or is in a small window around the zero point. This type of switching ensures that harmonics are particularly low.
- Momentanschaltend- Momentary switching
Diese Schaltart wird sowohl in Wechselstrom- als auch in Gleichstromnetzen benutzt. Das Relais schaltet sofort nach dem Anlegen der Ansteuerspannung ein.This type of switching is used in both AC and DC networks. The relay switches on immediately after the control voltage is applied.
- Maximumschaltend- Maximum switching
Diese Schaltart wird nur bei Wechselstromnetzen eingesetzt. Das Relais schaltet nach dem Anlegen der Ansteuerspannung dann ein, wenn sich die aktuelle Netzspannung gerade am Scheitelpunkt befindet. Mit dieser Schaltart können Induktivitäten besonders schonend und weitestgehend frei von Inrush-Current eingeschaltet werden.This type of switching is only used in alternating current networks. The relay switches on after the control voltage is applied when the current mains voltage is at its peak. With this type of switching, inductors can be switched on particularly gently and largely free of inrush current.
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Die Ausschalteigenschaft ergibt sich aus der verwendeten Schaltertechnologie und gliedert sich grob inThe switching off property results from the switch technology used and is roughly divided into
- AUS in nächsten Nulldurchgang des Stromes- OFF in next zero crossing of the current
- AUS sofort nach dem Wegnehmen der Ansteuerung, sind hier jedoch nicht weiter von Bedeutung.- OFF immediately after the control is removed, but are not further important here.
Die oben erwähnten verschiedenen Einschalteigenschaften werden durch unterschiedliche interne Elektroniken erreicht.The different switching characteristics mentioned above are achieved by different internal electronics.
Typischerweise sind alle internen Bauelemente eines solchen Halbleiterrelais intern vergossen oder zumindest hermetisch dicht verpackt, so daß nur die vier Anschlußklemmen des Halbleiterrelais zugänglich sind.Typically, all internal components of such a semiconductor relay are internally encapsulated or at least hermetically sealed so that only the four connection terminals of the semiconductor relay are accessible.
- Für jedes der verschiedenen Einschalteigenschaften muß eine individuelle interne Elektronik entwickelt, gefertigt und auf Lager gehalten werden.- For each of the different switching characteristics, individual internal electronics must be developed, manufactured and kept in stock.
- Wenn weitere zusätzliche Eigenschaften gewünscht werden, muß entweder eine weitere spezielle interne Elektronik entwickelt werden oder eine Zusatzbaugruppe separat montiert werden, welche die weiteren Eigenschaften erledigt. Beide Varianten sind sehr kostenintensiv oder benötigen zusätzlichen Platz im Schaltschrank sowie zusätzliche Verdrahtung.- If additional features are required, either additional special internal electronics must be developed or an additional module must be mounted separately to provide the additional features. Both options are very costly or require additional space in the control cabinet and additional wiring.
Der im Schutzanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Halbleiterrelais derart zu gestalten, daß esThe invention specified in claim 1 is based on the problem of designing a semiconductor relay in such a way that it
- nur noch eine interne Elektronik verwendet wird- only internal electronics are used
- die verschiedenen funktioneilen Eigenschaften des Relais nachträglich mittels eines zusätzlichen Bauteils 'eingesteckt' werden können.- the various functional properties of the relay can be subsequently ‘plugged in’ using an additional component.
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Diese Probleme werden mit dem im Schutzanspruch 1 aufgeführten Merkmalen wie folgt gelöst:These problems are solved with the features listed in claim 1 as follows:
- Die interne Elektronik ist universell orientiert. Sie bereitet alle Informationen auf, die in einem Halbleiterrelais zu beobachten sind und bietet sie dem zu steckenden Baustein an. Zeichnung 1 beschreibt eine mögliche universelle Elektronik.- The internal electronics are universally oriented. They prepare all the information that can be observed in a semiconductor relay and offer it to the module to be plugged in. Drawing 1 describes a possible universal electronics.
- Der zu steckende Baustein kann z.B. ein programmierbarer Micro-Controller, z.B. Modell PIC 16C71 von MICROCHIP, sein.- The component to be plugged in can be a programmable micro-controller, e.g. model PIC 16C71 from MICROCHIP.
