DE4137048A1 - Elektronische ueberwachungs- und sicherheitssteuerschaltung fuer einen leistungsschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Überwa­ chung und zur redundanten Steuerung eines mit einer Last be­ aufschlagten Leistungsschalters, der beispielsweise ein Halb­ leiterschalter, etwa in einem Halbleiterrelais, zur Schaltung von Gleichstrom oder Wechselstrom in einem Lastkreis sein kann. Der Lastschalter kann aber auch ein elektromechanisches Relais, ein Schütz oder ein sonstwie gesteuerter mechanischer Schalter sein.

Allgemein wird in Festkörperschaltern zur Schaltung von Wech­ selstromlast beispielsweise ein Triac oder ein Thyristorpaar in entgegengesetzt paralleler Schaltung als Lastschalter ver­ wendet. Dieser Schalter wird beispielsweise durch ein Ein­ gangsstrom-Signal gesteuert, welches über einen Optokoppler angelegt wird. Um den Lastschalter zu sperren, wird das Steuersignal weggenommen, und der Leistungsschalter sperrt im Bereich des nächsten Nulldurchgangs der Wechselspannung. Pro­ bleme können allerdings beispielsweise bei der Abschaltung von induktiven Lasten entstehen, welche die Phase zwischen Span­ nung und Strom um 90° verschieben.

In diesen Fällen kann es vorkommen, daß der Halbleiter-Lei­ stungsschalter, insbesondere ein Triac, nicht zuverlässig ab­ schaltet. Darüber hinaus kann in jedem Fall ein Halbleiter­ schalter defekt sein, unabhängig von der Art der Last. Auf­ grund eines Fehlers des Halbleiterschalters kann dann die Wechsel- oder Gleichstromlast weiterfließen, obwohl das Ein­ gangssteuersignal fehlt.

Ähnliche Probleme können auch bei elektromechanischen Schal­ tern auftreten, da mechanische Kontakte beispielsweise in ge­ schlossenem Zustand verschweißen können.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Überwachungsschaltung zu schaffen, welche die Spannung in jedem Fall von dem Lastkreis abschaltet, wenn das Eingangssteuersignal fehlt, selbst wenn der die Last führende Leistungsschalter weiter Strom in einer oder beiden Richtungen führt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Überwachungs- und Sicherheitssteuerschaltung für einen Last führenden Leistungs­ schalter gelöst, welche folgende Merkmale aufweist:

• - zwei Spannungsversorgungsanschlüsse,
• - zwei Lastanschlüsse für die Anschaltung der Last, wobei der Leistungsschalter in Serie mit den Lastanschlüssen zwischen den beiden Spannungsversorgungsanschlüssen liegt,
• - zwei Steuereingangsanschlüsse,
• - eine zwischen den Steuereingangsanschlüssen angeschaltete Steuerschaltung zum Ein- und Ausschalten des Leistungsschal­ ters in Abhängigkeit von dem Anliegen eines Steuersignals an den Steuereingangsanschlüssen,
• - eine Unterbrechereinrichtung, die in Reihe mit dem Lei­ stungsschalter liegt, und
• - eine Detektorschaltung, welche die Lastanschlüsse einerseits und die Steueranschlüsse andererseits abgreift und die Un­ terbrechereinrichtung auslöst, wenn trotz Fehlens eines Steuersignals noch Spannung an den Lastanschlüssen liegt.

Eine Hauptanwendung der Erfindung ist eine Überwachungs- und Sicherheitssteuerschaltung für einen Leistungshalbleiterschal­ ter in einem Halbleiterrelais. Wenn der Schalter zum Schalten einer Wechselstromlast bestimmt ist, muß nicht nur der Lei­ stungsschalter zum Schalten von Wechselstrom ausgelegt sein, sondern auch der Detektorausgang zur Betätigung der Unterbre­ chereinrichtung. Allgemein können für die Unterbrechereinrich­ tung sowohl elektronische Schaltmittel als auch elektromecha­ nische Schalteinrichtungen verwendet werden. Eine Schaltungs­ anordnung zur Überprüfung einer Wechselstromlast kann vorzugs­ weise eine Gleichrichterbrücke enthalten.

Das Eingangssteuersignal, welches sowohl den Leistungsschalter als auch die Detektorschaltung beaufschlagt, kann in einem Ausführungsbeispiel ein Gleichstromsignal sein. In diesem Fall können die Eingangs-LEDs von zwei Optokopplern zur Steuerung des Leistungsschalters und zum Eingangsabgriff in Serie an die Steuereingangsanschlüsse angeschaltet sein. In diesem Fall muß der Strom so festgelegt werden, daß die Eingangs-LEDs nicht von dem durchfließenden Strom beschädigt werden.

