DE2356490B1 - Elektronisches, vorzugsweise berührungslos arbeitendes Schaltgerät - Google Patents

Elektronisches, vorzugsweise berührungslos arbeitendes Schaltgerät

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Description

Die Erfindung betrifft ein. elektronisches, vorzugsweise berührungslos arbeitendes Schaltgerät, das vorzugsweise über einen Außenleiter mit einem Pol einer Spannungsquelle und nur über einen weiteren Außenleiter mit einem Anschluß eines Verbrauchers (dessen anderer Anschluß an den anderen Pol der Spannungsquelle angeschlossen ist) verbindbar ist, bestehend aus einem von außen beeinflußbaren Oszillator (oder einem anderen Indikator), aus einem dem Oszillator nachgeordneten Schaltverstärker, z. B. einer Kippstufe, aus einem von dem Oszillator über den Schaltverstärker steuerbaren Ausgangsthyristor (oder einem anderen elektronischen Schalter, zum Beispiel einem Transistor oder einem Triac) und gegebenenfalls aus einer Speiseschaltung zur Erzeugung der Speisespannung für den Oszillator und den Sehaltverstärker.
Elektronische Schaltgeräte der eingangs beschriebenen Art, die also kontaktlos ausgeführt sind und die an Stelle des Oszillators auch einen anderen Indikator aufweisen können, z. B. eine Magnetdiode, eine Feldplatte, einen Fotowiderstand, eine Fotodiode, einen Fototransistor, eine ohmsche und/oder induktive und/oder kapazitive Brückenschaltung, werden in zunehmendem Maße an Stelle von elektrischen Schaltgeräten, die kontaktbehaftet ausgeführt sind, in elektrischen Meß-, Steuer- und Regelkreisen verwendet. Bei solchen elektronischen Schaltgeräten besteht nun das folgende Problem:
Wird ein Schaltgerät der in Rede stehenden Art an die Spannungsquelle angeschlossen, so ist (ohne besondere Maßnahmen) der Schaltverstärker bereits betriebsbereit, wenn der Oszillator noch nicht betriebsbereit ist. Tatsächlich benötigt nämlich der Oszillator, nachdem die Speisespannung an ihn den erforderlichen Minimalwert erreicht hat, eine bestimmte Zeit zum Aufbau der Oszillatorschwingungen, während der Schaltverstärker, nachdem die Speisespannung an ihn den erforderlichen Minimalwert erreicht hat, praktisch sofort betriebsbereit ist.
Das führt nun dazu, daß beim Anschließen eines solchen Schaltgerätes eine Bedämpfung des Oszillators vorgetäuscht wird und das Schaltgerät entsprechend reagiert, nämlich bei einem als Schließer ausgeführten Schaltgerät der Ausgangsthyristor zündet und bei einem als Öffner ausgeführten Schaltgerät der Ausgangsthyristor sperrt.
Zur Lösung des zuvor aufgezeigten Problems »Verhinderung von Einschaltimpulsen« hat man im Stand der Technik an die Zündelektrode und die Kathode des Ausgangsthyristors die Reihenschaltung einer Diode und eines Verzögerungskondensators angeschlossen; erst wenn die Spannung an diesem Verzögerungskondensator den Wert der Zündspannung des Ausgangsthyristors, abzüglich dem Spannungsabfall an der in Reihe geschalteten Diode, erreicht, kann der Ausgangsthyristor zünden. In der Zwischenzeit können sich die Oszillatorschwingungen aufbauen, so daß dann, wenn der Ausgangsthyristor überhaupt zünden kann, auch der Oszillator bereits betriebsbereit ist.
Die zuvor beschriebene, bekannte Losung des Problems »Verhinderung von Einschaltimpulsen« ist jedoch nicht frei von Nachteilen. Zunächst stört der an der beschriebenen Stelle vorgesehene Verzögerungskondensator, da dieser zur Erreichung der notwendi- gen »Verzögerung der Zündfähigkeit des Ausgangsthyristors« eine große Kapazität haben muß. Darüber hinaus werden bei den bekannten Schaltgeräten der in Rede stehenden Art »Einschaltimpulse« nicht zuverlässig verhindert. Werden nämlich die bekannten Schaltgeräte innerhalb kurzer Zeit mehrfach an die Spannungsquelle angeschlossen, z. B. über vorgeordnete elektrische Schaltgeräte mit prellenden Kontakten, so treten die erläuterten Einschaltimpulse dann
auf, wenn der Verzögerungskondensator beim zweiten bzw. x-ten Anschließen des Schaltgerätes an die Spannungsquelle noch so stark aufgeladen ist, daß der Ausgangsthyristor zünden kann, wenn der Oszillator noch nicht betriebsbereit ist.