- Der zu steckende Baustein wird in einen Sockel gesteckt.- The module to be plugged is inserted into a socket.
- Die Gestaltung der internen Elektronik ist derart ausgeführt, daß der Sockel außen am Halbleiterrelais zugänglich ist und somit jederzeit das Stecken des programmierten Bausteins zuläßt.- The internal electronics are designed in such a way that the socket is accessible from the outside of the semiconductor relay, thus allowing the programmed module to be plugged in at any time.
- Die geforderten Schaltfunktionen und Eigenschaften des Relais werden nur noch durch die interne Programmierung bzw. durch das Programm des zu steckenden Bausteins bestimmt.- The required switching functions and properties of the relay are only determined by the internal programming or by the program of the module to be plugged in.
- Dieser Baustein wird erst kurz vor dem Einsatz des Halbleiterrelais eingesteckt und somit die Gesamtfunktion des Halbleiterrelais bestimmt.- This component is only inserted shortly before the semiconductor relay is used and thus determines the overall function of the semiconductor relay.
- Dieser Baustein kann so universell programmiert werden, daß auch neue innovative kundenwunschorientierte Funktionen in das Halbleiterrelais gepackt werden können wie z.B.:- This module can be programmed so universally that new, innovative, customer-specific functions can be packed into the semiconductor relay, such as:
- Sanftanlauf mittels Phasenanschnitt- Soft start using phase control
- Burstfiring mit optimal verteilten Halbwellen innerhalb einer Ansteuerperiode- Burst firing with optimally distributed half-waves within a control period
- Ansteuerung mittels seriellem Telegramm- Control via serial telegram
- Vorwärmung der Last nach einem Kaltstart durch initialen Sanftanlauf von 0-100% innerhalb von z.B. 0,5 Sekunden- Preheating of the load after a cold start through initial soft start from 0-100% within e.g. 0.5 seconds
- Einsatz des zweiten Eingangs zur Verriegelung- Use of the second input for locking
- Error Condition Freezing, ehe die Hauptspannung abgeschaltet wird, -etc.- Error Condition Freezing, before the main voltage is switched off, -etc.
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Dieter LEBER / Im Heidewinkel 19 D-g1 Dieter LEBER / Im Heidewinkel 19 D-g1 ZO?. ZO?. LaOfI^ITfel.: -&Mgr;£&Ggr;-{6%&idiagr;23-9860-80 Fax.:-82LaOfI^ITfel.: -&Mgr;£&Ggr;-{6%&idiagr;23-9860-80 Fax.:-82
Zeichnungendrawings
Zeichnung 1 zeigt ein typisches Prinzipschaltbild eines Wechselstromschalters mit zwei antiparallelen Thyristoren und einer möglichen Variante einer universellen internen Elektronik, hier mit 2 Ansteuereingängen und einem Alarmausgang:Drawing 1 shows a typical circuit diagram of an AC switch with two anti-parallel thyristors and a possible variant of universal internal electronics, here with 2 control inputs and an alarm output:
Dabei sind die beiden Ansteuerungen (1) und (2) zu sehen, welche auf je eine Anpaßstufe (4) gehen. Der steck- und programmierbare Baustein (6), welcher im Sockel (13) steckt, steuert die Anpaßstufen (4) derart, daß unterschiedliche Ansteuersignale verarbeitet werden können wie z.B.The two controls (1) and (2) can be seen, each of which goes to an adaptation stage (4). The plug-in and programmable component (6), which is plugged into the socket (13), controls the adaptation stages (4) in such a way that different control signals can be processed, such as:
- aktive Ansteuerung mit z.B. 24V DC- active control with e.g. 24V DC
- passive Ansteuerung mit potentialfreiem Kontakt bzw. einem Open Collector Transistor- passive control with potential-free contact or an open collector transistor
- analoge Ansteuerung 0 .. 10V- analog control 0 .. 10V
- analoge Ansteuerung 0 .. 2OmA,- analog control 0 .. 2OmA,
wobei die beiden Eingänge auch gemischt betrieben werden können.The two inputs can also be operated mixed.
