DE4244119C1 - Protecting relay contacts against overloading - using controlled switch with switching path in parallel with contacts and monitoring elements for load current circuit - Google Patents

Protecting relay contacts against overloading - using controlled switch with switching path in parallel with contacts and monitoring elements for load current circuit

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Abstract

An electric load (5) can be connected to a voltage supply (6) via relay contacts (2a). A controllable switch (4) is connected parallel with the contacts (2a). Control electronics (1) control the relay (2) and switch (4). Monitoring elements, including overcurrent (3) and voltage (7) sensors, monitor the load current loop (2a, 3, 5, 6). The current sensor (3) checks if the load current exceeds a given threshold and, if so, provides an over-load signal (U) to the control electronics (1). The latter (1) then switches both the relay (2) and the switch (4) off. After a short pause (c), the electronics (1) checks the load voltage through the voltage sensor (7). When a voltage above a given threshold is registered, the electronics (1) switches the switch (4) on for a short time. This continues as long as the overload signal (U) is applied. ADVANTAGE - Simple, inexpensive way to protect relay contacts from burning or damage even with very high loading.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schützen von Relaiskontakten gegen Überlastung durch eine Vorrichtung mit einer elektrischen Last, welche über Relaiskontakte an eine Spannungsquelle angeschaltet werden kann, mit einem steuerbaren Schalter, dessen Schaltstrecke den Relaiskontakten parallel geschaltet ist, mit einer Ansteuerungselektronik zur Ansteuerung des Relais und des steuerbaren Schalters, mit Überwachungselementen zur Überwachung von elektrischen Größen des Laststromkreises.The invention relates to a method for protecting Relay contacts against overload by a device with an electrical load, which is connected to a Voltage source can be switched on with a controllable switch, the switching path of which Relay contacts is connected in parallel with one Control electronics for controlling the relay and the controllable switch, with monitoring elements for Monitoring of electrical variables of the load circuit.

Aus der DE 37 01 838 A1 ist eine Vorrichtung bekannt, welche insbesondere zum Bestromen von Glühkerzen in Kraftfahrzeugen Verwendung finden kann. Bei dieser bekannten Vorrichtung ist den Relaiskontakten beim Ein- und Ausschalten des Relais die Schaltstrecke eines Halbleiterschalters parallel geschaltet, wodurch eine übermäßige Belastung der Relaiskontakte und ein damit verbundener starker Abbrand der Kontakte wirksam vermieden wird.From DE 37 01 838 A1 a device is known which in particular for energizing glow plugs in motor vehicles Can be used. In this known device the relay contacts when switching the relay on and off Switching path of a semiconductor switch connected in parallel, causing an excessive load on the relay contacts and a associated severe erosion of the contacts is effective is avoided.

Die an den Relaiskontakten anliegende Spannung wird durch einen AD-Wandler überwacht, welcher fehlerhafte Betriebszustände (z. B. Kurzschluß oder offener Stromkreis) feststellen und über die ansteuernde Elektronik zur Anzeige bringen kann.The voltage at the relay contacts is indicated by monitors an AD converter which is faulty Operating states (e.g. short circuit or open circuit) determine and display via the controlling electronics can bring.

Hinsichtlich der Fehlerbehandlung kann diese bekannte Vorrichtung und das durch die Vorrichtung auszuführende Verfahren noch weiter verbessert werden. Um nämlich die bei Überlast oder gar Kurzschluß auftretenden sehr hohen Ströme zu verkraften, muß der Halbleiterschalter für eine sehr hohe Verlustleistung ausgelegt sein. Solche Halbleiterschalter sind in der Beschaffung ausgesprochen teuer. Dagegen würde ein für normale Betriebszustände ausreichend ausgelegter Halbleiterschalter im Kurzschlußfall schon nach kurzer Zeit zerstört werden.With regard to error handling, this can be known Device and that to be carried out by the device Procedures can be further improved. To namely at Overload or short circuit occurring very high currents to cope with the semiconductor switch for a very high Power loss can be designed. Such semiconductor switches are extremely expensive to procure. Would a sufficiently designed for normal operating conditions Semiconductor switch in the event of a short circuit after a short time be destroyed.