Der Erfindung liegt folglich die Aufgabe zugrunde, das eingangs beschriebene elektronische Schaltgerät so auszugestalten und weiterzubilden, daß mit relativ einfachen Mitteln »Einschaltimpulse« sicher verhindert werden.
Das erfindungsgemäß elektronische Schaltgerät, bei dem diese Aufgabe gelöst ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß dem Schaltverstärker speisespannungsmäßig eine Verzögerungsschaltung vorgeschaltet ist. Dabei beinhaltet »Verzögerungsschaltung«, daß der Schaltverstärker gegenüber dem Oszillator verzögert betriebsbereit wird, gleichgültig, mit welchen Maßnahmen im einzelnen realisiert, und zwar um eine solche Zeit verzögert, die der Oszillator zum Aufbau der Oszillatorschwingungen benötigt.
Im einzelnen gibt es verschiedene Möglichkeiten, die erfindungsgemäß vorgesehene Verzögerungsschaltung zu realisieren, was im folgenden nur beispielhaft erläutert werden soll.
Zunächst kann die Verzögerungsschaltung als »echte« Verzögerungsschaltung, nämlich als Reihenschaltung aus einem Widerstand und einem Kondensator ausgeführt sein. Bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schaltgerätes sind die Reihenschaltung aus dem Widerstand dem Kondensator an die Speisespannung und der Schaltverstärker speisespannungsmäßig an den Verbindungspunkt von Widerstand und Kondensator angeschlossen. Die Spannung an dem Verbindungspunkt von Widerstand und Kondensator folgt der Speisespannung an der Reihenschaltung von Widerstand und Kondensator mit einer zeitlichen Verzögerung, so daß die Spannung an dem Oszillator früher den zum Ansprechen erforderlichen Minimalwert erreicht als die Spannung am Schaltverstärker den entsprechenden Minimalwert erreicht. Die zeitliche Verzögerung wird so gewählt, daß in dieser Zeit der Oszillator die Oszillatorschwingungen aufbauen kann.
Bei einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schaltgerätes ist die Verzögerungsschaltung als »unechte« Verzögerungsschaltung ausgeführt, besteht nämlich die Verzögerungsschaltung aus einer Diode oder mehreren in Reihe geschalteten Dioden oder einem als Diode geschalteten Hilfstransistor oder mehreren als Diode in Reihe geschalteten Hilfstransistoren oder einer Zenerdiode, aus einem nachgeschalteten ersten Steuertransistor und aus einem dem ersten Steuertransistor nachgeschalteten zweiten Steuertransistor. Dabei liegt die Kollektor-Emitter-Strecke des ersten Steuertransistors im Emitter-Basis-Kreis des zweiten Steuertransistors und ist der Schaltverstärker speisespannungsmäßig an den Kollektor des zweiten Steuertransistors angeschlossen. Bei dieser Ausführungsform ist vor dem Schaltverstärker gleichsam eine Spannungsschwelle aufgebaut, so daß der Schaltverstärker erst betriebsbereit wird, wenn die Speisespannung den für die Betriebsbereitschaft des Schaltverstärkers erforderlichen Minimalwert zuzüglich des Schwellwertes der vorgeschalteten Spannungsschwelle erreicht hat. Da die Speisespannung beim Anschließen des erfindungsgemäßen Schaltgerätes an die Spannungsquelle nach einer Zeitfunktion ansteigt, wird durch die zuletzt beschriebene Maßnahme ebenfalls eine Verzögerung zwischen dem Ansprechen des Oszillators und dem Erreichen der Betriebsbereitschaft des Schaltverstärkers erreicht.
Schließlich besteht auch die Möglichkeit, die beiden zuvor beschriebenen Maßnahmen gemeinsam anzuwenden, also sowohl eine »echte« als auch eine »unechte« Verzögerung zu verwirklichen. Dabei ist die Diode, die erste der in Reihe geschalteten Dioden, die Basis des als Diode geschalteten Hilfstransistors,
to die Basis des ersten der als Dioden in Reihe geschalteten Hilfstransistors oder die Zenerdiode an den Verbindungspunkt von Widerstand und Kondensator angeschlossen.