In den Fällen, wo eine Steuerschaltung für den Leistungsschal­ ter, beispielsweise eine Erregerspule für einen Schutzschal­ ter, einen höheren Strom zur Betätigung benötigt, ist es rat­ sam, zwei unabhängige Strompfade für die Steuerung des Lei­ stungsschalters bzw. für den Überwachungs- und Sicherheits­ steuerschalter vorzusehen.

In diesem Fall ist das Steuersignal an den Steuereingangsan­ schlüssen ein Stromsignal, und der Strom zur Steuerung des Leistungsschalters kann hoch sein, während der an die Detek­ torschaltung, beispielsweise an eine Eingangs-LED, angelegte Strom in weitem Bereich durch Serien- bzw. Parallelwiderstände an der LED eingestellt werden kann.

Bei dieser spannungsgesteuerten Schaltungskonfiguration kann auch eine Wechselspannung als Eingangssteuersignal verwendet werden. Durch geeignete Dimensionierung der Schaltung an der Eingangs-LED des Detektorschaltkreises mit Parallel- und Se­ rienwiderständen sowie mit einer entgegengesetzt gepolten Dio­ de kann ein Kondensator bei jeder Halbwelle der Wechselspan­ nung kurzgeschlossen werden. Die Zeitkonstante des Kondensa­ tors und seines Widerstandes muß dabei so bemessen werden, daß die Schalteinrichtung nicht bei einer Halbwelle der Wechsel­ stromfrequenz reagieren kann.

Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein Schaltbild einer Überwachungsschaltung nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Gleichstroman­ steuerung für einen Wechselstrom-Leistungshalbleiter,

Fig. 2 ein Schaltbild für eine zweite Ausführungsform, die der ersten ähnelt,

Fig. 3 ein Schaltbild für eine dritte Ausführungsform, welche wahlweise für Wechselstrom- oder Gleichstrom-Ansteuerung sowie für Wechsel- bzw. Gleichstrom-Versorgungsspannung ausgelegt werden kann, und

Fig. 4 eine Abwandlung gegenüber Fig. 3 mit einer separaten Sicherheitsschalter-Spannungsquelle, wobei lediglich der Last­ widerstand und der Sicherheitsschaltkreis gezeigt sind.

Die Schaltung von Fig. 1 zeigt allgemein ein Halbleiterrelais mit einem Leistungshalbleiterschalter, insbesondere einem Triac Q1, zum Schalten von Wechselstrom für eine Last L. Die Wechselstromspannung U_L wird über einen ersten und einen zwei­ ten Wechselstrom-Versorgungsanschluß A1 bzw. A2 angelegt. Eine Gleichspannung U_C zur Bereitstellung eines Steuerstroms wird über einen ersten und einen zweiten Gleichstrom-Eingangsan­ schluß D1 bzw. D2 angelegt. Die Last L ist über einen ersten und einen zweiten Lastanschluß L1 bzw. L2 in Reihe mit dem Triac Q1 angeschlossen.

Eine Steuerschaltung für den Triac Q1 umfaßt einen ersten Op­ tokoppler Q4, der mit einer Eingangs-LED in Reihe zwischen die Gleichstrom-Eingangsanschlüsse D1 und D2 geschaltet ist. Der Ausgangspfad von Q4 ist durch einen Fototriac gebildet und so geschaltet, daß er den Last-Triac Q1 ein- und ausschaltet. Strombegrenzer LIM1 im Gleichstrom-Eingangskreis sowie LIM2 im Triac-Steuerkreis sind zum Schutz der Halbleiter gegen Über­ ströme vorgesehen.

Eine Überwachungs- und Steuerschaltung enthält einen Kurz­ schluß-Triac Q2, der an die Lastanschlüsse L1 und L2 ange­ schaltet ist, einen zweiten Optokoppler Q5 zum Gleichstromab­ griff, eine Gleichrichterbrücke RB zum Wechselstromabgriff, einen Kondensator C1 sowie eine Triggerdiode oder einen Diac TD, welche so geschaltet sind, daß die Last kurzgeschlossen wird, wenn beim Ausbleiben des Gleichstromsignals noch ein Wechsel-Laststrom fließt. Zu diesem Zweck ist die Gleichrich­ terbrücke mit ihrem Eingang zwischen die Steuerelektrode und die gegenüberliegende Hauptelektrode des Triac Q2 geschaltet, während ihr Ausgang an der Serienschaltung des Kondensators C1 und eines zeitbestimmenden Widerstandes R1 liegt. Die Steuer­ elektrode des Triac Q2 ist außerdem über einen Widerstand R5 an den ersten Lastanschluß L1 und die andere Hauptelektrode von Q2 angeschaltet.