Es ist die Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zu schaffen, mit welchen auf einfache und kostengünstige Weise die Relaiskontakte auch im Fall von fehlerhaft hoher Belastung gegen Abbrand und Zerstörung geschützt werden kann.It is the object of the invention to create a method with which in a simple and inexpensive way Relay contacts even in the event of faulty high loads can be protected against burning and destruction.

Dieses wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 erreicht.This is inventively by the characterizing Features of claim 1 achieved.

Das erfindungsgemäße Verfahren löst dabei folgendes Problem:The method according to the invention solves the following problem:

Im Überlastfall, beispielsweise einem Kurzschluß im Laststromkreis, ist sowohl das Relais als auch der steuerbare Schalter durch hohe Stromstärken gefährdet. Um die Relaiskontakte zu schützen, werden diese im Überlastfall durch Abschalten des Relais möglichst schnell geöffnet.In the event of an overload, for example a short circuit in the Load circuit, is both the relay and the controllable switches endangered by high currents. Around To protect the relay contacts, they become overloaded opened as quickly as possible by switching off the relay.

Dieses schnelle Öffnen der Relaiskontakte kann dabei vorteilhafterweise noch dadurch unterstützt werden, daß die Laststromrichtung durch das Relais so gewählt wird, daß das durch den Laststrom hervorgerufene Magnetfeld sich nicht zum Magnetfeld der Relaisspule hinzuaddiert, sondern dieses eher schwächt.This quick opening of the relay contacts can are advantageously supported by the fact that the Load current direction is chosen by the relay so that the caused by the load current does not become Magnetic field added to the relay coil, but rather this weakens.

Nach dem Öffnen der Relaiskontakte muß die Schaltstrecke des steuerbaren Schalters den hohen Laststrom leiten, wodurch er binnen kurzer Zeit zerstört wird, sofern nicht ein besonders hochbelastbarer und kostenaufwendiger steuerbarer Schalter vorgesehen ist.After opening the relay contacts, the switching path of the controllable switch conduct the high load current, making it will be destroyed within a short time, unless a special one heavy duty and costly controllable switch is provided.

Wird die Schaltstrecke des steuerbaren Schalters im Überlastfall dagegen zu früh geöffnet, so ist es möglich, daß sich beim Öffnen der Relaiskontakte an diesen ein Lichtbogen ausbildet, welcher die Relaiskontakte zerstören kann.If the switching distance of the controllable switch in On the other hand, if the overload is opened too early, it is that when opening the relay contacts on this one Arc forms, which destroy the relay contacts can.

Die das erfindungsgemäße Verfahren ausführende Vorrichtung löst dieses Problem, indem ein Stromsensor vorgesehen ist, welcher erkennt, ob der Laststrom über einem vorgegebenen Grenzwert liegt und daß weiterhin ein Spannungssensor vorgesehen ist, welcher überprüft, ob sich an den Relaiskontakten ein Lichtbogen ausgebildet hat.The device carrying out the method according to the invention solves this problem by providing a current sensor which detects whether the load current is above a predetermined one Limit is and that there is still a voltage sensor  is provided, which checks whether the Relay contacts has formed an arc.

Unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens schaltet im Überlastfall die Ansteuerungselektronik zunächst das Relais ab und steuert danach den steuerbaren Schalter wiederholt und jeweils nur für kurze Zeit an, und zwar so oft, bis ein eventuell an den Relaiskontakten brennender Lichtbogen gelöscht ist.Using the method according to the invention switches in If the control electronics overload, the relay first and then controls the controllable switch repeatedly and only for a short time, and so often until one possibly arcing on the relay contacts is deleted.

Durch die Erfindung wird daher sowohl das Relais als auch der steuerbare Schalter wirksam gegen Zerstörung durch Überlastung geschützt.The invention therefore both the relay and the controllable switch is effective against destruction Overload protected.

Vorteilhafterweise braucht der steuerbare Schalter dazu nicht für extreme Betriebszustände ausgelegt sein, wodurch ein besonders kostengünstiger steuerbarer Schalter Verwendung finden kann.The controllable switch advantageously requires this not be designed for extreme operating conditions, whereby a particularly inexpensive controllable switch Can be used.

Auf besonders einfache und kostengünstige Weise kann das erfindungsgemäße Verfahren realisiert werden, wenn die Ansteuerungselektronik als Mikrorechner ausgeführt wird.This can be done in a particularly simple and inexpensive manner Method according to the invention can be implemented if the Control electronics is executed as a microcomputer.