Im folgenden wird die Erfindung an Hand einer Iediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher, auch in bezug auf den durch die Erfindung erreichten Vorteil, erläutert; es zeigt
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines elektronischen, berührungslos arbeitenden Schaltgerätes,
Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel einer zu dem Schaltgerät nach Fig. 1 gehörenden Speiseschaltung zur Erzeugung der Speisespannung für den Oszillator und den Schaltverstärker des Schaltgerätes nach Fig. 1,
Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel einer zu dem Schaltgerät nach F i g. 1 gehörenden Verzögerungsschaltung und
F i g. 4 eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Lehre der Erfindung.
Das in Fig. 1 mit Hilfe eines Blockschaltbildes dargestellte elektronische Schaltgerät 1 arbeitet berührungslos, d. h. es spricht z. B. auf ein sich annäherndes, nicht dargestelltes Metallteil an, und ist über einen Außenleiter 2 mit einem Pol 3 einer Spannungsqulle 4 und nur über einen weiteren Außenleiter 5 mit einem Anschluß 6 eines Verbrauchers 7 verbunden, dessen anderer Anschluß 8 an den anderen Pol 9 der Spannungsquelle 4 angeschlossen ist. Mit anderen Worten ist das dargestellte Schaltgerät 1 in bekannter Weise über insgesamt nur zwei Außenleiter 2, S einerseits an die Spannungsquelle 4 und andererseits an den Verbraucher 7 angeschlossen.
Wie die Fig. 1 zeigt, besteht das dargestellte Schaltgerät 1 in seinem grundsätzlichen Aufbau aus einem von außen beeinflußbaren Oszillator 10, einem dem Oszillator 10 nachgeordneten Schaltverstärker 11, einem von dem Oszillator 10 über den Schaltverstärker steuerbaren Ausgangsthyristor 12, einer Speiseschaltung 13 zur Erzeugung der Speisespannung für den Oszillator 10 und den Schaltverstärker 11 und einer eingangsseitig vorgesehenen Gleichrichterbrücke 14. Die Gleichrichterbrücke 14 ist vorgesehen, weil die Spannungsquelle 4, an die das Schaltgerät anschließbar ist, Wechselspannung führt. Hinter der Gleichrichterbrücke 14 steht eine pulsierende Gleichspannung an—Pluspol 15 und Minuspol 16—, an der der Ausgangsthyristor 12 liegt.
Wie die F i g. 2 zeigt, weist die dargestellte Speiseschaltung 13 für das Schaltgerät 1 eine zwischen der Kathode 17 des Ausgangsthyristors 12 und dem Minuspol 16 der zu schaltenden Gleichspannung liegende Zenerdiode 18, einen Konstantstromgenerator 19, eine Koppeldiode 20 und einen Speicherkondensator 21 auf. Bei der dargestellten Speiseschaltung 13 des Schaltgerätes 1 wird die Kathode 17 des Ausgangsthyristors 12 angesteuert, d. h. es wird zum Zünden des Ausgangsthyristors 12 dessen Kathode 17 relativ niederohmig mit dem Minuspol 16 der zu
schaltenden Gleichspannung verbunden und es weist zumindest zum Zünden des Ausgangsthyristors 12 dessen Zündelektrode 22 ein zumindest geringfügig über dem Potential des Minuspols 16 der zu schaltenden Gleichspannung liegendes Potential auf. Das ist hinsichtlich des Ansteuerns der Kathode 17 des Ausgangsthyristors 12 in einfacher Weise dadurch realisiert, daß die Kathode 17 des Ausgangsthyristors 12 über einen relativ niederohmigen Kathoden widerstand 23 und die Kollektor-Emitter-Strecke 24 eines ausgangsseitig im Schaltverstärker 11 vorgesehenen Ansteuertransistors 25 mit dem Minuspol 16 der zu schaltenden Gleichspannung verbindbar ist, während das zum Zünden des Ausgangsthyristors 12 an dessen Zündelektrode 22 erforderliche, zumindest geringfügig über dem Potential des Minuspols 16 der zu schaltenden Gleichspannung liegende Potential dadurch gewonnen wird, daß die Zündelektrode 22 des Ausgangsthyristors 12 über einen Zündelektrodenwiderstand 26 an den Speicherkondensator 21 angeschlossen ist. Die Größe des Kathodenwiderstandes 23 ist dabei so gewählt, daß bei geschaltetem Ansteuertransistor 25 über den Ausgangsthyristor 12 zumindest der Haltestrom gezogen wird. Fließt dann ein größerer Strom über den Ausgangsthyristor 12, so geht der über den Haltestrom hinausgehende Strom über die Zenerdiode 18.