Eine Eingangs-LED des zweiten Optokopplers Q5 ist in Serie mit der LED von Q4 zwischen die Gleichstrom-Eingangsanschlüsse D1 und D2 geschaltet, während der Ausgang von Q5, eines Fototran­ sistors, mit einem Basiswiderstand R5 parallel zum Kondensator C1 liegt. Ein Thyristor Q3 ist mit seinen Hauptelektroden in Reihe mit einer Diode D3 zwischen die Ausgangsanschlüsse der Gleichrichterbrücke geschaltet. Die Steuerelektrode des Thyri­ stors Q3 ist an eine Elektrode einer Triggerdiode (eines Diacs) TD angeschaltet, dessen andere Elektrode als Trigger­ eingang dient und über einen Anpassungswiderstand RT an den Verbindungspunkt zwischen Kondensator C1 und Widerstand R1 an­ geschaltet ist. Die Steuerelektrode des Thyristors Q3 ist au­ ßerdem über einen Steuerwiderstand an die Verbindungsstelle von Gleichrichterbrücke RB, D3 und C1 angeschaltet.

Im Betrieb liegt ein Eingangsstrom an den LEDs von Q4 und Q5. Q4 zündet den Triac Q1, und Q1 legt die Wechselstrom-Lastspan­ nung an die Last L. In der Überwachungsschaltung fließt der gesamte Eingangs-Gleichstrom, der durch die LED von Q4 fließt, auch durch die LED von Q5, wobei er den Fototransistor von Q5 durchgesteuert hält. Q2 bleibt abgeschaltet, so daß die Last­ spannung zwischen der Steuerelektrode von Q2 und der gegen­ überliegenden Hauptelektrode erscheint, welche mit A2 verbun­ den ist. Die Gleichrichterbrücke RB wandelt die Wechselspan­ nung in eine nicht gefilterte Vollweg-Gleichspannung um. Diese Spannung erscheint am oberen Anschluß von R1. Solange jedoch ein Eingangsstrom fließt, bleibt Q5 durchgesteuert und hält damit den Kondensator C1 entladen.

Die Triggerdiode TD bleibt deshalb abgeschaltet. Diese Trig­ gerdiode, beispielsweise ein Silizium-Triggerschalter, ist grundsätzlich ein Schalter mit Lawineneffekt und mit einer Spannungsdurchbruchfunktion. Sie bleibt im Zustand einer hohen Impedanz, bis eine Spannung angelegt wird, die ihre Trigger­ spannung übersteigt. Wenn dies eintritt, zündet sie und schal­ tet auf den Zustand niedriger Impedanz.

Wenn in der Schaltung von Fig. 1 der Eingangs-Gleichstrom un­ terbrochen wird, schaltet der Fototransistor in dem Optokopp­ ler Q5 ab, und C1 beginnt sich aufzuladen. Wenn der Lastschal­ ter Q1 richtig arbeitet, schaltet er in der Nähe des nächsten Nulldurchgangs ab. Wenn er abschaltet, verschwindet die Span­ nung an der Last weitgehend, und C1 wird nicht weiter aufgela­ den. Wenn beim nächsten Mal wieder ein Eingangs-Gleichstrom fließt, entlädt Q5 den Kondensator C1.

