WO2000002298A2 - Electromagnetic relay - Google Patents
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- H02H1/043—Arrangements for preventing response to transient abnormal conditions, e.g. to lightning or to short duration over voltage or oscillations; Damping the influence of DC component by short circuits in AC networks to inrush currents
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- H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
- H02H3/08—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current
Definitions
- the invention relates to an electromagnetic relay with at least one contact set, contact connection elements, an excitation coil, winding connection elements, a core, an armature, one of a load current conductor, a magnetic field sensor, a reference signal source, a Ko parator, a monitoring unit and a switching state storage unit.
- an electromagnetic relay with a load current sensor is known.
- the load current sensor is integrated in a common circuit together with an output switching unit of the relay. By integrating the load current sensor and the output circuit, additional external components and interconnections can be omitted.
- the load current sensor is implemented by a Hall element, which enables an appropriate amplification of the measuring signals.
- thermal fuse elements have been used for overcurrent protection, especially in motor vehicle electrical systems, which are destroyed in the event of an overload and then have to be replaced.
- the invention has for its object to provide an inexpensive version of an electromagnetic relay, which is controlled by an electronic circuit and has an integrated load current sensor, which allows a Ku zschlußStrom- and overload monitoring, so that in the event of a short circuit or overload, both the relay and the load can also be protected against destruction by opening the relay switch contacts.
- the electromagnetic relay should be characterized by a differentiated response with regard to conducted interference peaks and S chaltstromspitzen distinguished with inductive loads, so that Fehlausschaltvor réelle can be excluded.
- an excitation coil which can be controlled via a control input signal and in which a core is arranged axially, at least one contact set which has fixed and movable contact elements,
- a magnetic field sensor which converts a magnetic flux proportional to a load current into an electrical measurement signal
- a magnetic flux guiding element which surrounds the load current conductor and which is coupled to the magnetic field sensor
- a comparator which is coupled to the magnetic field sensor and to the reference signal source and generates a comparator output signal
- a monitoring unit which has a first low-pass filter controlled by the control input signal, a second low-pass filter controlled by the comparator output signal, an initialization unit and a switching unit, the initialization unit having means for controlling the two low-pass filters and the switching unit and the switching unit having at least one switching element which controls the electrical connection between the control input connection elements and the winding connection elements, and - A switching state storage unit with means for tilting the state of the switching unit belonging to the monitoring unit.
- the two low-pass filters take on the function of time delay elements. This makes it possible to implement a relay switch-on delay, which is necessary in order to prevent the relay contacts from sticking, caused by an arc, in the event of an overload. In this way, a delayed reactivation of the relay is possible even in the event of a short circuit, as a result of which the contact sets can cool down.
- the purpose of delaying the comparator output signal is that the switching state memory unit or the switching unit is only addressed via the second low-pass filter when there is a short-circuit or overload situation. Brief inrush current peaks, for example when switching on inductive loads, would not be rated as a short-circuit or overload condition in this case.
- the function of the initialization unit essentially consists in activating or deactivating the two low-pass filters depending on the operating state.
- the switching state memory unit is preferably coupled both to the first low pass and to the second low pass, since statements about the operating state of the relay can be derived from the activation or deactivation of the low pass.
- the magnetic field sensor should be coupled to the comparator via a measurement signal amplifier with an adjustable amplification ratio.
- the comparator can have means for adjusting the measurement signal amplifier drift, which can be supplemented by additional means for adjusting the magnetic field sensor drift.
- the magnetic field sensor is preferably implemented by a Hall element with a negative temperature coefficient.
- the positive measuring output of the Hall sensor is supported by a first impedance converter, at the output of which the reference signal is present at the same time.
- the reference signal source is thus implemented by the first impedance converter.
- the negative measuring output of the Hall element is connected to a non-inverting input of the measuring signal amplifier. While a positive power supply connection of the Hall element is coupled to a first control input connection element via a second impedance converter, the negative power supply connection of the Hall element has an electrical connection to the second control input connection element.
- the output of the measurement signal amplifier is preferably connected to a first comparator input, the output of the first impedance converter and the inverting input of the measurement signal amplifier being combined at a second comparator input.
- the measurement signal amplifier preferably has an operational amplifier.
- the amplification ratio of the measuring signal amplifier can be set via two resistors, a first resistor being connected between the inverting input of the operational amplifier belonging to the measuring signal amplifier and the output of the operational amplifier, while the second resistor is arranged between the inverting input of the operational amplifier and the second comparator input .
- the second impedance converter is preferably formed by an operational amplifier, the output of which is connected to the positive power supply connection of the Hall element. At the same time, the output of the corresponding operational amplifier is fed back to the inverting amplifier input, the non-inverting amplifier input being connected to the first control input connection element.
- the cathode of a zener diode whose anode is electrically coupled to the second control input connection element is connected to the non-inverting amplifier input of the operational amplifier belonging to the second impedance converter.
- the non-inverting input of the operational amplifier belonging to the second impedance converter can be connected to the first control input connection element via an additional series resistor.
- the comparator preferably has an operational amplifier, a switching element connected on the output side to the operational amplifier and means for setting the comparator threshold value, a non-inverting input of the operational amplifier forming the first comparator input.
- the means for comparing the magnetic field sensor and measurement signal amplifier drift into the
- Integrated means for setting the comparator threshold can be implemented in a particularly simple manner by means of a voltage divider.
- a first resistor of the voltage divider is arranged between the second comparator input and the inverting input of the operational amplifier belonging to the comparator.
- a second resistor of the voltage divider represents an electrical connection between the inverting input of the operational amplifier and the second control input connection element.
- the switching element belonging to the comparator is preferably implemented by a bipolar transistor, the base of which is connected via an additional series resistor to the output of the operational amplifier belonging to the comparator .
- both the first low pass and the second low pass are each by an RC element realized.
- the first low-pass filter is always connected to the two control input connection elements via the initialization unit.
- the second low-pass filter is only connected to the two control input connection elements via the initialization unit if the comparator output signal does not vanish.
- the function of the initialization unit is, in particular, to discharge the capacitors of the RC elements and thus to set initial conditions for the two low-pass filters.
- both the switching unit and the switching state storage unit can each have a threshold-dependent connecting element.
- These threshold-value-dependent connecting elements are preferably implemented by Zener diodes.
- the anode of the zener diode belonging to the switching unit is connected between the resistor and the capacitor of the first low-pass filter at the second connection of the initialization unit, while the anode of the zener diode belonging to the switching state storage unit is connected between the resistor and the capacitor of the second low-pass filter at the fourth connection of the initialization unit.
- the switching unit preferably has a bipolar transistor as the switching element, whose emitter is connected to the first control input connection element.
- This bipolar transistor is connected to a first winding connection element with its collector, while its base is connected to the second connection of the initialization unit via the zener diode of the switching unit.
- a bipolar transistor instead of using a bipolar transistor as a switching element, it is also possible to use two bipolar transistors, which form a Darlington circuit, to implement the switching element of the switching unit.
- the switching state memory unit preferably has a bipolar transistor whose emitter is coupled to the first control input connection element.
- the collector this bipolar transistor is connected between the resistor and the capacitor of the first low-pass filter to the second terminal of the initialization unit, while the base is connected via a zener diode of the switching state memory unit between the resistor and the capacitor of the second low-pass filter to the fourth terminal of the initialization unit.
- the initialization unit has a first diode which is connected with its anode to the first control input connection element. With its cathode, this diode is connected to the third connection of the initialization unit.
- the initialization unit has a second diode which is connected with its anode to the first control input connection element and with its cathode to the first connection of the initialization unit.
- the initialization unit has a first bipolar transistor which is connected to the third terminal of the initialization unit with its collector and to the fourth terminal of the initialization unit with its emitter.
- a second bipolar transistor of the initialization unit is connected with its collector to the first connection of the initialization unit and with its emitter to the second connection of the initialization unit.
- the initialization unit has a third diode which is connected with its anode to the first control input connection element and with its cathode both to the base of the first bipolar transistor belonging to the initialization unit and to the base of the second bipolar transistor belonging to the initialization unit. Furthermore, the cathode of the third diode is electrically connected to the second control input connection element via a resistor.
- the relay according to the invention also has a status display unit, which is provided by an input resistor, an operational amplifier and a zener diode is formed.
- the non-inverting input of this operational amplifier is connected to the output of the reference signal source.
- the inverting input of the operational amplifier of the status display unit is electrically connected to the second control input connection element via the input resistor.
- the zener diode of the status display unit is connected with its cathode to the inverting input of the operational amplifier and with its anode to the second control input connection element.
- a status signal can be tapped at the output of the operational amplifier belonging to the status display unit. It is also possible to arrange an additional shunt resistor in parallel to the excitation winding, which is connected to the two winding connection elements.
- FIG. 1 shows a schematic representation of a relay according to the invention
- FIG. 2 shows a relay according to the invention according to FIG. 1 with a preferred embodiment of a monitoring unit.
- the relay shown in Figure 1 has a contact set 1 with a fixed and a movable contact element.
- the movable and fixed contact elements are also equipped with connection elements, a first load connection element L1 representing the connection element assigned to the movable contact element, while a second load connection element L2 represents the connection element assigned to the fixed contact element.
- An armature which is not explicitly shown, forms part of the magnet system of the relay and is mechanically coupled to the movable contact elements.
- a load current I ⁇ _ flows through an electrical conductor 3.
- the magnetic field produced by the load current I] _ is detected by a magnetic field sensor 4.
- the coupling of the magnetic flux caused by the load current I] _ into the magnetic field sensor 4 takes place via a Load current conductor 3 surrounding flux ring 4a, which is shown in dashed lines in Figure 1.
- the magnetic field sensor 4 can convert a magnetic flux proportional to the load current I] _ into an electrical measurement signal.
- the magnetic field sensor 4 is preferably a Hall element.
- a positive power supply connection I p is supported by a DC voltage source U s , while the negative power supply connection I n of the Hall element 4 is electrically connected to a reference potential GND.
- a positive measurement output M p of the Hall element 4 is connected to a first input Q1 of a reference signal source 6.
