DE3041840A1

DE3041840A1 - Zweidraht-speiseschaltung

Info

Publication number: DE3041840A1
Application number: DE19803041840
Authority: DE
Inventors: Peter 6454 Bruchköbel Lühr
Original assignee: Honeywell GmbH
Current assignee: Honeywell Regelsysteme GmbH
Priority date: 1980-11-06
Filing date: 1980-11-06
Publication date: 1982-05-13
Also published as: GB2091053A; FR2493560A1; DE3041840C2; GB2091053B; FR2493560B1

Description

HONEYWELL GMBH 4.November 1980

Offenbach am Main 07-0429

Kaiserleistraße 55 Hz/umw

Zweidraht-Speiseschaltung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zweidraht-Speiseschaltung nach dem Gattungsbegriff des Anspruches 1.

Eine gattungsgemäße Speiseschaltung ist aus der DE-AS27 877 bekannt. Dort wird der die Speisespannung für den Oszillator eines Näherungsschalters vorgebende Speicherkondensator bei unbeeinflußtem Oszillator aus einer Konstant stromquelle aufgeladen. Dem Speicherkondensator ist ^ei-ⁿ Spannungsteiler, bestehend aus der Reihenschaltung einer Zenerdiode und eines Widerstandes, parall geschaltet. An den Spannungsteiler ist die Zündelektrode eines Ausg.angsthyristors angeschlossen, der zwischen die Pole der gleichgerichteten Wechselspannung geschaltet ist.

Bei beeinflußtem Oszillator wird ein Ausgangstransistor des Näherungsschalters durchgeschaltet und es wird über diesen dem Speicherkondensator ein zusätzlicher Strom züge- · führt. Hierbei steigt die Spannung über dem Speicherkondendator und somit auch über dem parallelgeschalteten Spannungsteiler solange, bis dem Ausgangsthyristor über seine an den Abgriff des Spannungsteilers angeschlossene Zündelektrode ein ihn zum Zünden bringender Strom zufließt.

Bei einer derartigen Speiseschaltung ergibt sich zwar ein · geringer Spannungsabfall und daher auch nur eine kleine Verlustleistung· zur Funktion der Schaltung ist es aber erforderlich, den Speicherkondensator auf unterschiedliche Spannungen aufzuladen, was zu einer unerwünschten Hysterese bei der Umschal-

tung von Schließer- auf öffnerbetrieb des Näherungsschalters führt. .

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Speiseschaltung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß durch eine gleichmäßige Aufladung des Speicherkondensators eine stabile interne Spannungsversorgung in beiden Betriebsarten des Fühlerelementes erzielt wird und damit eine Hysterese möglichst ausgeschlossen wird. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt · -

TO durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen 'Speiseschaltung sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Anhand der einzigen Figur der beiliegenden Zeichnung sei im folgenden ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung beschrieben. Gemäß dieser einzigen Figur ist von dem eigentlichen Näherungsschalter N nur schematisch ein Oszillator O, der durch seinen Schwingungszustand den Schaltzustand des Näherungsschalters N vorgibt, und ein Ausgangstransistor Q_A eines Schaltverstärkers dargestellt. Dazwischen können weitere Stufen, wie Demodulator, Hysteresestufe, Triggerstufe, Inverterstufe usw. angeordnet sein, wobei jedoch die nähere Ausgestaltung des Näherungsschalter^ für. die vorliegende Erfindung ohne Bedeutung ist. Der Näherungsschalter N wird von einer Gleichspannung sguel Ie mit Gleichspannung versorgt, die über einem parallel geschalteten Speicherkondensator C abgegriffen wird. Hierbei soll insbesondere unabhängig vom Schaltzustand des Näherungsschalters N, d.h. unabhängig davon, ob Schließer- oder öffnerbetrieb vorliegt, die Spannung über dem Speicherkondensator C in dem Schaltungspunkt F konstant gehalten werden. Diesem Zweck dient die nachstehend beschriebene Schaltungsanordnung.

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30A1840

Bei gesperrtem Ausgangstransistor Q_A wird der Speicherkondensator C aus einer in einem Schaltungspunkt ρ anstehenden Konstantspannung über die Reihenschaltung eines Widerstandes R6 mit einem Transistor Q4 auf- und nachgeladen. · Die Basis des Transistors Q4 ist an einen Spannungsteiler R7, R8, R9 und R10 angeschlossen,· der zwischen dem Schaltungspunkt P und dem Referenzpotential angeordnet ist. Über eineneinstellbaren Widerstand R8 innerhalb des Spannungsteilers kann der über den Transistor Q4 zu dem Speicherkondensator C fließende Strom eingestellt werden. Ein Transistor Q5,der mit seiner Hauptstromstrecke den Widerständen R9 und R10 des Spannungsteilers parallel geschaltet ist und der mit seiner Basis an den durch die'beiden Widerstände gebildeten Spannungsteilerpunkt angeschlossen ist,

T5 dient der Kompensation des Temperaturganges der Schaltung.