Bei der zuvor in Verbindung mit F i g. 2 erläuterten Speiseschaltung 13 des Schaltgerätes 1 handelt es sich lediglich um ein mögliches Ausführungsbeispiel. Da die Lehre der Erfindung sich nicht primär mit der Speiseschaltung 13 des Schaltgerätes 1 beschäftigt, wird auf weitere mögliche Speiseschaltungen 13 des Schaltgerätes 1 hier nicht eingegangen. Vielmehr wird insoweit auf die Patentanmeldungen P 22 03 038.2-31 und P 23 30 233.2-31 des Anmelders verwiesen. Der Inhalt dieser Patentanmeldungen ist auch für das erfindungsgemäße Schaltgerät 1 von Bedeutung.
Erfindungsgemäß ist, wie die Fig. 1 zeigt, dem Schaltverstärker 11 speisespannungsmäßig eine Verzögerungsschaltung 27 vorgeschaltet. Wie die F i g. 3 zeigt, besteht die Verzögerungsschaltung 27 aus der Reihenschaltung 28 eines Widerstandes 29 und eines Kondensators 30, aus mehreren als Dioden in Reihe geschalteten Hilfstransistoren 31, aus einem ersten Steuertransistor 32 und aus einem zweiten Steuertransistor 33. Die Reihenschaltung 28 aus dem Widerstand 29 und dem Kondensator 30 liegt an der Speisespannung, d. h. am Speicherkondensator 21. DieBasis 34 des ersten der als Dioden geschalteten Hilfstransistoren 31 ist an den Verbindungspunkt 35 von Widerstand 29 und Kondensator 30 angeschlossen. Der erste Steuertransistor 32 ist dem letzten der als Diode in Reihe geschalteten Hilfstransistoren 31 nachgeschaltet, d. h. die Basis 36 des ersten Steuertransistors 32 ist mit dem Emitter 37 des letzten der als Dioden in Reihe geschalteten Hilfstransistoren 31 verbunden. Der zweite Steuertransistor 33 ist dem ersten Steuertransistor 32 nachgeschaltet. Im einzelnen liegt die Kollektor-Emitter-Strecke 38 des ersten Steuertransistors 32 im Emitter-Basis-Kreis des zweiten Steuertransistors 33. Schließlich ist der Schaltverstärker 12 speisespannungsmäßig an den Kollektor 39 des zweiten Steuertransistors 33 angeschlossen.
In Verbindung mit Fi g. 4 wird nun die Lehre der Erfindung erläutert:
Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Verzögerungsschaltung 27 ist der Schaltverstärker 11 gegenüber dem Oszillator 10 verzögert betriebsbereit, und zwar um eine solche Zeit verzögert, die länger ist als die Zeit, die der Oszillator 10 zum Aufbau der Oszillatorschwingungen benötigt. In Fig. 4 ist über der Zeit t der Verlauf von verschiedenen Spannungen aufgetragen, und zwar der Spannung UR an der Reihenschaltung 28 aus dem Widerstand 29 und dem Kondensator 30, d. h. die Speisespannung, die am Speicherkondensator 21 ansteht (Kurvenzug a), der Spannung Uc an dem Kondensator 30 der Reihenschaltung 28 (Kurvenzug b) und der Spannung Us am Schaltverstärker 11 (Kurvenzug c).
Wenn das erfindungsgemäße Schaltgerät 1 an die Spannungsquelle 4 gelegt wird, so baut sich an dem Speicherkondensator 21 die Speisespannung entsprechend dem Kurvenzug α in Fig. 4 auf; die Speisespannung liegt unmittelbar am Oszillator 10, mit anderen Worten der Oszillator 10 ist dem Speicherkondensator 21 pärallelgeschaltet. Nach der Zeit Z1 hat die Speisespannung und damit die Spannung UR den für die Betriebsbereitschaft des Oszillators 10 erforderlichen Minimalwert C/o,mfn erreicht, so daß der Oszillator betriebsbereit ist und mit dem Aufbau der Oszillatorschwingungen beginnt.