- the reference signal source 6 is implemented by a first impedance converter N4, the output Q3 of the first impedance converter N4 to the inverting input Q2 of the associated one
- Operational amplifier is fed back and provides the reference signal.
- a negative measuring output M n of the Hall element 4 is connected to a non-inverting input Ml of an optional measuring signal amplifier 5.
- the reference signal at the output Q3 of the reference signal source 6 is fed to an inverting input M2 of the measurement signal amplifier 5.
- the output M3 of the measurement signal amplifier 5 is connected to a first input Kl of a comparator 7.
- the output Q3 of the reference signal source 6 is connected to a second comparator input K2.
- the comparator 7 has an operational amplifier N3, which has the function of a threshold switch, and a voltage divider formed by two resistors R4 and R5.
- a non-inverting input of the operational amplifier N3 simultaneously forms the first comparator input Kl.
- a first resistor R5 of the voltage divider is arranged between the inverting input of the operational amplifier N3 and the reference potential GND.
- the second resistor R4 of the voltage divider is arranged between the second comparator input K2 and the inverting input of the amplifier N3. Through the loading measurement of the resistors R4 and R5, it is possible to adapt the comparator threshold value as desired. If the amplified measurement signal falls below a certain threshold value, the output K3 of the comparator 7 supplies a non-zero comparator output signal which logically corresponds to a positive state of the comparator 7.
- the relay according to FIG. 1 has a monitoring unit 8, which contains a first low-pass filter TP1, a second low-pass filter TP2, an initialization unit IE and a switching unit SE. While the first low-pass filter TP1 is controlled by a control input signal present between two control input connection elements S1 and S2, the second low-pass filter TP2 is activated by the comparator output signal. The second control input connection element S2 is electrically connected to the reference potential GND.
- the initialization unit IE is coupled both to the first low-pass filter TP1 and to the second low-pass filter TP2 and is used to establish initial conditions for the two low-pass filters TP1 and TP2.
- the initialization unit IE is coupled to the switching unit SE, which controls the electrical connection between the first input connection element S1 and a first winding connection element W1 of the excitation coil 2.
- the second winding connection element W2 like the second control input connection element S2, is connected to the reference potential GND.
- the two low-pass filters TP1 and TP2 are also coupled to a switching state memory unit 9, which checks the two low-pass filters TP1 and TP2 for activation or deactivation and derives the operating state of the relay therefrom.
- the switching state storage unit 9 is equipped with means for tilting the state of the switching unit SE and consequently also has a connection to the switching unit SE.
- the first low-pass filter TP1 is also coupled to the switching unit SE of the monitoring unit 8, as a result of which a relay switch-on delay is implemented.
- the second low-pass filter TP2 is used for the differentiated response of the monitoring unit 8 with regard to brief switch-on Current peaks, especially with inductive loads or short-circuit or overload conditions of the relay.
- FIG. 2 shows a preferred embodiment of a relay according to FIG. 1, the structural structure of the relay according to FIG. 2 being largely identical to that of the relay according to FIG. 1.
- the differences between the relay according to FIG. 1 and the relay according to FIG. 2 essentially relate to a specific embodiment of the monitoring unit 8, the switching state storage unit 9, a second impedance converter 10 and an additional status display unit 11. Further differences arise in the configuration of the measurement signal amplifier 5 and the comparator 7.
- the measuring signal amplifier 5 has two resistors R2 and R3, with which the amplification ratio of the measuring signal amplifier 5 can be adjusted.
- a first resistor R2 of the measurement signal amplifier 5 is arranged between the output Q3 of the reference signal source 6 and an inverting input of the operational amplifier N2 belonging to the measurement signal amplifier 5.
- Another resistor R3 is arranged between the output M3 and the inverting input M2 of the operational amplifier M2.
- the comparator 7 additionally has a bipolar transistor V4 as an additional switching element, the base of which is connected via a resistor R6 to the output of the operational amplifier N3 belonging to the comparator 7.
- the emitter of the bipolar transistor V4 is electrically connected to the reference potential GND, while the collector of the bipolar transistor V4 represents the output terminal K3 of the comparator 7.
- the positive power supply connection I p is connected to the first control input connection element S1 via the second impedance converter 10.
- the output T3 of the second impedance converter 10 there is one of the oscillators of the control input signal decoupled DC voltage U ⁇ .
- the second impedance converter 10 is formed by an operational amplifier Nl, the output T3 of which is fed back to the inverting input T2.
- the non-inverting input T1 of the amplifier NI is connected to the first control input connection element via a resistor R1.
- the non-inverting input T1 of the amplifier N1 is connected to a zener diode VI, the cathode of which is connected to the non-inverting input T1 of the amplifier N1, while its anode is electrically connected to the reference potential GND.
- the Zener diode VI serves to limit the voltage at the input of the second impedance converter 10 and to filter out fluctuations in the control input signal which is present between the control input connection elements S1 and S2.
- Both the first low-pass filter TP1 and the second low-pass filter TP2 are formed by RC elements.
- the capacitor C1 of the first low-pass filter TP1 is connected between a first connection AI and a second connection A2 of the initialization unit IE, while the associated resistor RIO represents an electrical connection between the second connection A2 of the initialization unit and the reference potential GND.
- the capacitor C2 and the resistor R7 of the second low-pass filter TP2 are arranged analogously to this. While the resistor R7 of the second low-pass filter TP2 represents an electrical connection between a fourth connection A4 of the initialization unit IE and the output K3 of the comparator 7, the capacitor C2 is arranged between a third connection A3 of the initialization unit IE and the fourth connection A4.
- Both the first connection AI and the third connection A3 of the initialization unit IE are decoupled from the first control input connection element S1 via the diodes V6 and V5.
- the anodes of the two diodes V5 and V6 are connected to the first control input connection element S1.
- the initialization unit IE has two bipolar transistors V7 and V8, which serve to short-circuit the capacitors C1 and C2 of the low-pass filters TP1 and TP2. This discharges the capacitors and creates the appropriate initial conditions.
- a first bipolar transistor V7 of the initialization unit IE is connected with its emitter to the first connection AI of the initialization unit IE, while its collector forms the second connection A2 of the initialization unit IE.
- the bipolar transistor V8 of the initialization unit IE is connected between the third connection A3 and the fourth connection A4 of the initialization unit IE.
- the base connections of the bipolar transistors V7 and V8 are connected to one another and decoupled from the first control input connection element S1 via a third diode V0 of the initialization unit IE.
- the third diode V0 of the initialization unit IE is connected with its anode to the control input connection element S1.
- an additional resistor R8 is arranged between the base connections of the two bipolar transistors V7 and V8 and the reference potential GND.
- the switching unit SE has a bipolar transistor V9 and a zener diode V10.
- the emitter of the bipolar transistor V9 is electrically connected to the first control input connection element S1, while its collector is connected to the first winding connection element Wl.
- the base of the bipolar transistor V9 belonging to the switching unit SE is connected to the second terminal A2 of the initialization unit IE via the Zener diode V10.
- the cathode of the Zener diode V10 is connected directly to the base of the bipolar transistor V9.
- the switching state storage unit 9 with means for tilting the state of the switching unit SE belonging to the monitoring unit 8 has a structure similar to that of the switching unit SE.
- a bipolar transistor V2 of the switching state memory unit 9 has its emitter connected to the first control unit. gangsanschlußelement S1 connected and its base is connected via a Zener diode V3 to the fourth terminal A4 of the initialization unit IE.
- the cathode of the Zener diode V3 is connected directly to the base of the bipolar transistor V2.
- the collector of the bipolar transistor V2 belonging to the switching state storage unit 9 is connected to the second connection A2 of the initialization unit IE.
- the relay according to FIG. 2 has a shunt resistor R12 connected in parallel with the excitation winding 2, which is arranged between the winding connection elements W1 and W2, and a resistor R9, which is arranged between the second winding connection element W2 and the comparator output K3.
- the Hall sensor 4 which is fed by the second impedance converter 10 and thus temperature-compensated, generates a measurement signal proportional to the load current.
- the voltage at the output Q3 of the reference signal source 6 forms a comparison variable for an overcurrent threshold, which can additionally be set via the division ratio of the resistors R4 and R5.
- the amplified measurement signal at the output M3 of the measurement signal amplifier 5 can therefore be compared with the overcurrent threshold value set on the comparator 7.
- the result of this analog measured value comparison is converted into a logic signal which can be tapped at the output K3 of the comparator 7. Since the Hall element 4 used has a negative temperature coefficient, while the Zener diode VI has a positive temperature coefficient at the input of the second impedance converter, temperature compensation takes place.
- the supply voltage U s for the Hall element is namely increased with increasing temperatures and reduced with decreasing temperatures in accordance with the Zener diode temperature coefficient.
- the use of a reference signal source formed by a first impedance converter as an input variable for the comparator K7 offers the advantage that the reference signal source Limit signal source set overcurrent threshold is independent of the fluctuations in the control input signal between the control input terminals S1 and S2.
- the transistor V9 turns on after a time delay which is caused by the low-pass filter TP1. This switch-on delay is necessary in order to prevent the relay contacts from sticking due to arcing in the event of overload.
- the relay contacts are switched on again with a delay in order to allow the contacts to cool, particularly in the event of a short circuit.
- the transistor V9 simultaneously blocks the transistor V2 of the switching state memory unit 9, since the potential at the base connection of the bipolar transistor V2 is raised approximately to the value of the control voltage.
- the bipolar transistor V4 of the comparator 7 is switched through via the operational amplifier N3, whereby the second low-pass filter TP2 is activated. If the blocking voltage of the Zener diode V3 and the transistor V2 is exceeded, the transistor V2 switches through and thereby raises the potential at the base connection of the transistor V9 to the value of the control voltage, as a result of which the latter is blocked.
- the second low pass TP2 is not only used for blanking inrush current peaks, but also as a switch-off delay for the relay.
- the transistor V9 of the switching unit SE remains switched off permanently. This stable switching state is maintained until the control voltage between the control input connection elements S1 and S2 is switched off and the capacitors C1 and C2 of the low-pass filters TP1 and TP2 are discharged via the transistors V7 and V8 of the initialization unit IE.