Der steck- und programmierbare Baustein (6) kann die beiden antiparallelen Thyristoren (11) und (12) mittels dem optogekoppelten und optoisolierten Triac (7) einschalten. Gleichzeitig kann er den Zündstrom, der sich in jeder Halbwelle einmal einstellen muß, mittels dem optogekoppelten und optoisolierten Transistor (8) beobachten. Während das Halbleiterrelais nicht eingeschaltet ist, beobachtet der steck- und programmierbare Baustein (6) laufend das Netz mittels dem optogekoppelten und optoisolierten Transistor (9). Zusätzlich kann der steck- und programmierbare Baustein (6) die interne Temperatur (10) des Halbleiterrelais beobachten. Zuletzt kann der steck- und programmierbare Baustein (6) ein Hilfsrelais (5) ansteuern bzw. abfallen lassen und damit eine Störung nach außen melden (3).The plug-in and programmable component (6) can switch on the two anti-parallel thyristors (11) and (12) using the optocoupled and opto-isolated triac (7). At the same time, it can monitor the ignition current, which must occur once in each half-wave, using the optocoupled and opto-isolated transistor (8). While the semiconductor relay is not switched on, the plug-in and programmable component (6) continuously monitors the network using the optocoupled and opto-isolated transistor (9). In addition, the plug-in and programmable component (6) can monitor the internal temperature (10) of the semiconductor relay. Finally, the plug-in and programmable component (6) can control an auxiliary relay (5) or drop it out, thereby reporting a fault to the outside (3).
Zeichnung 2 zeigt ein typisches Halbleiterrelais von oben.Figure 2 shows a typical solid state relay from above.
Dabei sind die beiden Anschlüsse (14) des elektronischen Schalters zu sehen sowie die Buchsenleiste (21) für einen schraubbaren Steckverbinder, wie er typischerweise zum Einsatz kommt. Weiterhin ist der Sockel (13) zu sehen, der aus dem Halbleiterrelais ragt und in welchen der programmierbare Baustein (6) gesteckt werden kann.The two connections (14) of the electronic switch can be seen, as well as the socket strip (21) for a screw-on connector, as is typically used. The base (13) can also be seen, which protrudes from the semiconductor relay and into which the programmable component (6) can be plugged.
Die hier gezeigte Ausführung des Halbleiterrelais ist nicht zwingend vorgeschrieben und kann beliebig variiert werden. Auch andere Ausführungsformen von steckbaren Bausteinen anstelle des hier gezeigten Dual-In-Line Gehäuses sind denkbar.The design of the semiconductor relay shown here is not mandatory and can be varied as desired. Other designs of plug-in components instead of the dual-in-line housing shown here are also conceivable.
Auch muß der Sockel 13 nicht oben aus dem Halbleiterrelais herausragen, sondern kann an beliebiger Stelle herausgeführt werden.Also, the base 13 does not have to protrude from the top of the semiconductor relay, but can be led out at any point.
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Claims (1)
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DE29812069U DE29812069U1 (en) | 1998-07-07 | 1998-07-07 | Semiconductor relay for contactless switching of electrical consumers |
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Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE3810215A1 (en) | 1988-03-25 | 1988-11-24 | Guentner Helmut Dipl Ing Fh | Electronic time switch |
DE8816027U1 (en) | 1988-12-24 | 1989-02-16 | Schauer, Franz, 7440 Nürtingen | Housings with standard dimensions for electronic circuits, especially solid-state relays |
DE3803119C2 (en) | 1988-02-03 | 1990-05-10 | Theben-Werk Zeitautomatik Gmbh, 7452 Haigerloch, De | |
DE19522156C1 (en) | 1995-06-19 | 1996-08-29 | Siemens Ag | Load switching system for automobile electronic control device |
-
1998
- 1998-07-07 DE DE29812069U patent/DE29812069U1/en not_active Expired - Lifetime
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Date | Code | Title | Description |
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R207 | Utility model specification |
Effective date: 19990128 |
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R021 | Search request validly filed |
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R163 | Identified publications notified |
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R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years |
Effective date: 20020408 |
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R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years |
Effective date: 20041020 |
|
R152 | Utility model maintained after payment of third maintenance fee after eight years |
Effective date: 20060817 |
|
R071 | Expiry of right |