CIRCUIT FOR A BISTABLE RELAY PRESENTING A MONOSTABLE SWITCHING BEHAVIOUR

Abstract: 1. A circuit arrangement (10) having a differentiating stage (14) for the control of a bistable relay (9) which has a monostable switching characteristic and which in the working position lies in series with a polarity-reversal capacitor (12), which for the switching-off of the relay (9) is dischargeable by way of this, in which respect the polarity-reversal capacitor (12) lies in the bridge diagonal of a bridge circuit which is connected to a direct-voltage supply circuit (8), characterized in that the bridge circuit has in its parallel branches on the one hand a series connection of the relay (9) with a relay switch (20) and on the other hand a series connection of a working switch (13) with a switch-off switch (15) working complementarily to this, and a control signal transmitter (11) connectd in parallel with the bridge circuit to the supply circuit (8) is provided, from which the working switch (13) or respectively the switch-off switch (15) are controllable and the relay switch (20) can be switched through transientally by way of the differentiating stage (14).

Description: Schaltungsanordnung für ein monostabiles Schaltverhalten aufweisendes bistabiles Relais Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung gemäss dem Oberbegriff des Anspruches 1. Eine derartige Schaltungsanordnung ist aus der DE-PS 31 19 515 bekannt. Dort ist als Differenzierschaltung ein Kondensator in Serie mit dem Relais vorgesehen; wobei diese Serienschaltung nicht gegenüber einem festen Bezugspotential arbeitet, sondern zwischen alternierenden Potentialen liegt. Unzweckmässig ist also insbesondere, dass das Relais ohne festes Bezugspotential und somit empfindlich gegen elektrische Störeinstreuungen arbeiten muss, mit der damit einhergehenden Erschwernis der Fehlersuche bei Fehl funktionen. In Erkenntnis dieser Gegebenheiten liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung gattungsgemässer Art derart auszubilden, dass unkritischere Ansteuerungs- und Betriebsverhältnisse zu einer sichereren Arbeitsweise des Relais führen; wobei hinsichtlich der Arbeitsweise des Relais aus Sicherheitsaspekten dessen Rück schaltung aus einer möglicherweise gegebenen Arbeitsstellung in die Ruhestellung auch dann sicherstellbar sein soll, wenn aus irgendeinem Grunde die Leistungsversorgung aus der Versorgungsschaltung einmal ausfallen sollte. Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemässen Schaltung#sanordnung erfindungsgemäss im wesentlichen dadurch gelöst, dass sie gemäss dem Kennzeichnungsteil des Anspruches 1 ausgelegt ist. Nach dieser Lösung wird bei in die Arbeitsstellung geschaltetem Relais ein Umpolungs-Kondensator aufgeladen, der von einem Abschalt Steuersignal, oder aber bei Fortfall der Versorgungsspannung, entgegen seiner Einschalt-Stromrichtung über das Relais wieder entladen wird, das Relais also zwangsläufig elektrisch in die Abschalt- oder Ruhestellung zurücksetzt. Dabei ist es ohne weiteres schaltungstechnisch realisierbar, den in einer Brückenschaltungs-Diagonale liegenden Umpolungs-Kondensator erst dann aufzuladen, wenn die Belastung der Versorgungsschaltung durch das Setzen des Relais in seine Arbeitsstellung, die dann aufgrund der magnetisch-mechanischen Konstruktion des Relais (bis zur elektrisch gegenpoligen Ansteuerung) bistabil beibehalten bleibt, abgeklungen ist. Dadurch ist eine überlappende Beanspruchung der Versorgungsschaltung und somit deren Auslegung für nur kurzzeitig erforderliche Leistungsspitzen vermieden, was von besonderer praktischer Bedeutung ist, wenn es sich bei der Versorgungsschaltung um eine nur zur Netzausfall-Überbrückung dimensionierte Batterie handelt. Besonders zweckmässig ist es, eine erfindungsgemässe Schaltungsanordnung aus diskreten Bauelementen mit bipolaren Transistoren als elektrisch ansteuerbaren Schaltern zu realisieren; denn es sind für die Funktion der Ansteuerungsschaltung nur wenige Bauelemente