- the function of the diodes V0, V5 and V6 of the initialization unit can be seen in the fact that the emitter potential of the transistors V7 and V8 is decoupled from the control input connection element S1, which enables a defined and rapid discharge of the capacitors Cl and C2.
- the discharge of the capacitors C1 and C2 is also ensured if the control voltage source is isolated from the control input connection elements S1 and S2 in a potential-free manner. If a control voltage is present between the control input connection elements S1 and S2, the transistors V7 and V8 always remain blocked because their bases are coupled directly to the first control input connection element S1 via the diodes V0, V5 and V6.
- the relay according to FIG. 2 has a status display unit 11, which is formed by an operational amplifier N5, an input resistor Rll and a zener diode Vll.
- the output signal of the reference signal source 6 is present at the non-inverting input of the operational amplifier N5.
- the inverting input of the operational amplifier N5 is electrically connected to the first winding connection element W1 via the input resistor R11.
- the cathode of the zener diode Vll is also connected to the inverting input of operational amplifier N5, while its anode is electrically connected to second control input connection element S2.
- the status signal can be tapped at the output ST of the operational amplifier N5 belonging to the status display unit 11.
- the function of the components Rll and Vll can be seen in the specification of the voltage threshold for determining the relay switching state and in the protection of the amplifier inputs of the operational amplifier N5 against possible overvoltages.
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Abstract
Description
Beschreibungdescription
Elektromagnetisches RelaisElectromagnetic relay
Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Relais mit mindestens einem Kontaktsatz, Kontaktanschlußelementen, einer Erregerspule, Wicklungsanschlußelementen, einem Kern, einem Anker, einem von einem Laststromleiter, einem Magnetfeldsensor, einer Referenzsignalquelle, einem Ko parator, einer Überwachungseinheit und einer Schaltzustandsspeichereinheit.The invention relates to an electromagnetic relay with at least one contact set, contact connection elements, an excitation coil, winding connection elements, a core, an armature, one of a load current conductor, a magnetic field sensor, a reference signal source, a Ko parator, a monitoring unit and a switching state storage unit.
Aus US 4 456 943 ist ein elektromagnetisches Relais mit einem Laststromsensor bekannt. Dabei ist der Laststromsensor zusammen mit einer Ausgangsschalteinheit des Relais in einen ge- meinsa en Schaltkreis integriert. Durch die Integration des Laststromsensors und des Ausgangsschaltkreises können zusätzliche externe Komponenten und Verschaltungen entfallen. Um eine ausreichende Meßempfindlichkeit zu erzielen, wird der Laststromsensor durch ein Hall-Element realisiert, wodurch eine angemessene Verstärkung der Meßsignale möglich ist.From US 4,456,943 an electromagnetic relay with a load current sensor is known. The load current sensor is integrated in a common circuit together with an output switching unit of the relay. By integrating the load current sensor and the output circuit, additional external components and interconnections can be omitted. In order to achieve a sufficient measuring sensitivity, the load current sensor is implemented by a Hall element, which enables an appropriate amplification of the measuring signals.
Für den Überstromschutz speziell in Kraftfahrzeugbordnetzen wurden bislang jedoch nur thermische Sicherungselemente eingesetzt, die bei einer Überlastung zerstört werden und danach erneuert werden müssen.To date, however, only thermal fuse elements have been used for overcurrent protection, especially in motor vehicle electrical systems, which are destroyed in the event of an overload and then have to be replaced.
Der Erfindung liegt das Ziel zugrunde, eine kostengünstige Ausführung eines elektromagnetischen Relais zu schaffen, welches durch eine elektronische Schaltung angesteuert wird und einen integrierten Laststromsensor aufweist, welcher eine Ku zschlußStrom- und Überlastüberwachung ermöglicht, so daß im Kurzschluß- bzw. Überlastfall sowohl das Relais als auch die Last durch Öffnen der Relaisschaltkontakte gegen Zerstörung geschützt werden können. Insbesondere soll sich das elektromagnetische Relais durch ein differenziertes Ansprechen in bezug auf leitungsgebundene Störspitzen und Ein- Schaltstromspitzen bei induktiven Lasten auszeichnen, so daß Fehlausschaltvorgänge ausgeschlossen werden können.The invention has for its object to provide an inexpensive version of an electromagnetic relay, which is controlled by an electronic circuit and has an integrated load current sensor, which allows a Ku zschlußStrom- and overload monitoring, so that in the event of a short circuit or overload, both the relay and the load can also be protected against destruction by opening the relay switch contacts. In particular, the electromagnetic relay should be characterized by a differentiated response with regard to conducted interference peaks and S chaltstromspitzen distinguished with inductive loads, so that Fehlausschaltvorgänge can be excluded.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein elektromagneti- sches Relais gelöst mitAccording to the invention, this object is achieved by an electromagnetic relay
- zwei Steuereingangsanschlußelementen,- two control input connection elements,
- Wicklungsanschlußelementen,- winding connection elements,
- einer über ein Steuereingangssignal ansteuerbare Erregerspule, in welcher ein Kern axial angeordnet ist, - mindestens einem Kontaktsatz, welcher feststehende und bewegliche Kontaktelemente aufweist,an excitation coil which can be controlled via a control input signal and in which a core is arranged axially, at least one contact set which has fixed and movable contact elements,
- Anschlußelementen für die beweglichen und feststehenden Kontaktelemente,- connecting elements for the movable and fixed contact elements,
- einem mechanisch mit den beweglichen Kontaktelementen ge- koppelten Anker,an anchor mechanically coupled to the movable contact elements,
- einem Laststromleiter,- a load current conductor,
- einem Magnetfeldsensor, welcher einen zu einem Laststrom proportionalen Magnetfluß in ein elektrisches Meßsignal umsetzt, - einem den Laststromleiter umgebenden Magnetflußleitelement, welches mit dem Magnetfeldsensor gekoppelt ist,a magnetic field sensor which converts a magnetic flux proportional to a load current into an electrical measurement signal, a magnetic flux guiding element which surrounds the load current conductor and which is coupled to the magnetic field sensor,
- einer Referenzsignalquelle,- a reference signal source,
- einem Komparator, welcher mit dem Magnetfeldsensor sowie mit der Referenzsignalquelle gekoppelt ist und ein Kompara- torausgangssignal erzeugt,a comparator, which is coupled to the magnetic field sensor and to the reference signal source and generates a comparator output signal,
- einer Uberwachungseinheit, welche einen ersten durch das Steuereingangssignal angesteuerten Tiefpaß, einen zweiten durch das Komparatorausgangssignal angesteuerten Tiefpaß, eine Initialisierungseinheit und eine Schalteinheit auf- weist, wobei die Initialisierungseinheit Mittel zur Ansteuerung der beiden Tiefpässe sowie der Schalteinheit aufweist und die Schalteinheit mindestens ein Schaltelement besitzt, welches die elektrische Verbindung zwischen den Steuereingangsanschlußelementen und den Wicklungsanschluß- elementen steuert, und - einer Schaltzustandsspeichereinheit mit Mitteln zum Kippen des Zustandes der zur Überwachungseinheit gehörigen Schalteinheit .- A monitoring unit which has a first low-pass filter controlled by the control input signal, a second low-pass filter controlled by the comparator output signal, an initialization unit and a switching unit, the initialization unit having means for controlling the two low-pass filters and the switching unit and the switching unit having at least one switching element which controls the electrical connection between the control input connection elements and the winding connection elements, and - A switching state storage unit with means for tilting the state of the switching unit belonging to the monitoring unit.
Bei dem erfindungsgemäßen Relais übernehmen die beiden Tiefpässe die Funktion von Zeitverzögerungsgliedern. Hierdurch ist es möglich, eine Relaiseinschaltverzögerung zu realisieren, welche notwendig ist, um ein mögliches, durch einen Lichtbogen verursachtes Kleben der Relaiskontakte im Falle einer Überlastung zu verhindern. Auf diese Weise ist auch im Kurzschlußfall ein verzögertes Wiedereinschalten des Relais möglich, wodurch sich die Kontaktsätze abkühlen können. Der Sinn der Verzögerung des Komparatorausgangssignales besteht darin, daß über den zweiten Tiefpaß erst dann die Schaltzu- standsspeichereinheit bzw. die Schalteinheit angesprochen wird, wenn eine Kurzschluß- oder Überlastsituation vorliegt. Kurzzeitig auftretende Einschaltstromspitzen, beispielsweise beim Einschalten induktiver Lasten, würden in diesem Falle nicht als Kurzschluß- bzw. Überlastzustand bewertet. Damit führen derartige kurzzeitig auftretende Störgrößen, welche nicht durch einen kritischen Betriebszustand bedingt sind, nicht zu einem Ansprechen der Überwachungs- und Schutzelemente. Ferner wird die durch den Tiefpaß resultierende Zeitverzögerung zur Ausschaltverzögerung des Relais ausgenutzt. Dies trägt ebenfalls zu einer Reduktion des Verschleißes an den Kontaktsätzen bei. Die Funktion der Initialisierungseinheit besteht im wesentlichen darin, die beiden Tiefpässe je nach Betriebszustand zu aktivieren bzw. zu deaktivieren.In the relay according to the invention, the two low-pass filters take on the function of time delay elements. This makes it possible to implement a relay switch-on delay, which is necessary in order to prevent the relay contacts from sticking, caused by an arc, in the event of an overload. In this way, a delayed reactivation of the relay is possible even in the event of a short circuit, as a result of which the contact sets can cool down. The purpose of delaying the comparator output signal is that the switching state memory unit or the switching unit is only addressed via the second low-pass filter when there is a short-circuit or overload situation. Brief inrush current peaks, for example when switching on inductive loads, would not be rated as a short-circuit or overload condition in this case. This means that such briefly occurring disturbance variables, which are not caused by a critical operating state, do not trigger the monitoring and protection elements. Furthermore, the time delay resulting from the low-pass filter is used to delay the relay from being switched off. This also contributes to a reduction in wear on the contact sets. The function of the initialization unit essentially consists in activating or deactivating the two low-pass filters depending on the operating state.