Wenn jedoch Q1 nicht entsprechend dem Verschwinden des Ein­ gangs-Gleichstroms abschaltet, schaltet Q5 ab und ermöglicht eine Aufladung von C1. Dabei liegt weiter eine Wechselspannung an der Last und an dem parallelen Triac Q2 an. Die Spannung liegt auch weiterhin an dem positiven Ausgang von RB an. Diese Spannung ist entweder eine Vollweg- oder eine Halbweg-Gleich­ spannung je nach dem vorliegenden Defekt von Q1. Da C1 keinen Entladungspfad hat, lädt er sich zunehmend auf. Sobald C1 bis zur Triggerspannung der Triggerdiode TD aufgeladen ist, zündet der Thyristor Q3, welcher seinerseits Q2 durchsteuert und die Last L kurzschließt. Die Zeitkonstante für die Entladung von RT/C1 muß dabei so eingestellt werden, daß Q3 für mindestens 10 ms, d. h. für mindestens eine Halbwelle der Wechselspan­ nung, durchgesteuert bleibt. Dies gewährleistet, daß Q2 minde­ stens für zwei aufeinanderfolgende Halbwellen Strom führt. Da­ mit wird sichergestellt, daß bei einer Durchlegierung von Q1 in beliebiger Richtung der Triac Q2 die Last L in jedem Fall kurzschließt und eine Sicherung F oder einen Schutzschalter zum Ansprechen bringt und dabei die Wechselspannung von der Last abtrennt. Ein Gleichrichter D5 im Eingang der Überwachungsschaltung dient dazu, den Anschluß gegen Falschpolung zu sichern. Falls in Q5 kein LED-Strom fließt und gleichzeitig eine Lastspannung anliegt, lädt sich C1 auf, die Triggerdiode TD zündet und Q3 sowie Q2 schalten durch.

Fig. 2 zeigt eine Abwandlung der Schaltung von Fig. 1. Alle Teile mit der gleichen Funktion haben dabei das gleiche Be­ zugszeichen wie in Fig. 1.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist ein Schutzschalter CB mit einer Hilfsauslösespule zum Kurzschließen der Last verwendet. Diese Einheit kann wie ein Relais arbeiten, wobei ein kleiner Spulenstrom zum Abschalten eines großen Laststroms dient. In diesem Fall braucht die Ausgangsstufe der Überwachungs- und Steuerschaltung lediglich Milliampere zu schalten.

Wie in Fig. 2 gezeigt, ist ein Schutzschalter CB in Serie mit dem Ausgang eines dritten Optokopplers Q12 an die Wechsel­ strom-Eingangsanschlüsse und parallel zur Serienschaltung der Last L und des Leistungsschalters Q1 geschaltet. Der Ausgangs­ pfad von Q12 ist ein Fototriac, während seine Eingangs-LED in Serie mit der Triggerdiode TD und einem Widerstand R12 zwi­ schen die Anschlüsse des Kondensators C1 geschaltet ist.

Wie in der Schaltung von Fig. 1 dient auch in diesem Fall die Triggerdiode TD als Detektorstufe. Die Zeit, die der Kondensa­ tor C1 über den Widerstand R1 zur Aufladung auf die Trigger­ spannung von TD benötigt, ist sowohl von der Fehlerart des Leistungsschalters Q1 als auch von der Spannung der Gleich­ spannungsquelle abhängig. Entsprechend müssen die Werte von C1 und R1 gewählt werden.

Selbst wenn eine Dämpferschaltung (Kondensator und Widerstand in Serienschaltung) parallel an Q1 vorgesehen würde, würde dies die Überwachungs- und Sicherheitssteuerschaltung nicht beeinträchtigen, es sei denn, (1.) die Lastimpedanz ist so hoch, daß Leckströme über das Dämpfungsnetzwerk den Kondensa­ tor C1 auf die Triggerspannung aufladen könnten, oder (2.) die Last wird abgetrennt, während die Lastspannungsquelle ange­ schaltet bleibt.

In Fig. 2 kann der Optokoppler Q5 in eine Darlingtonschaltung einbezogen werden, wobei ein Standardtransistor T6 mit einem Basiswiderstand R6 angesteuert wird. Diese Schaltung kann Ver­ wendung finden, um die Schaltung an Halbleiterrelais (unter Einschluß von Q1) mit empfindlichem Eingang anzupassen.

Bei der Schaltung von Fig. 2 sind die Kontakte cb des Schutz­ schalters CB in Reihe mit dem Leistungshalbleiterschalter Q1 geschaltet. Entsprechend der Fehlerbedingung von Q1 zündet die Triggerdiode und schaltet Q12 durch, wodurch der Schutzschal­ ter CB betätigt wird, um die Kontakte cb zu öffnen und den Strompfad von Q1 zu unterbrechen.