Die Konstantspannung im Schaltungspunkt P wird über ein Darlington-Transistorpaar Q2, Q3 erzeugt, wobei die Basis des Eingangstransistors Q2 über einen Widerstand R3 an den einen Pol der gleichgerichteten Wechselspannung und über eine Zenerdiode VR1 an das Referenzpotential angeschlossen ist. Der gemeinsame Kollektor liegt über einen Widerstand R5 ebenfalls an dem einen Pol der gleichgerichteten Wechselspannung. Der Emitter des Eingangstransistors Q2 ist einerseits mit der Basis des Ausgangstransistors Q3 verbunden und andererseits über einen Widerstand R4 an den Speicherkondensator C angeschlossen. Der Emitter des Ausgangstransistors Q3 liefert die·Konstantspannung im Schaltungspunkt P. Eine derartig aufgebaute Konstantspannungsquelle ist in der Lage,auch bei großer Schwankungsbreite der aus der Wechselspannung von beispielsweise 15 bis 25OV . ' abgeleiteten pulsierenden Gleichspannung eine konstante .Spannung im Schaltungspunkt P zu erzeugen.

Ein Schutz gegen Überspannungen wird durch einen Transistor Q1 erzielt, der mit seinem Hauptstrompfad der Zenerdiode

VR1 parallel geschaltet ist und dessen Basis einerseits über einen Varistor V1 an den einen Pol der pulsierenden Gleichspannung und andererseits über einen Widerstand R1 an das Referenzpotential angeschlossen ist.

Bei durchgeschaltetem Ausgangstransistor Q^ wird der Speicherkondensator C aus dem Schaltungspunkt konstanter Spannung P über die Reihenschaltung von einer lichtemittierenden Diode LED, eines TransistorsQö und einer Diode D1 aufgeladen. Hierbei wird der Transistor Q6 von dem Ausgangstransistor Q_A an seiner Basis durch den über einen Basisspannungsteiler, bestehend aus den Widerständen R2 und R11, fließenden Strom durchgeschaltet. Erreicht die Spannung über dem Speicherkondensator C bzw. an der Anode der Diode D1 die Durchbruchspannung einer Zenerdiode VR2_;die mit einem Widerstand R12 in Reihe geschaltet ist und einen Spannungateiler bildet, der die Diode Dl mit dem Bezugspotential verbindet, so wird ein mit seiner Basis an den Spannungsteiler, angeschlossener Triggertransistor Q7 durchgeschaltet. Der Triggertransistor Q7 liegt in Reihe zu einem Widerstand R13 und ist dem Spannungsteiler, bestehend aus dsm Widerstand R12 und der Zenerdiode VR2, parallel geschaltet. Der Kollektor des Triggertransistors Q7 ist an dia Zündelektrode eines Ausgangsthyristors VRC angeschlossen, um diesen durchzuschalten. Der Emitter des Triggertransistors Q7 ist mit dem Kollektor des Transistors Q6, der Anode der Diode D1 und dem einen Anschluss des Widerstandes R12 verbunden.

Der Ausgangsthyristor VRC ist mit seinem Hauptstrompfad dem Gleichrichterausgang einer Gleichrichterbrücke RB1 parallel geschaltet. Dem Wechselspannungseingang der Gleichrichterbrücke RB1 ist ein Triac SCR1 paralell geschaltet, wobei ein vom Ladestrom durchflossener Gatewiderstand R14 zwischen die Zündelektrode und eine Anschlusselektrode des Triacs SCR1 geschaltet ist. Dem Triac SCRI

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ist weiterhin ein Varistor V2 parallel geschaltet,der dem Schutz gegen Störspannungsspitzen dient.