Die Schaltzustandsspeichereinheit ist vorzugsweise sowohl mit dem ersten Tiefpaß als auch mit dem zweiten Tiefpaß gekoppelt, da aus der Aktivierung bzw. Deaktivierung der Tiefpässe Aussagen über den Betriebszustand des Relais abgeleitet werden können. Um eine Aufbereitung des durch den Magnetfeldsen- sor gewonnenen Meßsignals zu ermöglichen, sollte der Magnetfeldsensor über einen Meßsignalverstärker mit einstellbarem Verstärkungsverhältnis an den Komparator gekoppelt sein. Zu- sätzlich kann der Komparator Mittel zum Abgleich der Meßsi- gnalverstärkerdrift aufweisen, welche durch zusätzliche Mittel zum Abgleich der Magnetfeldsensordrift ergänzt sein können.The switching state memory unit is preferably coupled both to the first low pass and to the second low pass, since statements about the operating state of the relay can be derived from the activation or deactivation of the low pass. In order to enable the measurement signal obtained by the magnetic field sensor to be processed, the magnetic field sensor should be coupled to the comparator via a measurement signal amplifier with an adjustable amplification ratio. To- In addition, the comparator can have means for adjusting the measurement signal amplifier drift, which can be supplemented by additional means for adjusting the magnetic field sensor drift.
Der Magnetfeldsensor ist vorzugsweise durch ein Hall-Element mit negativem Temperaturkoeffizient realisiert. Der positive Meßausgang des Hall-Sensors ist durch einen ersten Impedanzwandler abgestützt, an dessen Ausgang gleichzeitig das Refe- renzsignal anliegt. Somit ist die Referenzsignalquelle durch den ersten Impedanzwandler realisiert. Ferner ist der negative Meßausgang des Hall-Elementes mit einem nichtinvertieren- den Eingang des Meßsignalverstärkers verbunden. Während ein positiver Stromversorgungsanschluß des Hall-Elementes über einen zweiten Impedanzwandler mit einem ersten Steuereingangsanschlußelement gekoppelt ist, weist der negative Stromversorgungsanschluß des Hall-Elementes eine elektrische Verbindung zu dem zweiten Steuereingangsanschlußelement auf. Der Ausgang des Meßsignalverstärkers ist vorzugsweise mit einem ersten Komparatoreingang verbunden, wobei der Ausgang des ersten Impedanzwandlers und der invertierende Eingang des Meßsignalverstärkers an einem zweiten Komparatoreingang zusammengefaßt sind.The magnetic field sensor is preferably implemented by a Hall element with a negative temperature coefficient. The positive measuring output of the Hall sensor is supported by a first impedance converter, at the output of which the reference signal is present at the same time. The reference signal source is thus implemented by the first impedance converter. Furthermore, the negative measuring output of the Hall element is connected to a non-inverting input of the measuring signal amplifier. While a positive power supply connection of the Hall element is coupled to a first control input connection element via a second impedance converter, the negative power supply connection of the Hall element has an electrical connection to the second control input connection element. The output of the measurement signal amplifier is preferably connected to a first comparator input, the output of the first impedance converter and the inverting input of the measurement signal amplifier being combined at a second comparator input.
Ferner weist der Meßsignalverstärker vorzugsweise einen Operationsverstärker auf. Das Verstärkungsverhältnis des Meßsignalverstärkers kann über zwei Widerstände eingestellt werden, wobei ein erster Widerstand zwischen dem invertierenden Eingang des zum Meßsignalverstärker gehörigen Operationsver- stärker und dem Ausgang des Operationsverstärkers angeschlossen ist, während der zweite Widerstand zwischen dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers und dem zweiten Komparatoreingang angeordnet ist.Furthermore, the measurement signal amplifier preferably has an operational amplifier. The amplification ratio of the measuring signal amplifier can be set via two resistors, a first resistor being connected between the inverting input of the operational amplifier belonging to the measuring signal amplifier and the output of the operational amplifier, while the second resistor is arranged between the inverting input of the operational amplifier and the second comparator input .
Der zweite Impedanzwandler ist vorzugsweise durch einen Operationsverstärker gebildet, dessen Ausgang mit dem positiven Stromversorgungsanschluß des Hall-Elementes verbunden ist. Gleichzeitig ist der Ausgang des entsprechenden Operationsverstärkers auf den invertierenden Verstärkereingang zurückgekoppelt, wobei der nichtinvertierende Verstärkereingang mit dem ersten Steuereingangsanschlußelement verbunden ist. An den nichtinvertierenden Verstärkereingang des zum zweiten Impedanzwandler gehörigen Operationsverstärkers ist die Kathode einer Zenerdiode angeschlossen, deren Anode elektrisch an das zweite Steuereingangsanschlußelement gekoppelt ist. Der nichtinvertierende Eingang des zum zweiten Impedanzwandler gehörigen Operationsverstärkers kann über einen zusätzlichen Vorwiderstand mit dem ersten Steuereingangsanschlußelement verbunden sein.The second impedance converter is preferably formed by an operational amplifier, the output of which is connected to the positive power supply connection of the Hall element. At the same time, the output of the corresponding operational amplifier is fed back to the inverting amplifier input, the non-inverting amplifier input being connected to the first control input connection element. The cathode of a zener diode whose anode is electrically coupled to the second control input connection element is connected to the non-inverting amplifier input of the operational amplifier belonging to the second impedance converter. The non-inverting input of the operational amplifier belonging to the second impedance converter can be connected to the first control input connection element via an additional series resistor.
Der Komparator weist vorzugsweise einen Operationsverstärker, ein ausgangsseitig an den Operationsverstärker angeschlossenes Schaltelement und Mittel zum Einstellen des Komparator- schwellwertes auf, wobei ein nichtinvertierender Eingang des Operationsverstärkers den ersten Komparatoreingang bildet. In einer bevorzugten Ausgestaltung sind die Mittel zum Abgleich der Magnetfeldsensor- und Meßsignalverstärkerdrift in dieThe comparator preferably has an operational amplifier, a switching element connected on the output side to the operational amplifier and means for setting the comparator threshold value, a non-inverting input of the operational amplifier forming the first comparator input. In a preferred embodiment, the means for comparing the magnetic field sensor and measurement signal amplifier drift into the
Mittel zum Einstellen des Komparatorschwellwertes integriert. Auf besonders einfache Weise können die Mittel zum Einstellen des Komparatorschwellwertes durch einen Spannungsteiler realisiert sein. Dabei ist ein erster Widerstand des Spannungs- teilers zwischen dem zweiten Komparatoreingang und dem invertierenden Eingang des zum Komparator gehörigen Operationsverstärkers angeordnet. Ein zweiter Widerstand des Spannungsteilers stellt dagegen eine elektrische Verbindung zwischen dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers und dem zweiten Steuereingangsanschlußelement dar. Vorzugsweise ist das zum Komparator gehörige Schaltelement durch einen Bipolartransistor realisiert, dessen Basis über einen zusätzlichen Vorwiderstand mit dem Ausgang des zum Komparator gehörigen Operationsverstärkers verbunden ist.Integrated means for setting the comparator threshold. The means for setting the comparator threshold value can be implemented in a particularly simple manner by means of a voltage divider. A first resistor of the voltage divider is arranged between the second comparator input and the inverting input of the operational amplifier belonging to the comparator. A second resistor of the voltage divider, on the other hand, represents an electrical connection between the inverting input of the operational amplifier and the second control input connection element. The switching element belonging to the comparator is preferably implemented by a bipolar transistor, the base of which is connected via an additional series resistor to the output of the operational amplifier belonging to the comparator .
Sowohl der erste Tiefpaß als auch der zweite Tiefpaß sind in einer bevorzugten Ausführungsform jeweils durch ein RC-Glied realisiert. Dabei ist der erste Tiefpaß über die Initialisierungseinheit stets an die beiden Steuereingangsanschlußelemente angeschlossen. Der zweite Tiefpaß ist dagegen nur bei nicht verschwindendem Komparatorausgangssignal über die Initialisierungseinheit an die beiden Steuereingangsanschlußelemente angeschlossen. Die Funktion der Initialisierungseinheit besteht insbesondere darin, die Kondensatoren der RC- Glieder zu entladen und damit Anfangsbedingungen für die beiden Tiefpässe zu setzen.In a preferred embodiment, both the first low pass and the second low pass are each by an RC element realized. The first low-pass filter is always connected to the two control input connection elements via the initialization unit. The second low-pass filter, on the other hand, is only connected to the two control input connection elements via the initialization unit if the comparator output signal does not vanish. The function of the initialization unit is, in particular, to discharge the capacitors of the RC elements and thus to set initial conditions for the two low-pass filters.
Ferner können sowohl die Schalteinheit als auch die Schaltzustandsspeichereinheit jeweils ein schwellwertabhängiges Verbindungselement aufweisen. Diese schwellwertabhängigen Verbindungselemente sind vorzugsweise durch Zenerdioden reali- siert. Die Anode der zur Schalteinheit gehörigen Zenerdiode ist dabei zwischen dem Widerstand und dem Kondensator des ersten Tiefpaß am zweiten Anschluß der Initialisierungseinheit angeschlossen, während die Anode der zur Schaltzustandsspeichereinheit gehörigen Zenerdiode zwischen dem Widerstand und dem Kondensator des zweiten Tiefpaß am vierten Anschluß der Initialisierungseinheit angeschlossen ist.Furthermore, both the switching unit and the switching state storage unit can each have a threshold-dependent connecting element. These threshold-value-dependent connecting elements are preferably implemented by Zener diodes. The anode of the zener diode belonging to the switching unit is connected between the resistor and the capacitor of the first low-pass filter at the second connection of the initialization unit, while the anode of the zener diode belonging to the switching state storage unit is connected between the resistor and the capacitor of the second low-pass filter at the fourth connection of the initialization unit.