Fig. 2 zeigt weiterhin zwei Wahlmöglichkeiten in Form von Verbindungen A bzw. B für die Anschaltung der Erregerspule für den Schutzschalter CB. Damit kann die Schaltung sowohl für Er­ regerspulen mit Pulsansteuerung (Anschaltung über den Weg A) oder für Dauerstrombeschaltung (Anschaltung über die Verbin­ dung B) verwendet werden. Der Triac-Koppler Q12 schaltet ein und aus in Abhängigkeit von den Zeitkonstanten für Aufladung und Entladung von C1. Wenn einmal der Schutzschalterkontakt cb den Laststrom unterbricht, liegt keine Spannung mehr an der Last, somit gibt es keine Ladequelle mehr für C1, womit dann auch die Durchschaltung des Optokopplers Q12 aufhört. Obwohl die Erfindung vorzugsweise bei Halbleiterrelais zur An­ wendung kommt, ist sie nicht auf dieses Gebiet beschränkt. Vielmehr kann der Leistungsschalter zum Schalten der Last wahlweise ein Halbleiterschalter oder eine elektromechanische Schalteinrichtung sein.

Weiterhin kann die Lastspannung auch wahlweise Gleichspannung oder Wechselspannung sein, und das gleiche gilt auch für das Eingangssteuersignal. Um dies zu verdeutlichen, zeigt Fig. 3 eine verallgemeinerte Schaltung, wobei das Grundkonzept der Detektorschaltung gegenüber Fig. 1 unverändert ist, wobei je­ doch der Lastschalter-Ausgangskreis und der Steuereingangs­ kreis abgewandelt sind.

In Fig. 3 haben die Elemente der Detektorschaltung, nämlich die Gleichrichterbrücke RB, die Triggerdiode TD und die Lade­ impedanz mit dem Widerstand R1 und dem Kondensator C1 die gleiche Funktion wie im vorhergehenden Fall, und sie sind auch mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Eine Detektor-Schalteinrichtung, beispielsweise ein Optokopp­ ler Q25, der ein Darlington-Fototransistor mit einem Strombe­ grenzer, etwa einem Widerstand R25, sein kann, besitzt die gleiche Funktion wie Q5 in den Fig. 1 und 2. Ein Ausgangs- Optokoppler Q22 ist in Aufbau und Funktion ähnlich dem Opto­ koppler Q12 von Fig. 2.

In Reihe mit der Last L liegt ein Lastschalter SW2, welcher durch eine Steuerschaltung CSW2 gesteuert wird. Dieser Schal­ ter SW2 kann ein Halbleiterschalter oder ein elektromechani­ scher Schalter sein. Die Last und der Schalter SW2 sind in Reihe mit einem Sicherheitsschalter RS2 an eine Lastspannungs­ quelle LVS geschaltet, welche Wechselspannung oder Gleichspan­ nung liefern kann. Eine Sicherheitsschalter-Steuerschaltung CRS2 ist an den Ausgang von Q22 geschaltet. Der Sicherheits­ schalter RS2 wird betätigt, d. h. geöffnet, wenn TD durch eine Triggerspannung an C1 durchgesteuert wird. Der Sicherheits­ schalter RS2 ist als mechanischer Kontakt gezeigt, der durch eine Erregerspule CRS2 gesteuert wird, er könnte jedoch auch ein Halbleiterschalter mit einer entsprechenden Anschaltung sein.

Während die Eingangsschaltung in den Fig. 1 und 2 als Se­ rienschaltung mit Stromsteuerung ausgelegt ist, ist die ent­ sprechende Eingangsschaltung in den Fig. 3 und 4 als Paral­ lelschaltung mit Spannungssteuerung konzipiert. Zwei Steuer­ eingangsanschlüsse D1 und D2 sind an eine Steuerspannungsquel­ le angeschlossen, welche wieder wahlweise Wechselspannung oder Gleichspannung liefern kann. Die Steuerschaltung CSW2 liegt an den Anschlüssen D1 und D2, parallel dazu ist der Eingang von Q25 geschaltet. Die Eingangs-LED von Q25 besitzt eine Diode D25 in gegensinnig paralleler Anschaltung, außerdem einen Par­ allelwiderstand RP25 und einen Serienwiderstand RS25. Die bei­ den Widerstände RS25 und RP25 bilden einen Spannungsteiler, der den Strom über die LED von Q25 begrenzt. Die Widerstände bestimmen außerdem einen Spannungsbereich, in welchem die Schaltung normalerweise arbeitet. Bei einer niedrigen Versor­ gungsspannung könnte bei einer Serienschaltung mit Stromsteue­ rung die zur Verfügung stehende Spannung zur Betätigung des Relais unter Umständen nicht ausreichen. Bei der parallelen, spannungsgesteuerten Schaltung spielt die Spannungsbelastung, die bei einer Serienschaltung entsprechend Fig. 1 kritisch sein könnte, keine Rolle mehr.