Aus dem vorstehend beschriebenen Aufbau ergibt sich folgende Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Speiseschaltung für den Näherungsschalter:

Die Konstantspannungsquelle, bestehend aus dem Darlington-Transistorpaar Q2, Q3, den Widerständen R3, R4 und R5 und der Zenerdiode VR1 liefert über einen weiten Bereich der TO anliegenden gleichgerichteten Wechselspannung eine konstante Spannung in dem Schaltungspunkt P. Die Schaltungsanordnung, bestehend aus dem Transistor Q1, dem Varistor V1 und dem Widerstand R1, dient einem Transientenschutz, in dem bei überschreiten der maximal zulässigen Betriebsspannung der 5 Varistor VT seinen Anlaufstrom erreicht und dabei den Transistor QT durchsteuert, worauf die Transistoren Q2 und Q3 gesperrt werden.

Bei Spannungsspitzen, die durch eine hochinduktive Last hervorgerufen werden, übernimmt der dem Triac SCR1 parallel geschaltet Varistor V2 eine Begrenzung dieser Störspannungsspitzen.

Setzt man einen Näherungsschalter N" mit Arbeits- bzw. Schließerkontakt voraus, so wird bei einer Beeinflussung des Oszillators O,d.h.bei einer Bedämpfung desselben,der Ausgangstransistor O__A durchgeschaltet. Das Durchschalten des Ausgangstrahsistors Q_A hat zur Folge, daß der Transistor Q6 durchgeschaltet wird, wodurch der Strompfad von dem Punkt konstanter Spannung P zu dem .Speicherkondensator C über die lichtemittierende Diode LED, den Transistor Q6 und die Diode D1 wirksam wird. Der Speicherkondensator C wird über diesen Strompfad auf- bzw. nachgeladen. Erreicht die Spannung an der Anode der Diode DT die Durchbruchspannung der Zenerdiode VR2 so fließt ein Strom über den

Spannungsteiler,der aus der Zenerdiode VR2 und dem Wider-

stand R12 gebildet wird. Hierbei gelangt der Triggertransistor Q7 in den stromführenden Zustand und es fließt ein Strom in die Zündelektrode des Ausgangsthyristors VRC» wodurch dieser gezündet wird. Die Ladespannung des Speicherkondensators C wird im wesentlichen durch die Zenerspannung der Zenerdiode VR2 bestimmt.

Bei nicht beeinflußtem, d.h. bei schwingendem Oszillator O befindet sich der Ausgangstransistor Q_A im gesperrten Zustand. Hierdurch ist der Transistor Q6 gesperrt und der zuvor beschrieben Strompfad nicht wirksam. Der Speicherkondensator C wird in diesem Fall einzig und allein über den Strompfad aufgeladen, der durch den Transistor Q4 und den Widerstand R6 gebildet wird, über den einstellbaren Widerstand R8 in dem Spannungsteiler R7 bis R1O kann dieser Ladestrom so eingestellt werden, daß der Speicherkondensator C auf die gleiche Spannung wie im zuvor geschilderten Fall aufgeladen wird. Die in diesem Fall in Sperrrichtunggepolte Diode D1 verhindert jedoch einen Stromfluss über den durch die Zenerdiode VR2 und den Widerstand R12 gebildeten Spannungsteiler, so daß weder der Triggertransistor Q7 noch der Ausgangsthyristor VRC durchgeschaltet wird.

Bei durchgeschaltetem Ausgangsthyristor VRC und hohen Strömen durch diesen Ausgangsthyristor VRC können sich Probleme dahingehend ergeben, daß dieser aufgrund seiner Freiwerdezeit nicht mehr abschaltet . Um dieses Probleme.zu vermeiden, wird bei höheren Strömen der wechselspannungsseitig vorgesehene Triac SCR1 wirksam, indem dieser an seiner Zündelektrode von dem über den Gatewiderstand R14 fließenden Laststrom durchgeschaltet wird. Der Ausgangsthyristor VRC übernimmt bei dieser Lösung nur bis zu einer gewissen Höhe den Laststrom, so daß das Problem der Freiwerdezeit umgangen wird.

Obgleich die vorliegende Erfindung im Zusammenhang mit einem Wechselspannungs-Näherungsschalter beschrieben wurde, liegt es auf der Hand, daß jedes andere eine Stromversorgung erfordernde und zwei Schaltzustände aufweisende Fühlerelement mit der erfindungsgemäßen Speiseschaltung zusammenwirken kann.