Die Schalteinheit weist vorzugsweise einen Bipolartransistor als Schaltelement auf, dessen Emitter an das erste Steuerein- gangsanschlußelement angeschlossen ist. Mit seinem Kollektor ist dieser Bipolartransistor an ein erstes Wicklungsanschlußelement angeschlossen, während seine Basis über die Zenerdiode der Schalteinheit mit dem zweiten Anschluß der Initialisierungseinheit verbunden ist. Anstelle der Verwendung eines Bipolartransistors als Schaltelement ist auch die Verwendung zweier Bipolartransistoren, die eine Darlington-Schaltung bilden, zur Realisierung des Schaltelementes der Schalteinheit möglich.The switching unit preferably has a bipolar transistor as the switching element, whose emitter is connected to the first control input connection element. This bipolar transistor is connected to a first winding connection element with its collector, while its base is connected to the second connection of the initialization unit via the zener diode of the switching unit. Instead of using a bipolar transistor as a switching element, it is also possible to use two bipolar transistors, which form a Darlington circuit, to implement the switching element of the switching unit.
Außerdem weist die Schaltzustandsspeichereinheit vorzugsweise einen Bipolartransistor auf, dessen Emitter an das erste Steuereingangsanschlußelement gekoppelt ist. Der Kollektor dieses Bipolartransistors ist zwischen dem Widerstand und dem Kondensator des ersten Tiefpaß an den zweiten Anschluß der Initialisierungseinheit angeschlossen, während die Basis über eine Zenerdiode der Schaltzustandsspeichereinheit zwischen dem Widerstand und dem Kondensator des zweiten Tiefpaß an den vierten Anschluß der Initialisierungseinheit angeschlossen ist.In addition, the switching state memory unit preferably has a bipolar transistor whose emitter is coupled to the first control input connection element. The collector this bipolar transistor is connected between the resistor and the capacitor of the first low-pass filter to the second terminal of the initialization unit, while the base is connected via a zener diode of the switching state memory unit between the resistor and the capacitor of the second low-pass filter to the fourth terminal of the initialization unit.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Initialisie- rungseinheit eine erste Diode auf, welche mit ihrer Anode am ersten Steuereingangsanschlußelement angeschlossen ist. Mit ihrer Kathode ist diese Diode am dritten Anschluß der Initialisierungseinheit angeschlossen. Außerdem weist die Initialisierungseinheit eine zweite Diode auf, welche mit ihrer Anode am ersten Steuereingangsanschlußelement und mit ihrer Kathode am ersten Anschluß der Initialisierungseinheit angeschlossen ist. Ferner besitzt die Initialisierungseinheit einen ersten Bipolartransistor, welcher mit seinem Kollektor am dritten Anschluß der Initialisierungseinheit und mit seinem Emitter am vierten Anschluß der Initialisierungseinheit angeschlossen ist. Ein zweiter Bipolartransistor der Initialisierungseinheit ist mit seinem Kollektor am ersten Anschluß der Initialisierungseinheit und mit seinem Emitter am zweiten Anschluß der Initialisierungseinheit angeschlossen. Darüber hinaus weist die Initialisierungseinheit eine dritte Diode auf, welche mit ihrer Anode am ersten Steuereingangsanschlußelement und mit ihrer Kathode sowohl an der Basis des ersten zur Initialisierungseinheit gehörenden Bipolartransistors als auch an der Basis des zweiten zur Initialisierungseinheit gehöri- gen Bipolartransistors angeschlossen ist. Des weiteren ist die Kathode der dritten Diode über einen Widerstand elektrisch mit dem zweiten Steuereingangsanschlußelement verbunden.In a preferred embodiment, the initialization unit has a first diode which is connected with its anode to the first control input connection element. With its cathode, this diode is connected to the third connection of the initialization unit. In addition, the initialization unit has a second diode which is connected with its anode to the first control input connection element and with its cathode to the first connection of the initialization unit. Furthermore, the initialization unit has a first bipolar transistor which is connected to the third terminal of the initialization unit with its collector and to the fourth terminal of the initialization unit with its emitter. A second bipolar transistor of the initialization unit is connected with its collector to the first connection of the initialization unit and with its emitter to the second connection of the initialization unit. In addition, the initialization unit has a third diode which is connected with its anode to the first control input connection element and with its cathode both to the base of the first bipolar transistor belonging to the initialization unit and to the base of the second bipolar transistor belonging to the initialization unit. Furthermore, the cathode of the third diode is electrically connected to the second control input connection element via a resistor.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das erfindungsgemäße Relais ferner eine Statusanzeigeeinheit auf, welche durch einen Eingangswiderstand, einen Operationsverstärker und eine Zenerdiode gebildet ist. Der nichtinvertierende Eingang dieses Operationsverstärkers ist mit dem Ausgang der Referenzsignalquelle verbunden. Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers der Statusanzeigeeinheit ist über den Eingangswiderstand elektrisch mit dem zweiten Steuereingangsanschlußelement verbunden. Ferner ist die Zenerdiode der Statusanzeigeeinheit mit ihrer Kathode am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers und mit ihrer Anode am zweiten Steuereingangsanschlußelement angeschlossen. Darüber hinaus ist am Ausgang des zur Statusanzeigeeinheit gehörenden Operationsverstärker ein Statussignal abgreifbar. Außerdem ist es möglich, parallel zur Erregerwicklung einen zusätzlichen Shunt-Widerstand anzuordnen, welcher an die beiden Wicklungsanschlußelemente angeschlossen ist.In a preferred embodiment, the relay according to the invention also has a status display unit, which is provided by an input resistor, an operational amplifier and a zener diode is formed. The non-inverting input of this operational amplifier is connected to the output of the reference signal source. The inverting input of the operational amplifier of the status display unit is electrically connected to the second control input connection element via the input resistor. Furthermore, the zener diode of the status display unit is connected with its cathode to the inverting input of the operational amplifier and with its anode to the second control input connection element. In addition, a status signal can be tapped at the output of the operational amplifier belonging to the status display unit. It is also possible to arrange an additional shunt resistor in parallel to the excitation winding, which is connected to the two winding connection elements.
Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigtThe invention is explained in more detail below using exemplary embodiments with reference to the drawing. It shows
Figur 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Relais und Figur 2 ein erfindungsgemäßes Relais gemäß Figur 1 mit einer bevorzugten Ausführungsform einer Uberwachungseinheit.1 shows a schematic representation of a relay according to the invention and FIG. 2 shows a relay according to the invention according to FIG. 1 with a preferred embodiment of a monitoring unit.
Das in Figur 1 dargestellte Relais weist einen Kontaktsatz 1 mit einem feststehenden und einem beweglichen Kontaktelement auf. Die beweglichen und feststehenden Kontaktelemente sind ferner mit Anschlußelementen ausgestattet, wobei ein erstes Lastanschlußelement Ll das dem beweglichen Kontaktelement zugeordnete Anschlußelernent darstellt, während ein zweites Lastanschlußelement L2 das dem feststehenden Kontaktelement zugeordnete Anschlußelement darstellt. Ein nicht explizit dargestellter Anker bildet einen Teil des Magnetsystems des Relais und ist mechanisch mit den beweglichen Kontaktelementen gekoppelt. Ein elektrischer Leiter 3 ist von einem Laststrom Iτ_ durchflössen. Über einen Magnetfeldsensor 4 wird das von dem Laststrom I]_ hervorgeru ene Magnetfeld erfaßt. Die Einkopplung des von dem Laststrom I]_ hervorgerufenen Magnetflusses in den Magnetfeldsensor 4 erfolgt über einen den Laststromleiter 3 umgebenden Flußring 4a, welcher in Figur 1 strichliert dargestellt ist. Der Magnetfeldsensor 4 kann einen dem Laststro I]_ proportionalen Magnetfluß in ein elektrisches Meßsignal umsetzen.The relay shown in Figure 1 has a contact set 1 with a fixed and a movable contact element. The movable and fixed contact elements are also equipped with connection elements, a first load connection element L1 representing the connection element assigned to the movable contact element, while a second load connection element L2 represents the connection element assigned to the fixed contact element. An armature, which is not explicitly shown, forms part of the magnet system of the relay and is mechanically coupled to the movable contact elements. A load current Iτ_ flows through an electrical conductor 3. The magnetic field produced by the load current I] _ is detected by a magnetic field sensor 4. The coupling of the magnetic flux caused by the load current I] _ into the magnetic field sensor 4 takes place via a Load current conductor 3 surrounding flux ring 4a, which is shown in dashed lines in Figure 1. The magnetic field sensor 4 can convert a magnetic flux proportional to the load current I] _ into an electrical measurement signal.
Bei dem Magnetfeldsensor 4 handelt es sich vorzugsweise um ein Hall-Element. Ein positiver Stromversorgungsanschluß Ip ist durch eine Gleichspannungsquelle Us gestützt, während der negative Stromversorgungsanschluß In des Hall-Elementes 4 elektrisch mit einem Bezugspotential GND verbunden ist. Ein positiver Meßausgang Mp des Hall-Elementes 4 ist mit einem ersten Eingang Ql einer Referenzsignalquelle 6 verbunden. Die Referenzsignalquelle 6 ist durch einen ersten Impedanzwandler N4 realisiert, wobei der Ausgang Q3 des ersten Impedanzwand- lers N4 auf den invertierenden Eingang Q2 des zugehörigenThe magnetic field sensor 4 is preferably a Hall element. A positive power supply connection I p is supported by a DC voltage source U s , while the negative power supply connection I n of the Hall element 4 is electrically connected to a reference potential GND. A positive measurement output M p of the Hall element 4 is connected to a first input Q1 of a reference signal source 6. The reference signal source 6 is implemented by a first impedance converter N4, the output Q3 of the first impedance converter N4 to the inverting input Q2 of the associated one
Operationsverstärkers zurückgekoppelt ist und das Referenzsignal liefert. Ein negativer Meßausgang Mn des Hall-Elementes 4 ist mit einem nicht invertierenden Eingang Ml eines optionalen Meßsignalverstärkers 5 verbunden. Das Referenzsignal am Ausgang Q3 der Referenzsignalquelle 6 wird einem invertierenden Eingang M2 des Meßsignalverstärkers 5 zugeführt. Der Ausgang M3 des Meßsignalverstärkers 5 ist mit einem ersten Eingang Kl eines Komparators 7 verbunden.Operational amplifier is fed back and provides the reference signal. A negative measuring output M n of the Hall element 4 is connected to a non-inverting input Ml of an optional measuring signal amplifier 5. The reference signal at the output Q3 of the reference signal source 6 is fed to an inverting input M2 of the measurement signal amplifier 5. The output M3 of the measurement signal amplifier 5 is connected to a first input Kl of a comparator 7.