Wenn der Leistungsschalter LS2 ein elektromechanischer Schal­ ter ist, kann die Steuerschaltung CSW2 normalerweise mit 120 oder mehr Volt Wechselspannung betrieben werden, und die Erre­ gerspule kann für den Normalbetrieb bis zu einigen Ampere brauchen. Diese Stromstärke könnte den Eingang eines Serien- Detektorschaltkreises der in Fig. 1 gezeigten Art schädigen. Bei einer Parallelanordnung, wie in Fig. 3 gezeigt, nehmen die Ströme für CSW2 (Lastschalter) und für Q25 (Überwachungs- und Sicherheitssteuerschaltung) zwei getrennte, unabhängige Strompfade.

Wenn im Wechselstrombetrieb die Wechselspannung von CVS an den Anschlüssen D1 und D2 liegt, wird die LED in Q25 während der Halbwelle, in der der Anschluß D2 positiv und der Anschluß D1 negativ sind, aktiviert, und der Ausgangstransistor von Q25 entlädt den Kondensator C1. Während der anderen Halbwelle, wenn der Anschluß D1 positiv und D2 negativ sind, ist die ge­ gensinnig parallele Diode D25 leitend, und sie schützt die LED in Q25 davor, daß eine Spannung von mehr als einigen Zehntel Volt in Gegenrichtung anliegt. Bei Anlegen eines Wechselspan­ nungs-Eingangssignals ist die von R1 und C1 bei entsprechender Dimensionierung erzeugte Zeitkonstante so lang, daß selbst bei Anliegen einer Gegenspannung an der Eingangs-LED bei jeder zweiten Halbwelle der Kondensator C1 in einem Halbzyklus der Wechselspannungs-Versorgungsfrequenz nicht auf die Zündspan­ nung von TD aufgeladen werden kann, so daß die Überwachungs- und Sicherheitssteuerschaltung nicht ansprechen kann.

In dem Schaltbild von Fig. 3 ist die Ausgangsleitung von Q22 mit einem Lastanschluß L1 verbunden, so daß die Lastspannungs­ quelle auch zur Steuerung des Sicherheitsschalters herangezo­ gen wird. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, kann die Sicherheits­ schalter-Steuerschaltung CRS2 wahlweise entweder parallel zu dem Sicherheitsschalter RS2 (ausgezogene Linie) oder mit einer Alternativverbindung a1 (gestrichelte Linie) in Reihe mit R52 an die Lastspannungsquelle angeschaltet werden.

Die Sicherheitsschalter-Steuerschaltung CRS2 kann aber auch an eine getrennte Spannungsquelle RVS2 angeschaltet sein, wie dies in einer Teildarstellung in Fig. 4 gezeigt ist. Die in Fig. 4 weggelassenen Teile sind genauso aufgebaut und haben dieselbe Funktion wie in Fig. 3.

Schließlich sollte noch erwähnt werden, daß die verschiedenen Teile durch einen Fachmann ohne weiteres so dimensioniert wer­ den können, daß die Schaltung funktioniert. Ebenso kann ein Fachmann auch verschiedene Abwandlungen vornehmen. Beispiels­ weise könnte ein aktiver Strombegrenzer anstelle der durch RS25 und RP25 gebildeten Schaltung in Fig. 3 eingesetzt wer­ den, um einen großen Eingangsspannungsbereich zu schaffen.

Claims (24)

1. Überwachungs- und Sicherheitssteuerschaltung für einen Last führenden Leistungsschalter (Q1; SW2), welcher folgende Merk­ male aufweist:

• - zwei Spannungsversorgungsanschlüsse (A1, A2);
• - zwei Lastanschlüsse (L1, L2) für die Anschaltung der Last, wobei der Leistungsschalter (Q1; SW2) in Serie mit den Last­ anschlüssen zwischen den beiden Spannungsversorgungsan­ schlüssen liegt;
• - zwei Steuereingangsanschlüsse (D1, D2);
• - eine zwischen den Steuereingangsanschlüssen angeschaltete Steuerschaltung (Q4; CSW2) zum Ein- und Ausschalten des Lei­ stungsschalters in Abhängigkeit von dem Anliegen eines Steuersignals an den Steuereingangsanschlüssen;
• - eine Unterbrechereinrichtung (F; cb; RS2), die in Reihe mit dem Leistungsschalter und den Lastanschlüssen geschaltet ist, und
• - eine Detektorschaltung (Q5; Q25), welche die Lastanschlüsse (L1, L2) einerseits und die Steueranschlüsse (D1, D2) ande­ rerseits abgreift und die Unterbrechereinrichtung (Q2, F; SW2) auslöst, wenn trotz Fehlens eines Steuersignals noch Spannung an den Lastanschlüssen liegt.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Detektorschaltung einen Kondensator (C1) aufweist, der beim Anliegen einer Spannung an den Lastan­ schlüssen aufgeladen und bei Nichtanliegen einer solchen Span­ nung entladen wird, sowie einen Schwellenwertschalter (TD) mit einer Triggerspannung, der die Unterbrechereinrichtung aus­ löst, wenn am Kondensator die Triggerspannung überschritten wird.

3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Detektorschaltung eine Detektor- Schalteinrichtung (Q5; Q25) enthält, welche mit einem Eingang an den Steueranschlüssen (D1, D2) liegt und über einen Ausgang einen Entladungspfad für den Kondensator steuert.

4. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Detektor-Schalteinrichtung ein Optokoppler (Q5, Q25) ist, dessen Lichtsender in Reihe zwi­ schen den Steuereingangsanschlüssen liegt und dessen Lichtemp­ fänger einen zum Kondensator parallel geschalteten Strompfad steuert.

5. Schaltung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Detektor-Schalteinrichtung (Q25) eine an den Steuereingangsanschlüssen liegende, licht­ emittierende Diode (LED) sowie eine dazu entgegengesetzt paral­ lel geschaltete Diode (D25) aufweist.

6. Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Detektor-Schalteinrichtung (Q25) ferner einen parallel zur LED geschalteten Parallelwiderstand (RP25) sowie einen zwischen einem der Steuereingangsanschlüsse (D2) und der LED liegenden Serienwiderstand (RS25) aufweist, wobei an die Steuereingangsanschlüsse wahlweise ein Steuersi­ gnal in Form von Gleich- oder Wechselspannung angelegt wird.

7. Schaltung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorschaltung eine Gleichrichterbrücke (RB) umfaßt, deren Eingangsanschlüsse mit den Lastanschlüssen (L1, L2) und deren Ausgangsanschlüsse mit einer Serienschaltung eines Widerstandes (R1) und eines Kon­ densators (C1) verbunden sind.

8. Schaltung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellenwertschalter eine Triggerdiode (TD) ist, deren Triggereingang am Kondensa­ tor (C1) liegt.

9. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterbrechereinrich­ tung eine in Serie mit den Lastanschlüssen geschaltete Siche­ rung (F) bzw. einen Überstromschutzschalter sowie einen die Lastanschlüsse (L1, L2) überbrückenden Kurzschlußschalter (Q2) aufweist, wobei der letztere durch die Detektorschaltung ge­ steuert wird.

10. Schaltung nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kurzschlußschalter (Q2) ein Halb­ leiterschalter ist, dessen Steuereingang so lange blockiert ist, wie die Detektorschaltung ein Steuersignal feststellt.

11. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterbrechereinrich­ tung einen von der Detektorschaltung gesteuerten Detektor-Aus­ gangsschalter (Q12) aufweist, der in Reihe mit der Erregerspu­ le (CB) eines Schutzschalters an den Spannungseingangsan­ schlüssen liegt, wobei ein Kontaktpaar (cb) des Schutzschal­ ters in Reihe mit dem Leistungsschalter (Q1) liegt.

12. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterbrechereinrich­ tung einen Sicherheitsschalter (RS2) aufweist, der in Reihe mit dem Leistungsschalter (SW2) und den Lastanschlüssen an den Spannungseingangsanschlüssen (A1, A2) liegt und durch eine der Detektorschaltung nachgeschaltete Sicherheits-Steuerschaltung (CRS2) gesteuert wird.

13. Schaltung nach den Ansprüchen 2 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitssteuer­ schaltung am Ausgang eines Detektorausgangsschalters (Q22) liegt, dessen Eingang durch den Schwellenwertschalter (TD) an­ gesteuert wird.

14. Schaltung nach Anspruch 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Sicherheitssteuerschaltung (CRS2) und der Detektorausgangsschalter (Q22) an die Spannungsversor­ gungsanschlüsse (A1, A2) angeschaltet sind.