erforderlich, und diese können dann aus der gleichen Versorgungsschaltung betrieben werden, wie das Relais und dessen eigentlicher Steuersignalgeber, dem die Ansteuerungsschaltung unmittelbar elektrisch nachgeschaltet werden kann. Die Kondensator-Entladung zum Rücksetzen des Relais kann über einen Schalt-Transistor erfolgen, der bei Ausfall der Versorgungsspannung selbst leitend ist und so die Ruhestellung des Relais sicherstellt. Damit erübrigt es sich, auf eine kostspieligere Realisierung in integrierter Schaltungstechnik zurückzugreifen und die dafür erforderlichen, von der Betriebsspannung des Relais in aller Regel abweichenden Betriebsspannungen gesondert zur Verfügung zu stellen sowie zusätzliche Anpassschaltungen zwischen einer integrierten Ansteuerschaltung und dem Steuersignalgeber einerseits sowie dem Relais andererseits vorzusehen. Ausserdem ist der Ruhestrombedarf einer aus diskreten Bauelementen optimiert aufgebauten Ansteuerungsschaltung der hier erforderlichen Art deutlich niedriger, als im Falle der Realisierung mit integrierten Bausteinen, zumal wenn man berücksichtigt, dass diese wie erwähnt einer eigenen Versorgung zur Bereitstellung angepasster Betriebsspannungen bedürfen. Zusätzliche Alternativen und Weiterbildungen sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen und, auch unter Berücksichtigung der Darlegungen in der Zusammenfassung, aus nachstehender Beschreibung eines in der Zeichnung unter Beschränkung auf das Wesentliche als Blockschaltbild dargestellten bevorzugten Realisierungsbeispiels zur erfindungsgemässen Lösung. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine aus diskreten Bauelementen aufgebaute erfindungsgemässe Ansteuerungsschaltung. Aus einer Gleichspannungs-Versorgungsschaltung 8 wird ein bistabiles, nämlich mit magnetischen und/oder mechanischen Einrichtungen zur Aufrechterhaltung einer elektrisch initiierten Schaltstellung ausgestattetes, Relais 9 über eine Ansteuerungsschaltung 10 aus einem Steuersignalgeber 11 derart betrieben, dass es monostabiles Arbeitsverhalten zeigt, also aus der Arbeits- oder Einschaltstellung bei Fortfall eines Einschalt-Steuersignales 7 (oder gar der Spannung der Versorgungsschaltung 8) trotz seiner intern bistabilen Funktion in die Abschalt- oder Ruhestellung zurückschaltet. Dafür ist vorgesehen, während des Anstehens der Einschaltstellung des Relais 9 über dieses einen damit über eine Brücken-Diagonale in Serie liegenden Umpolungs-Kondensator 12 aufzuladen; der bei Beendigung des Einschalt-Steuersignales 7 dem Relais 9 parallelgeschaltet wird, sich also unter Umkehrung der am Relais 9 anstehenden Polaritäten über dieses entlädt und damit das Relais 9 zwangsläufig in die monostabil-stationäre Abschalt- oder Ruhestellung zurückschaltet. Im einzelnen ist die Arbeitsweise der in der Zeichnung als bevorzugtes Realisierungsbeispiel dargestellten Ansteuerungsschaltung 10 die folgende: Der Steuersignalgeber 11 liefert als Einschalt-Information ein Steuersignal 7, das (im dargestellten Beispielsfalle) H-Potential aufweist und damit einen als Transistor ausgebildeten, polaritätsabhängig ansprechenden Schalter 13 zu einer Differenzierstufe 14 durchschaltet. Gleichzeitig wird über einen mit dem vorerwähnten Transistor in Serie liegenden, aber komplementären Transistor-Schalter 15 die Differenzstufe 14 vom L-Potential getrennt. Die (beispielsweise aus der Serienschaltung eines Widerstandes 16 mit einem Kondensator 17 aufgebaute) Differenzierstufe 14 liefert einen abklingenden Einschaltimpuls 18 an einen invertierenden Verstärker 19 zum Durchschalten eines, mit dem Relais 9 an der Versorgungsschaltung 8 in Serie liegenden, Leistungs-Schalters 20. In der dargestellten Schaltungsrealisierung ist der Verstärker 19 ein Transistor, der mit der Basis des Transistor-Schalters 20 über einen Vorwiderstand 21 nach Art einer Darlington-Schaltung zusammenwirkt. Bei abgeschaltetem Transistor-Verstärker 19 erfolgt die weitere Entladung des Kondensators 17 über einen Widerstand 22. Mittels dieses Widerstandes 22 am Eingang des Verstärkers. 