Der Ausgang Q3 der Referenzsignalquelle 6 ist mit einem zweiten Komparatoreingang K2 verbunden. In einer besonders einfach zu realisierenden Ausgestaltung weist der Komparator 7 einen Operationsverstärker N3, welcher die Funktion eines Schwellwertschalters hat, und einen durch zwei Widerstände R4 und R5 gebildeten Spannungsteiler auf. Ein nichtinvertieren- der Eingang des Operationsverstärkers N3 bildet gleichzeitig den ersten Komparatoreingang Kl. Zwischen dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers N3 und dem Referenzpotential GND ist ein erster Widerstand R5 des Spannungsteilers an- geordnet. Der zweite Widerstand R4 des Spannungsteilers ist zwischen dem zweiten Komparatoreingang K2 und dem invertierenden Eingang des Verstärkers N3 angeordnet. Durch die Be- messung der Widerstände R4 und R5 ist es möglich, den Kompa- ratorschwellwert beliebig anzupassen. Unterschreitet also das verstärkte Meßsignal einen bestimmten Schwellwert, liefert der Ausgang K3 des Komparators 7 ein von Null verschiedenes Komparatorausgangssignal, welches logisch einem positiven Zustand des Komparators 7 entspricht.The output Q3 of the reference signal source 6 is connected to a second comparator input K2. In a particularly simple embodiment, the comparator 7 has an operational amplifier N3, which has the function of a threshold switch, and a voltage divider formed by two resistors R4 and R5. A non-inverting input of the operational amplifier N3 simultaneously forms the first comparator input Kl. A first resistor R5 of the voltage divider is arranged between the inverting input of the operational amplifier N3 and the reference potential GND. The second resistor R4 of the voltage divider is arranged between the second comparator input K2 and the inverting input of the amplifier N3. Through the loading measurement of the resistors R4 and R5, it is possible to adapt the comparator threshold value as desired. If the amplified measurement signal falls below a certain threshold value, the output K3 of the comparator 7 supplies a non-zero comparator output signal which logically corresponds to a positive state of the comparator 7.
Ferner weist das Relais gemäß Figur 1 eine Überwachungseinheit 8 auf, welche einen ersten Tiefpaß TPl, einen zweiten Tiefpaß TP2, eine Initialisierungseinheit IE und eine Schalteinheit SE enthält. Während der erste Tiefpaß TPl durch ein zwischen zwei Steuereingangsanschlußelementen Sl und S2 anliegendes Steuereingangssignal angesteuert wird, wird der zweite Tiefpaß TP2 durch das Komparatorausgangssignal ange- steuert. Das zweite Steuereingangsanschlußelement S2 ist elektrisch mit dem Referenzpotential GND verbunden. Die Initialisierungseinheit IE ist sowohl mit dem ersten Tiefpaß TPl als auch mit dem zweiten Tiefpaß TP2 gekoppelt und dient dem Herstellen von Anfangsbedingungen für die beiden Tiefpäs- se TPl und TP2. Des weiteren ist die Initialisierungseinheit IE mit der Schalteinheit SE gekoppelt, welche die elektrische Verbindung zwischen dem ersten Eingangsanschlußelement Sl und einem ersten Wicklungsanschlußelement Wl der Erregerspule 2 steuert. Das zweite Wicklungsanschlußelement W2 ist ebenso wie das zweite Steuereingangsanschlußelement S2 mit dem Referenzpotential GND verbunden. Die beiden Tiefpässe TPl und TP2 sind ferner mit einer Schaltzustandsspeichereinheit 9 gekoppelt, welche die beiden Tiefpässe TPl und TP2 auf Aktivierung oder Deaktivierung überprüft und daraus den Betriebszustand des Relais ableitet. Die Schaltzustandsspeichereinheit 9 ist mit Mitteln zum Kippen des Zustandes der Schalteinheit SE ausgestattet und weist infolgedessen auch eine Verbindung zur Schalteinheit SE auf. Ebenfalls mit der Schalteinheit SE der Überwachungseinheit 8 ist der erste Tiefpaß TPl gekoppelt, wodurch eine Relaiseinschaltverzögerung realisiert wird. Der zweite Tiefpaß TP2 dient dem differenzierten Ansprechen der Überwachungseinheit 8 im Hinblick auf kurzzeitige Einschalt- Stromspitzen, insbesondere bei induktiven Lasten oder Kurzschluß- bzw. Überlastzuständen des Relais.Furthermore, the relay according to FIG. 1 has a monitoring unit 8, which contains a first low-pass filter TP1, a second low-pass filter TP2, an initialization unit IE and a switching unit SE. While the first low-pass filter TP1 is controlled by a control input signal present between two control input connection elements S1 and S2, the second low-pass filter TP2 is activated by the comparator output signal. The second control input connection element S2 is electrically connected to the reference potential GND. The initialization unit IE is coupled both to the first low-pass filter TP1 and to the second low-pass filter TP2 and is used to establish initial conditions for the two low-pass filters TP1 and TP2. Furthermore, the initialization unit IE is coupled to the switching unit SE, which controls the electrical connection between the first input connection element S1 and a first winding connection element W1 of the excitation coil 2. The second winding connection element W2, like the second control input connection element S2, is connected to the reference potential GND. The two low-pass filters TP1 and TP2 are also coupled to a switching state memory unit 9, which checks the two low-pass filters TP1 and TP2 for activation or deactivation and derives the operating state of the relay therefrom. The switching state storage unit 9 is equipped with means for tilting the state of the switching unit SE and consequently also has a connection to the switching unit SE. The first low-pass filter TP1 is also coupled to the switching unit SE of the monitoring unit 8, as a result of which a relay switch-on delay is implemented. The second low-pass filter TP2 is used for the differentiated response of the monitoring unit 8 with regard to brief switch-on Current peaks, especially with inductive loads or short-circuit or overload conditions of the relay.
Figur 2 zeigt eine bevorzugte Ausgestaltung eines Relais ge- maß Figur 1, wobei der strukturelle Aufbau des Relais gemäß Figur 2 mit dem des Relais gemäß Figur 1 weitgehend identisch ist. Im wesentlichen beziehen sich die Unterschiede zwischen dem Relais gemäß Figur 1 und dem Relais gemäß Figur 2 auf eine konkretisierte Ausgestaltung der Überwachungseinheit 8, der Schaltzustandsspeichereinheit 9, einem zweiten Impedanzwandler 10 und einer zusätzlichen Statusanzeigeeinheit 11. Weitere Unterschiede ergeben sich bei der Ausgestaltung des Meßsignalverstärkers 5 und des Komparators 7.FIG. 2 shows a preferred embodiment of a relay according to FIG. 1, the structural structure of the relay according to FIG. 2 being largely identical to that of the relay according to FIG. 1. The differences between the relay according to FIG. 1 and the relay according to FIG. 2 essentially relate to a specific embodiment of the monitoring unit 8, the switching state storage unit 9, a second impedance converter 10 and an additional status display unit 11. Further differences arise in the configuration of the measurement signal amplifier 5 and the comparator 7.
Der Meßsignalverstärker 5 weist zwei Widerstände R2 und R3 auf, mit denen das Verstärkungsverhältnis des Meßsignalverstärkers 5 eingestellt werden kann. Ein erster Widerstand R2 des Meßsignalverstärkers 5 ist zwischen dem Ausgang Q3 der Referenzsignalquelle 6 und einem invertierenden Eingang des zum Meßsignalverstärker 5 gehörigen Operationsverstärkers N2 angeordnet. Zwischen dem Ausgang M3 und dem invertierenden Eingang M2 des Operationsverstärkers M2 ist ein weiterer Widerstand R3 angeordnet.The measuring signal amplifier 5 has two resistors R2 and R3, with which the amplification ratio of the measuring signal amplifier 5 can be adjusted. A first resistor R2 of the measurement signal amplifier 5 is arranged between the output Q3 of the reference signal source 6 and an inverting input of the operational amplifier N2 belonging to the measurement signal amplifier 5. Another resistor R3 is arranged between the output M3 and the inverting input M2 of the operational amplifier M2.
Der Komparator 7 gemäß Figur 2 weist zusätzlich einen Bipolartransistor V4 als zusätzliches Schaltelement auf, dessen Basis über einen Widerstand R6 mit dem Ausgang des zum Komparator 7 gehörigen Operationsverstärkers N3 verbunden ist. Der Emitter des Bipolartransistors V4 ist elektrisch mit dem Be- zugspotential GND verbunden, während der Kollektor des Bipolartransistors V4 den Ausgangsanschluß K3 des Komparators 7 darstellt.The comparator 7 according to FIG. 2 additionally has a bipolar transistor V4 as an additional switching element, the base of which is connected via a resistor R6 to the output of the operational amplifier N3 belonging to the comparator 7. The emitter of the bipolar transistor V4 is electrically connected to the reference potential GND, while the collector of the bipolar transistor V4 represents the output terminal K3 of the comparator 7.