15. Schaltung nach Anspruch 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Sicherheitssteuerschaltung (CRS2) und der Detektorausgangsschalter (Q22) an einer separaten Si­ cherheitsschalter-Spannungsquelle (RVS2) liegen.

16. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsversorgungs­ anschlüsse (A1, A2) wahlweise an Gleich- oder Wechselspannung anschaltbar sind und daß der Leistungsschalter (Q1) ein Lei­ stungshalbleiterschalter ist.

17. Schaltung nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsversorgungs­ anschlüsse an Wechselspannung anschließbar sind und daß der Detektorausgangsschalter (Q1) ein Nulldurchgangsschalter ist.

18. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Leistungsschalter ein elektromechanischer Schutzschalter (SW2) ist, dessen Kontakte in Reihe mit den Lastanschlüssen und dessen Steuerspule (CSW2) an die Steuereingangsanschlüsse geschaltet sind.

19. Schaltung nach den Ansprüchen 4, 7, 8 und 12, da­ durch gekennzeichnet, daß zwei Opto­ koppler (Q4, Q5) vorgesehen sind, deren Eingangs-LEDs in Rei­ he zwischen die Steuereingangsanschlüsse (D1, D2) geschaltet sind,
daß der erste Optokoppler (Q4) einen Lichtempfänger mit einem Ausgang zum Schalten des Leistungsschalters in Abhängigkeit vom Steuersignal an den Steuereingangsanschlüssen besitzt,
daß der zweite Optokoppler (Q5) einen Lichtempfänger besitzt, dessen Ausgang an einen Kondensator (C1) zu dessen Entladung in Abhängigkeit von dem Steuersignal an den Steuereingangsan­ schlüssen angeschaltet ist,
wobei ein Detektorausgangsschalter (Q2; Q12) mit seinem Ein­ gang derart an die Gleichrichterbrücke und an die Triggerdiode (TD) angeschaltet ist, daß die Lastanschlüsse in Abhängigkeit von der Spannung am Kondensator kurzgeschlossen werden, wenn an der Triggerdiode die Triggerspannung überschritten wird.

20. Schaltung nach Anspruch 19, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Leistungsschalter ein Wechselstrom- Halbleiterschalter (Q1) ist, daß der Detektorausgangsschalter ein Triac (Q2) ist, der mit seinen Hauptelektroden zwischen den Lastanschlüssen liegt und dessen Steuerelektrode über ei­ nen Widerstand (R2) an einen der Lastanschlüsse angeschaltet ist, daß die Gleichrichterbrücke (RB) mit ihrem Eingang zwi­ schen der Steuerelektrode und dem zweiten Lastanschluß liegt und daß ein vom Ausgang der Triggerdiode (TD) gesteuerter Thyristor (Q3) zwischen die Ausgangsanschlüsse der Gleichrich­ terbrücke geschaltet ist.

21. Schaltung nach Anspruch 19, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Unterbrechereinrichtung ein von einer Erregerspule (CB) gesteuertes Kontaktpaar (cb) umfaßt und daß der Detektorausgangsschalter ein dritter Optokoppler (Q12) ist, dessen Eingangs-LED an der Reihenschaltung von Kon­ densator (C1) und Triggerdiode (TD) liegt und dessen Ausgang in Reihe mit der Erregerspule (CB) an die Versorgungsspan­ nungsanschlüsse (A1, A2) angeschaltet ist.

22. Schaltung nach den Ansprüchen 1, 4, 7, 8 und 12, da­ durch gekennzeichnet, daß ein weiterer Optokoppler (Q22) vorgesehen ist, dessen Eingangs-LED an die Reihenschaltung des Kondensators (C1) und der Triggerdiode (TD) angeschaltet ist und dessen Ausgangsstrompfad in Reihe mit einer Sicherheitssteuerschaltung (CRS2) an einer Span­ nungsquelle liegt, derart, daß der Sicherheitsschalter (RS2) öffnet, wenn die Triggerspannung an der Triggerdiode über­ schritten wird.

23. Schaltung nach einem der Ansprüche 4 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die LED des (ersten) Opto­ kopplers (Q25) parallel zu einer antiparallel gepolten Diode (D25) und zu einem Widerstand (RP25) sowie in Reihe mit einem Serienwiderstand (RS25) an den Steuereingangsanschlüssen liegt.

24. Schaltung nach einem der Ansprüche 4 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die LED des (ersten) Opto­ kopplers (Q25) über eine aktive Strombegrenzerschaltung an den Steuereingangsanschlüssen liegt.