Die Spannung Uc am Kondensator 30 der Reihenschaltung 28 folgt der Spannung UR mit einer zeitlichen Verzögerung, da die Reihenschaltung 28 aus dem Widerstand 29 und dem Kondensator 30 ein übliches, verzögerndes i?C-Glied darstellt. Daraus resultiert, daß die Spannung Uc erst nach der Zeit t2 den Wert Uo,min erreicht. Nach der Zeit t2 ist der Schaltverstärker 11 jedoch immer noch nicht betriebsbereit, da zwischen dem Verbindungspunkt 35 von Widerstand 29 und Kondensator 30 und dem Schaltverstärker 11 noch gleichsam eine Spannungsschwelle aufgebaut worden ist. Der Schaltverstärker 11 wird erst nach der Zeit t3 betriebsbereit, Wenn nämlich die Spannung Uc den für die Betriebsbereitschaft des Schaltverstärkers 11 erforderlichen Minimalwert Us>min zuzüglich des Schwellwertes USchw der vorgeschalteten Spannungsschwelle erreicht hat.
Da bei dem erfindungsgemäßen Schaltgerät 1 die Dimensionierung insgesamt so vorgenommen ist, daß die Verzögerung zwischen der Betriebsbereitschaft des Oszillators 10 und der Betriebsbereitsehaft des Schaltverstärkers 11 (Differenz zwischen den Zeiten i3 und J1) größer ist als die Zeit, die der Oszillator 10 zum Aufbau der Oszillatorschwingungen benötigt, werden »Einschaltimpulse« sicher verhindert.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:
1. Elektronisches, vorzugsweise berührungslos arbeitendes Schaltgerät, das vorzugsweise über einen Außenleiter mit einem Pol einer Spannungsquelle und nur über einen weiteren Außenleiter mit einem Anschluß eines Verbrauchers (dessen anderer Anschluß an den anderen Pol der Spannungsquelle angeschlossen ist) verbindbar ist, bestehend aus einem von außen beeinflußbaren Oszillator (oder einem anderen Indikator), aus einem dem Oszillator nachgeordneten Schaltverstärker, z.B. einer Kippstufe, aus einem von dem Oszillator über den Schaltverstärker steuerbaren Ausgangsthyristör (oder einem anderen elektronischen Schalter, z. B. einem Transistor oder einem Triac) und gegebenenfalls aus einer Speiseschaltung zur Erzeugung der Speisespannung für den Oszillator und den Schaltverstärker, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schaltverstärker (U) speisespannungsmäßig eine Verzögeruhgsschaitung (27) vorgeschaltet ist.
2. Elektronisches Schaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungsschaltung (27) als Reihenschaltung (28) aus einem Widerstand (29) und einem Kondensator (30) ausgeführt ist und daß die Reihenschaltung (28) aus dem Widerstand (29) und dem Kondensator
(30) an die Speisespannung und der Schaltverstärker (12) speisespannungsmäßig an den Verbindungspunkt (35) von Widerstand (29) und Kondensator (30) angeschlossen sind.
3. Elektronisches Schaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungsschaltung (27) aus einer Diode oder mehreren in Reihe geschalteten Dioden oder einem als Diode geschalteten Hilfstransistor oder mehreren als Dioden in Reihe geschalteten Hilfstransistoren
(31) oder einer Zenerdiode, aus einem nachgeschalteten ersten Steuertransistor (32) und aus einem dem ersten Steuertransistor (32) nachgeschalteten zweiten Steuertransistors (33) besteht, daß die Kollektor-Emitter-Strecke (38) des ersten Steuertransistors (32) im Emitter-Basis-Kreis des zweiten Steuertransistors (33) angeschlossen ist.
4. Elektronisches Schaltgerät nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Diode die erste der in Reihe geschalteten Dioden, die Basis des als Diode geschalteten Hilfstransistors, die Basis (34) des ersten der als Dioden in Reihe geschalteten Hilfstransistoren (31) oder die Zenerdiode an den Verbindungspunkt (35) von Widerstand (29) und Kondensator (30) angeschlossen ist.
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