Der positive Stromversorgungsanschluß Ip ist beim Relais ge- maß Figur 2 über den zweiten Impedanzwandler 10 mit dem ersten Steuereingangsanschlußelement Sl verbunden. Am Ausgang T3 des zweiten Impedanzwandlers 10 liegt eine von den Schwan- kungen des Steuereingangssignales entkoppelte Gleichspannung UΞ an. Der zweite Impedanzwandler 10 ist durch einen Operationsverstärker Nl gebildet, dessen Ausgang T3 auf den invertierenden Eingang T2 zurückgekoppelt ist. Der nichtinvertie- rende Eingang Tl des Verstärkers Nl ist über einen Widerstand Rl mit dem ersten Steuereingangsanschlußelement verbunden. Zusätzlich ist der nichtinvertierende Eingang Tl des Verstärkers Nl mit einer Zenerdiode VI beschaltet, deren Kathode am nichtinvertierenden Eingang Tl des Verstärkers Nl angeschlos- sen ist, während ihre Anode elektrisch mit dem Referenzpotential GND verbunden ist. Die Zenerdiode VI dient der Span- nungsbegrenzung am Eingang des zweiten Impedanzwandlers 10 und der Ausfilterung von Schwankungen des Steuereingangssignales, welches zwischen den Steuereingangsanschlußelemen- ten Sl und S2 anliegt.In the relay according to FIG. 2, the positive power supply connection I p is connected to the first control input connection element S1 via the second impedance converter 10. At the output T3 of the second impedance converter 10 there is one of the oscillators of the control input signal decoupled DC voltage U Ξ . The second impedance converter 10 is formed by an operational amplifier Nl, the output T3 of which is fed back to the inverting input T2. The non-inverting input T1 of the amplifier NI is connected to the first control input connection element via a resistor R1. In addition, the non-inverting input T1 of the amplifier N1 is connected to a zener diode VI, the cathode of which is connected to the non-inverting input T1 of the amplifier N1, while its anode is electrically connected to the reference potential GND. The Zener diode VI serves to limit the voltage at the input of the second impedance converter 10 and to filter out fluctuations in the control input signal which is present between the control input connection elements S1 and S2.
Sowohl der erste Tiefpaß TPl als auch der zweite Tiefpaß TP2 sind durch RC-Glieder gebildet. Der Kondensators Cl des ersten Tiefpaß TPl ist zwischen einem ersten Anschluß AI und einem zweiten Anschluß A2 der Initialisierungseinheit IE angeschlossen, während der zugehörige Widerstand RIO eine elektrische Verbindung zwischen dem zweiten Anschluß A2 der Initialisierungseinheit und dem Referenzpotential GND darstellt. Analog dazu sind der Kondensator C2 und der Wider- stand R7 des zweiten Tiefpaß TP2 angeordnet. Während der Widerstand R7 des zweiten Tiefpaß TP2 eine elektrische Verbindung zwischen einem vierten Anschluß A4 der Initialisierungseinheit IE und dem Ausgang K3 des Komparators 7 darstellt, ist der Kondensator C2 zwischen einem dritten Anschluß A3 der Initialisierungseinheit IE und dem vierten Anschluß A4 angeordnet.Both the first low-pass filter TP1 and the second low-pass filter TP2 are formed by RC elements. The capacitor C1 of the first low-pass filter TP1 is connected between a first connection AI and a second connection A2 of the initialization unit IE, while the associated resistor RIO represents an electrical connection between the second connection A2 of the initialization unit and the reference potential GND. The capacitor C2 and the resistor R7 of the second low-pass filter TP2 are arranged analogously to this. While the resistor R7 of the second low-pass filter TP2 represents an electrical connection between a fourth connection A4 of the initialization unit IE and the output K3 of the comparator 7, the capacitor C2 is arranged between a third connection A3 of the initialization unit IE and the fourth connection A4.
Sowohl der erste Anschluß AI als auch der dritte Anschluß A3 der Initialisierungseinheit IE sind über die Dioden V6 und V5 vom ersten Steuereingangsanschlußelement Sl entkoppelt. Die Anoden der beiden Dioden V5 und V6 sind dabei mit dem ersten Steuereingangsanschlußelement Sl verbunden. Des weiteren weist die Initialisierungseinheit IE zwei Bipolartransistoren V7 und V8 auf, welche dem Kurzschließen der Kondensatoren Cl und C2 der Tiefpässe TPl und TP2 dienen. Dadurch werden die Kondensatoren entladen und entsprechende Anfangsbedingungen hergestellt. Ein erster Bipolartransistor V7 der Initialisierungseinheit IE ist dabei mit seinem Emitter am ersten Anschluß AI der Initialisierungseinheit IE angeschlossen, während sein Kollektor den zweiten Anschluß A2 der Initialisierungseinheit IE bildet. In entsprechender Weise ist der Bipo- lartransistor V8 der Initialisierungseinheit IE zwischen dem dritten Anschluß A3 und dem vierten Anschluß A4 der Initialisierungseinheit IE angeschlossen. Die Basisanschlüsse der Bipolartransistoren V7 und V8 sind miteinander verbunden und über eine dritte Diode V0 der Initialisierungseinheit IE ge- genüber dem ersten Steuereingangsanschlußelement Sl entkoppelt. Auch hier ist die dritte Diode V0 der Initialisierungseinheit IE mit ihrer Anode am Steuereingangsanschlußelement Sl angeschlossen. Zusätzlich ist zwischen den Basisanschlüssen der beiden Bipolartransistoren V7 und V8 und dem Refe- renzpotential GND ein zusätzlicher Widerstand R8 angeordnet.Both the first connection AI and the third connection A3 of the initialization unit IE are decoupled from the first control input connection element S1 via the diodes V6 and V5. The anodes of the two diodes V5 and V6 are connected to the first control input connection element S1. Furthermore the initialization unit IE has two bipolar transistors V7 and V8, which serve to short-circuit the capacitors C1 and C2 of the low-pass filters TP1 and TP2. This discharges the capacitors and creates the appropriate initial conditions. A first bipolar transistor V7 of the initialization unit IE is connected with its emitter to the first connection AI of the initialization unit IE, while its collector forms the second connection A2 of the initialization unit IE. In a corresponding manner, the bipolar transistor V8 of the initialization unit IE is connected between the third connection A3 and the fourth connection A4 of the initialization unit IE. The base connections of the bipolar transistors V7 and V8 are connected to one another and decoupled from the first control input connection element S1 via a third diode V0 of the initialization unit IE. Here too, the third diode V0 of the initialization unit IE is connected with its anode to the control input connection element S1. In addition, an additional resistor R8 is arranged between the base connections of the two bipolar transistors V7 and V8 and the reference potential GND.
Die Schalteinheit SE weist einen Bipolartransistor V9 und eine Zenerdiode V10 auf. Der Emitter des Bipolartransistors V9 ist elektrisch mit dem ersten Steuereingangsanschlußelement Sl verbunden, während sein Kollektor mit dem ersten Wicklungsanschlußelement Wl verbunden ist. Die Basis des zur Schalteinheit SE gehörigen Bipolartransistors V9 ist über die Zenerdiode V10 mit dem zweiten Anschluß A2 der Initialisierungseinheit IE verbunden. Dabei ist die Kathode der Zenerdi- ode V10 direkt an die Basis des Bipolartransistors V9 angeschlossen.The switching unit SE has a bipolar transistor V9 and a zener diode V10. The emitter of the bipolar transistor V9 is electrically connected to the first control input connection element S1, while its collector is connected to the first winding connection element Wl. The base of the bipolar transistor V9 belonging to the switching unit SE is connected to the second terminal A2 of the initialization unit IE via the Zener diode V10. The cathode of the Zener diode V10 is connected directly to the base of the bipolar transistor V9.
Die Schaltzustandsspeichereinheit 9 mit Mitteln zum Kippen des Zustandes der zur Überwachungseinheit 8 gehörigen Schalt- einheit SE weist einen ähnlichen Aufbau wie die Schalteinheit SE auf. Ein Bipolartransistor V2 der Schaltzustandsspeichereinheit 9 ist mit seinem Emitter am ersten Steuerein- gangsanschlußelement Sl angeschlossen und seine Basis ist über eine Zenerdiode V3 mit dem vierten Anschluß A4 der Initialisierungseinheit IE verbunden. In analoger Weise ist hier die Kathode der Zenerdiode V3 direkt an die Basis des Bipolartransistors V2 angeschlossen. Der Kollektor des zur Schaltzustandsspeichereinheit 9 gehörigen Bipolartransistors V2 ist an den zweiten Anschluß A2 der Initialisierungseinheit IE angeschlossen.The switching state storage unit 9 with means for tilting the state of the switching unit SE belonging to the monitoring unit 8 has a structure similar to that of the switching unit SE. A bipolar transistor V2 of the switching state memory unit 9 has its emitter connected to the first control unit. gangsanschlußelement S1 connected and its base is connected via a Zener diode V3 to the fourth terminal A4 of the initialization unit IE. In an analogous manner, the cathode of the Zener diode V3 is connected directly to the base of the bipolar transistor V2. The collector of the bipolar transistor V2 belonging to the switching state storage unit 9 is connected to the second connection A2 of the initialization unit IE.
Zusätzlich weist das Relais gemäß Figur 2 einen parallel zur Erregerwicklung 2 geschalteten Shunt-Widerstand R12, welcher zwischen den Wicklungsanschlußelementen Wl und W2 angeordnet ist, und einen Widerstand R9 auf, welcher zwischen dem zweiten Wicklungsanschlußelement W2 und dem Komparatorausgang K3 angeordnet ist.In addition, the relay according to FIG. 2 has a shunt resistor R12 connected in parallel with the excitation winding 2, which is arranged between the winding connection elements W1 and W2, and a resistor R9, which is arranged between the second winding connection element W2 and the comparator output K3.