19, also im dargestellten einfachsten Beispielsfalle an der Basis eines Transistors, ist ferner über die Arbeitspunkt-Beeinflussung der Pegel vorgebbar, unter dem bei abklingendem Einschaltimpuls 18 der Schalter 20 wieder öffnet; somit bestimmt die Differenzier-Zeitkonstante der RC-Stufe 14 die Länge des über den Schalter 20 ausgelösten Einschalt-Stromimpulses 23 für die Ansteuerung des Relais 9. Der Kondensator 12 erfährt noch keine Aufladung, solange an seinen beiden Anschlüssen praktisch gleiches Potential ansteht, weil beide Schalter 13/20 (noch) durchgeschaltet sind. Wenn dann aber der Stromimpuls 23 beendet ist, weil der Schalter 20 wieder öffnet, während wegen noch anstehenden Einschalt-Steuersignales 7 der Schalter 13 noch geschlossen (auf Durchgang geschaltet) ist, wird der Kondensator 12 über den Schalter 13, einen damit in Serie liegenden Schutzwiderstand 24 zur Begrenzung des Einschaltstromes und das Relais 9 auf die von der Versorgungsschaltung 8 gelieferte Potentialdifferenz aufgeladen. Da sich dabei die Stromfluss-Polarität über das Relais 9 nicht ändert, erfährt die zuvor vom Stromimpuls 23 hervorgerufene und nun konstruktiv-bistabil beibehaltene Einschaltstellung des Relais 9 keine Änderung. Wenn allerdings beim Steuersignal 7 das Einschalt-(H-) Steuersignal 7 verschwindet, im dargestellten Beispielsfalle also L-Potential annimmt (sei es, weil aus dem Steuersignalgeber 11 eine Abschaltinformation geliefert wird; oder sei es, weil die Leistungszufuhr aus der Versorgungsschaltung 8 ausfällt und deshalb des Relais 9 in die betriebstechnisch sichere Abschaltstellung zurückschalten soll), dann wird der Schalter 13 geschlossen (hochohmig) und stattdessen nun der komplementär wirkende Schalter 15 durchgeschaltet. Dadurch wird der zuvor in seinen funktionsbereiten Zustand aufgeladene Umpolungs-Kondesator 12 unter Beibehaltung seines direkten Anschlusses an das Relais 9 diesem parallelgeschaltet, wodurch der Kondensator 12 sich unter Umpolung der im Relais 9 wirksamen Stromflussrichtung über dieses entlädt, also das Relais 9 in seine bistabile Ruhe- oder Abschaltstellung zurückschaltet. So ist durch die Ansteuerschaltung 10 mit dem Umpolungs-Kondensator 12 sichergestellt, dass sowohl allgemein bei Ausfall der Versorgungsspannung, wie auch speziell bei Beendigung des Einschalt-Steuersignales 7, das Relais 9 trotz intern bistabiler Wirkungsweise stets in die Abschaltstellung überführt ist, dass also die Arbeitsweise des Relais 9 insgesamt (nämlich unter Berücksichtigung der Wirkungsweise der Ansteuerschaltung 10) eine monostabile Arbeitsweise mit der Abschalt-Scfialtstellung als der Ruhe-Vorzugsschaltstellung ist. Insbesondere ist dabei von praktischem Vorteil, dass die Schaltungsanordnung die Ansteuerung eines bistabilen oder Remanenz-Relais durch Impulse wechselnder Polarität ermöglicht, die unterschiedlichen Energieinhalt aufweisen können; so dass die Impulsdauern für das Eínschaltesn und für das Abschalten je nach dem gegebenen Relais 9 unabhängig voneinander optimierbar sind, wie in der Zeichnung durch die Stellsymbole beim Schwellen-Widerstand 22, beim Kondensator 12 und bei der Differenzierstufe 14 berücksichtigt. Zwischen zwei aufeinanderfolgenden Umschaltvorgängen weist die Schaltungsanordnung nur eine minimale Stromaufnahme auf, nämlich bedingt durch die Leckströme der Schaltungs-Bauelemente, die aber wegen einfacher Realisierbarkeit in diskreter Schaltungstechnik sehr niedrig gehalten werden können. Durch die wenig aufwendige diskrete Schaltungstechnik ist auch eine praktisch beliebige Anpassung der Wirkungsweise der Schaltungsanordnung an gegebene Spannungsverhältnisse ermöglicht; insbesondere kann ein Starkstromrelais aus einer Versorgungsspannung in der Grössenordnung von nur 5 Volt Gleichspannung funktionssicher betrieben werden, ohne dass die automatische Rückschaltung in die Ruhestellung des Relais bei Ausfall der Versorgungsspannung in Frage gestellt ist.