Claims

Patentansprüche:

\J Zweidraht-Speiseschaltung für ein an seinem Ausgang mit einem Schaltglied versehenes Fühlerelement, insbesondere für einen induktiven Wechselstrom-Näherungsschalter, mit einem Speicherkondensator, der aus einer gleichgerichteten Wechselspannung über eine Ladeschaltung aufgeladen wird und dem ein Spannungsteiler parallel geschaltet ist, dessen Abgriff auf die Zündelektrode eines Ausgangsthyristors einwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladeschaltung eine Konstantspannungsquelle (R3, R4, R5, VR1 , Q2, Q3) aufweist, deren Punkt (P) konstanter Spannung bei nicht betätigtem Schaltglied (QA) über einen ersten Stromkreis (R6, Q4) und bei betätigtem Schaltglied (QA) über einen zweiten von dem Schaltglied (QA) aktivierten Stromkreis (LED, Q6, D1, Q7, R13) an den Speicherkondensator (C) angeschlossen ist, wobei der Spannungsteiler' (R12, VR2) einen Teil des zweiten Stromkreises bildet und Mittel (D) vorgesehen sind, um eine Entladung des Speicherkondensators über den Spannungsteiler (R12, VR2) zu verhindern.
2. Speiseschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Stromkreis ein in Reihe geschaltetes von dem Schaltglied (QA) betätigbares Schaltelement (Q6) aufweist.
3, Speiseschaltung nach Anspruch 2, dadurch' gekennzeichnet, daß das Schaltelement aus einem mit seiner Emitter /Kollektorstrecke in dem zweiten Stromkreis angeordneten Transistor (Q6) besteht, der an seiner Basis von dem Schaltglied

(QA) beaufschlagt wird.
4. Speiseschaltung . nach Anspruch 3, dadurch

gekennzeichnet, daß in dem zweiten Stromkreis eine seine Aktivierung anzeigende lichtemittierende Diode (LED) angeordnet ist.
5. Speiseschaltung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß in einem der beiden Stromkreise Mittel (R8) vorgesehen sind, um die Ladespannung des Speicherkondensators (C) unabhängig, vom Schaltzustand des Fühlerelementes gleich groß einzustellen.
6. Soeiseschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel aus einem einstellbaren Spannungsteiler (R7 bis R10) bestehen, an welchen die Basis eines Transistors (Q4) angeschlossen ist, der mit seiner Emitter/Kollektorstrecke' und einem hierzu in Reihe geschalteten Widerstand (R6) zwischen den Punkt (P) konstanter Spannung und den Speicherkondensator (C) geschaltet ist.
7. Speiseschaltung nach Anspruch 6., dadurch .gekennzeichnet, daß einem Teil (R9, R10) des Spannungsteilers ein weiterer Transistor (Q5) parallel geschaltet ist.
8. Speiseschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zu dem von dem Schaltglied (Q^) beaufschlagten Transistor (Q6) ein Triggertransistor (Q7) und ein Widerstand (R13)· in Reihe geschaltet ist, dasgdie Basis des Triggertransistors (Q7) an den Spannungsteiler (R12, VR2) angeschlossen ist und daß die Zündelektrode eines Ausgangsthyristors (VRC) mit dem

Kollektor des Triggertransistors (Q7) verbunden ist.
9. Speiseschaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennze ichnet, daß die Mittel zur Verhinderung der Entladung des Speicherkondensators (C) aus einer in Sperrrichtung gepolten Diode (D1) bestehen, deren Anode mit dem Spannungsteiler (R12, VR2) und dem Emitter des Triggertransistors (Q7) verbunden ist.
1°· Speiseschaltung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Konstantspannungsquelle ein Darlington-Transistorpaar *Q2, Q3) aufweist, dessen Basis-Eingang einerseits über eine ^eneri-iode (VR1) mit dem einen Pol und andererseits über einen Widerstand mit dem anderen Pol der gleichgerichteten Wechselspannung verbunden ist, und dessen gemeinsamer Kollektor an einen Pol der gleichgerichteten Wechselspannung angeschlossen ist.
11. Speiseschaltuna nach Anspruch 9, dadurch 20

gekennze ichnet, daß der-Zenerdiode (VR1) die Kollektor/Emitterstrecke eines Transistors (Q1) parallel geschaltet ist, dessen Basis über einen Varistor (V1) an dem einenPol der gleichgerichteten Wechselspannung

liegt.
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12. Speiseschaltung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden mit einer Gleichrichterbrücke zur Bildung einer pulsierenden Gleichspannung aus der Wechselspannung für die Speiseschaltung und mit einem dem Wechselspannungseingang der Gleichrichterbrücke parallel geschalteten Triac, dadurch gekennzeichnet, daß ein vom Lastttrom durchflossener Widerstand (R14) zwischen die Steuerelektrode und eine Anschlußelektrode des Triacs (SCR1) geschaltet ist, um bei höheren Lastströmen den Triac zu schalten.