Der vom zweiten Impedanzwandler 10 gespeiste und auf diese Weise temperaturkompensierte Hall-Sensor 4 erzeugt ein laststromproportionales Meßsignal. Die Spannung am Ausgang Q3 der Referenzsignalquelle 6 bildet eine Vergleichsgröße für eine Überstromschwelle, welche zusätzlich über das Teilungs- verhältnis der Widerstände R4 und R5 eingestellt werden kann. Das verstärkte Meßsignal am Ausgang M3 des Meßsignalverstärkers 5 kann daher mit dem am Komparator 7 eingestellten Über- stromschwellwert verglichen werden. Das Ergebnis dieses analogen Meßwertvergleiches wird in ein logisches Signal umgesetzt, welches am Ausgang K3 des Komparators 7 abgreifbar ist. Da das verwendete Hall-Element 4 einen negativen Temperaturkoeffizienten aufweist, während die Zenerdiode VI am Eingang des zweiten Impedanzwandlers einen positiven Temperaturkoeffizienten aufweist, erfolgt eine Temperaturkompensation. Die Versorgungsspannung Us für das Hall-Element wird nämlich bei steigenden Temperaturen erhöht und bei abfallenden Temperaturen gemäß dem Zenerdiodentemperaturkoeffizienten re- duziert. Die Verwendung einer durch einen ersten Impedanzwandler gebildeten Referenzsignalquelle als Eingangsgröße für den Komparator K7 bietet den Vorteil, daß der durch die Refe- renzsignalquelle eingestellte Überstromschwellwert unabhängig von den Schwankungen des Steuereingangssignales zwischen den Steuereingangsanschlüssen Sl und S2 ist.The Hall sensor 4, which is fed by the second impedance converter 10 and thus temperature-compensated, generates a measurement signal proportional to the load current. The voltage at the output Q3 of the reference signal source 6 forms a comparison variable for an overcurrent threshold, which can additionally be set via the division ratio of the resistors R4 and R5. The amplified measurement signal at the output M3 of the measurement signal amplifier 5 can therefore be compared with the overcurrent threshold value set on the comparator 7. The result of this analog measured value comparison is converted into a logic signal which can be tapped at the output K3 of the comparator 7. Since the Hall element 4 used has a negative temperature coefficient, while the Zener diode VI has a positive temperature coefficient at the input of the second impedance converter, temperature compensation takes place. The supply voltage U s for the Hall element is namely increased with increasing temperatures and reduced with decreasing temperatures in accordance with the Zener diode temperature coefficient. The use of a reference signal source formed by a first impedance converter as an input variable for the comparator K7 offers the advantage that the reference signal source Limit signal source set overcurrent threshold is independent of the fluctuations in the control input signal between the control input terminals S1 and S2.
Durch die Variation des Wertes für den Widerstand R4 wird nicht nur der Überstromschwellwert eingestellt, sondern es erfolgt gleichzeitig eine Driftkompensation für den Hall- Sensor und den Meßsignalverstärker . Somit kann die Kompensation der Drift des Magnetfeldsensors 4 und des Meßsignalver- stärkers 5 sowie die Einstellung des Überstromschwellwertes in einem einzigen Fertigungsschritt realisiert werden, wodurch eine erhebliche Kostenreduzierung bei der Fertigung möglich ist.By varying the value for resistor R4, not only is the overcurrent threshold set, but drift compensation is also carried out for the Hall sensor and the measurement signal amplifier. The compensation of the drift of the magnetic field sensor 4 and of the measurement signal amplifier 5 and the setting of the overcurrent threshold value can thus be implemented in a single production step, whereby a considerable reduction in production costs is possible.
Liegt zwischen den Steuereingangsanschlußelementen Sl und S2 eine Steuerspannung an, so schaltet der Transistor V9 nach einer Zeitverzögerung durch, die durch den Tiefpaß TPl hervorgerufen wird. Diese Einschaltzeitverzögerung ist notwendig, um ein mögliches, durch Lichtbogen verursachtes Kleben der Relaiskontakte bei Überbelastung zu verhindern. Das Wie- dereinschalten der Kontakte des Relais erfolgt verzögert, um insbesondere auch im Kurzschlußfall eine Abkühlung der Kontakte zu ermöglichen. Beim Einschalten sperrt der Transistor V9 gleichzeitig den Transistor V2 der Schaltzustandsspei- chereinheit 9, da das Potential am Basisanschluß des Bipolartransistors V2 ungefähr auf den Wert der Steuerspannung angehoben wird.If a control voltage is present between the control input connection elements S1 and S2, the transistor V9 turns on after a time delay which is caused by the low-pass filter TP1. This switch-on delay is necessary in order to prevent the relay contacts from sticking due to arcing in the event of overload. The relay contacts are switched on again with a delay in order to allow the contacts to cool, particularly in the event of a short circuit. When switched on, the transistor V9 simultaneously blocks the transistor V2 of the switching state memory unit 9, since the potential at the base connection of the bipolar transistor V2 is raised approximately to the value of the control voltage.
Unterschreitet das verstärkte Meßsignal am Ausgang M3 des Meßsignalverstärkers 5 den eingestellten Überstromschwellwert, wird der Bipolartransistor V4 des Komparators 7 über den Operationsverstärker N3 durchgeschaltet, wodurch der zweite Tiefpaß TP2 aktiviert wird. Wird die Sperrspannung der Zenerdiode V3 und des Transistors V2 überschritten, so schal- tet der Transistor V2 durch und hebt dadurch das Potential am Basisanschluß des Transistors V9 auf den Wert der Steuerspannung an, wodurch dieser gesperrt wird. Der zweite Tiefpaß TP2 dient nicht nur dem Austasten von Einschaltstromspitzen, sondern auch als Ausschaltverzögerung für das Relais.If the amplified measurement signal at the output M3 of the measurement signal amplifier 5 falls below the set overcurrent threshold value, the bipolar transistor V4 of the comparator 7 is switched through via the operational amplifier N3, whereby the second low-pass filter TP2 is activated. If the blocking voltage of the Zener diode V3 and the transistor V2 is exceeded, the transistor V2 switches through and thereby raises the potential at the base connection of the transistor V9 to the value of the control voltage, as a result of which the latter is blocked. The second low pass TP2 is not only used for blanking inrush current peaks, but also as a switch-off delay for the relay.
Wird der Bipolartransistor V2 der Schaltzustandsspeicherein- heit 9 aufgrund eines Kurzschlußstroms oder eines Überlaststromes durchgeschaltet, bleibt der Transistor V9 der Schalteinheit SE dauerhaft ausgeschaltet. Dieser stabile Schaltzustand bleibt so lange erhalten, bis die Steuerspannung zwischen den Steuereingangsanschlußelementen Sl und S2 ausge- schaltet ist und die Kondensatoren Cl und C2 der Tiefpässe TPl und TP2 über die Transistoren V7 und V8 der Initialisierungseinheit IE entladen werden. Die Funktion der Dioden V0, V5 und V6 der Initialisierungseinheit ist darin zu sehen, daß das Emitterpotential der Transistoren V7 und V8 gegenüber dem Steuereingangsanschlußelement Sl entkoppelt wird, welches eine definierte und schnelle Entladung der Kondensatoren Cl und C2 ermöglicht. Die Entladung der Kondensatoren Cl und C2 ist auch gewährleistet, wenn die Steuerspannungsquelle potentialfrei von den Steuereingangsanschlußelementen Sl und S2 ge- trennt wird. Liegt zwischen den Steuereingangsanschlußelementen Sl und S2 eine Steuerspannung an, bleiben die Transistoren V7 und V8 stets gesperrt, da ihre Basen direkt über die Dioden V0, V5 und V6 an das erste Steuereingangsanschlußelement Sl gekoppelt sind.If the bipolar transistor V2 of the switching state memory unit 9 is switched on due to a short-circuit current or an overload current, the transistor V9 of the switching unit SE remains switched off permanently. This stable switching state is maintained until the control voltage between the control input connection elements S1 and S2 is switched off and the capacitors C1 and C2 of the low-pass filters TP1 and TP2 are discharged via the transistors V7 and V8 of the initialization unit IE. The function of the diodes V0, V5 and V6 of the initialization unit can be seen in the fact that the emitter potential of the transistors V7 and V8 is decoupled from the control input connection element S1, which enables a defined and rapid discharge of the capacitors Cl and C2. The discharge of the capacitors C1 and C2 is also ensured if the control voltage source is isolated from the control input connection elements S1 and S2 in a potential-free manner. If a control voltage is present between the control input connection elements S1 and S2, the transistors V7 and V8 always remain blocked because their bases are coupled directly to the first control input connection element S1 via the diodes V0, V5 and V6.
Die zur Schalteinheit SE bzw. zur Schaltzustandsspeichereinheit 9 gehörigen Zenerdioden V3 und VI0 bieten neben ihrer eigentlichen Schaltungsfunktion auch einen Überspannungs- und Verpolungsschutz für die Kondensatoren Cl und C2. Ferner weist das Relais gemäß Figur 2 eine Statusanzeigeeinheit 11 auf, welche durch einen Operationsverstärker N5, einen Eingangswiderstand Rll und eine Zenerdiode Vll gebildet ist. Am nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers N5 liegt das Ausgangssignal der Referenzsignalquelle 6 an. Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers N5 ist über den Eingangswiderstand Rll elektrisch mit dem ersten Wicklungsanschlußelement Wl verbunden. Die Kathode der Zenerdiode Vll ist ebenfalls am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers N5 angeschlossen, während ihre Anode elektrisch mit dem zweiten Steuereingangsanschlußelement S2 verbunden ist. Das Statussignal ist am Ausgang ST des zur Statusanzeigeeinheit 11 gehörigen Operationsverstärkers N5 abgreifbar. Die Funktion der Bauelemente Rll und Vll ist in der Vorgabe des Spannungsschwellwertes zur Bestimmung des Relais-Schaltzustandes und im Schutz der Verstärkereingänge des Operationsverstärkers N5 gegen mögliche Überspannungen zu sehen. The Zener diodes V3 and VI0 belonging to the switching unit SE or to the switching state storage unit 9, in addition to their actual switching function, also offer overvoltage and reverse polarity protection for the capacitors C1 and C2. Furthermore, the relay according to FIG. 2 has a status display unit 11, which is formed by an operational amplifier N5, an input resistor Rll and a zener diode Vll. The output signal of the reference signal source 6 is present at the non-inverting input of the operational amplifier N5. The inverting input of the operational amplifier N5 is electrically connected to the first winding connection element W1 via the input resistor R11. The cathode of the zener diode Vll is also connected to the inverting input of operational amplifier N5, while its anode is electrically connected to second control input connection element S2. The status signal can be tapped at the output ST of the operational amplifier N5 belonging to the status display unit 11. The function of the components Rll and Vll can be seen in the specification of the voltage threshold for determining the relay switching state and in the protection of the amplifier inputs of the operational amplifier N5 against possible overvoltages.
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