Claims: Patentansprüche 1. Schaltungsanordnung mit einer Differenzierstufe (14) für die Ansteuerung eines monostabile Schaltcharakteristik aufweisenden bistabilen Relais (9), dadurch gekennzeichnet, dass das in Arbeitsstellung geschaltete Relais (9) in Serie mit einem Umpolungs-Kondensator (12) liegt, der über das Relais (9) entladbar ist. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (12) in der Brückendiagonalen einer parallel zu einem Steuersignalgeber (11) an eine Gleichspannungs-Ver sorgungsschaltung (8) angeschlossenen Brückenschaltung liegt, die einerseits eine Serienschaltung des Relais (9) mit einem Schalter (20) und andererseits eine Serienschaltung aus komplementär wirkenden, aus dem Steuersignalge#ber (11) ansteuerbaren Schaltern (13/15) aufweist. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein in Serie mit dem Relais (9) liegender Schalter -(20) über die Differenzierstufe (14) aus dem Steuersignalgeber (11) vorübergehend durchschaltbar ist. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenzierstufe (14) als R-C-Schaltung (16-17) ausge bildet ist, die zwischen einem Verstärker (19) für die Ansteuerung des Relais-Schalter (20) und einem aus dem Steuersignalgeber (11) ansteuerbaren Arbeits-Schalter (13) angeordnet ist. 5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem Eingang des Verstärkers (19) ein Entlade- und Arbeitspunkt Widerstand (22) parallel geschaltet ist. 6. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus diskreten elektrischen Bauelementen mit Schalt-Transis toren als den Schaltern (13,15,20) aufgebaut ist. 7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Einschalt-Schalter (13) ein Transistor vorgesehen ist, dessen Kollektor auf H-Potential der Versorgungsschaltung (8) gelegt ist und dessen Emitter über die Differenzierstufe (14) auf die Basis eines Verstärkungs-Transistors führt, in dessen Kollektor-Kreis die Basis-Emitter-Strecke eines Transistor-Schalters (20) liegt, in dessen Kollektorkreis das Relais (9) liegt, mit Einstellung des Arbeitspunktes des Transistors-Verstärkers (19} durch den Entlade-Widerstand (22# für den Kondensator (17) der Differenzierstufe (14). 8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Umpolungs-Kondensator (12) in Serie zwischen einerseits dem Relais (9) und andererseits einem Strombegrenzungs-Widerstand (24) sowie dem Einschalt-Transistorschalter (13) liegt, wobei der Umpolungs-Kondensator-(12) über einen komplementären Abschalt Transistorschalter (15) dem Relais (9) parallel schaltbar ist. 9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschalt-Schalter (15) mit seinem Emitter an den Um polungs-Kondensator (12) sowie über den Widerstand (24) an den Emitter des Einschalt-Transistorschalters (13) angeschlossen ist, während seine Basis vom Steuersignalgeber (11) angesteuert und sein Kollektor parallel zum Relais (9) an die Versorgungs schaltung (8) angeschlossen ist. 10. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zum Umpolungs-Kondensator (12) eine gesteuerte Stromquelle (Leistungsschalter 20) zur Lieferung eines Einschalt Stromimpulses (23) an das Relais (9) vorgesehen ist, wobei das Einsetzen und die Länge des Stromimpulses (23) über einen Schwell wert-Widerstand (22) und eine Differenzierstufe (14) in der Ansteuerung der Stromquelle (Schalter 20) unabhängig voneinander einstellbar sind.

Inventors: DIEHL GMBH & CO.
Applicants: DIEHL GMBH & CO.
Application year: 1986
Main classification: H01H47
IPC codes: H01H47