Im folgenden soll anhand der Zeichnung die das erfindungsgemäße Verfahren ausführende Vorrichtung sowie das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert werden.The following is based on the drawing Device executing the inventive method and the The inventive method are explained in more detail.

Es zeigenShow it

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel für eine das erfindungsgemäße Verfahren ausführende Vorrichtung anhand eines Blockschaltbildes; Fig. 1 shows an embodiment of a method of the invention performing device with reference to a block diagram;

Fig. 2 einen Ablaufplan für das von der in der Fig. 1 gezeigten Vorrichtung ausgeführte erfindungsgemäße Verfahren. FIG. 2 shows a flow chart for the method according to the invention carried out by the device shown in FIG. 1.

In dem in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung eine Ansteuerungselektronik (1) auf, die vorteilhafterweise als Mikrorechner ausgeführt ist und welche über eine Relaisansteuerungsleitung (SL) mit einem Relais (2) verbunden ist. Zu dem als Blocksymbol dargestellten Relais (2) können selbstverständlich weitere Komponenten gehören, wie z. B. Schaltverstärker, Freilaufdioden, deren vorteilhafte Anordnung und Funktion aber bekannt und daher in der Figur nicht weiter dargestellt sind.In the exemplary embodiment shown in FIG. 1, the device has control electronics ( 1 ) which is advantageously designed as a microcomputer and which is connected to a relay ( 2 ) via a relay control line (SL). To the relay ( 2 ) shown as a block symbol can of course include other components, such as. B. switching amplifiers, free-wheeling diodes, whose advantageous arrangement and function are known and are therefore not shown in the figure.

Parallel zu den Kontakten (2a) des Relais (2) liegt die Schaltstrecke des steuerbaren Schalters (4), welcher über eine Ansteuerungsleitung (AL) mit der Ansteuerungselektronik (1) verbunden ist.Parallel to the contacts (2 a) of the relay (2) the switching path is of the controllable switch (4) which is connected via a drive line (AL) to the control electronics (1).

In den Laststromkreis des Relais (2) ist ein Überstromsensor (3) geschaltet, welcher ein Überlastsignal (Ü) an die Ansteuerungselektronik (1) gibt sobald der Laststrom einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet. Weiterhin ist ein Spannungssensor (7) vorgesehen, welcher ein Überspannungssignal (SP) an die Ansteuerungselektronik (1) gibt sobald die an der Last anliegende Spannung einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet.An overcurrent sensor ( 3 ) is connected to the load circuit of the relay ( 2 ), which sends an overload signal (Ü) to the control electronics ( 1 ) as soon as the load current exceeds a predetermined limit value. A voltage sensor ( 7 ) is also provided, which sends an overvoltage signal (SP) to the control electronics ( 1 ) as soon as the voltage applied to the load exceeds a predetermined limit value.

Die Funktionsweise der Vorrichtung bei "normaler" Ansteuerung der Last (das heißt, Ansteuerung ohne überhöhten Laststrom) entspricht im wesentlichen der Funktionsweise der in der DE 37 01 838 A1 beschriebenen Vorrichtung.The functioning of the device with "normal" Control of the load (that is, control without excessive Load current) corresponds essentially to the mode of operation of the device described in DE 37 01 838 A1.

Die Funktionsweise der Vorrichtung bei überhöhtem Laststrom und das hierbei von der Ansteuerungselektronik (1) durchgeführte erfindungsgemäße Verfahren soll im folgenden anhand der Fig. 1 unter Zuhilfenahme des in der Fig. 2 dargestellten Ablaufplanes näher erläutert werden.The mode of operation of the device when the load current is excessive and the method according to the invention carried out by the control electronics ( 1 ) will be explained in more detail below with reference to FIG. 1 with the aid of the flowchart shown in FIG .

Tritt im Laststromkreis ein erhöhter Strom auf, so gibt der Überstromsensor (3) ein Überlastsignal (Ü) an die Ansteuerungselektronik (1) (Verfahrensschritt a). Die Ansteuerungselektronik (1) stellt daraufhin die Ansteuerung des Relais (2) und des steuerbaren Schalters (4) durch Zurücknahme des Relaisansteuerungssignales (S) und des Ansteuerungssignals (A) für den steuerbaren Schalter (4) ein (Verfahrensschritt b).If an increased current occurs in the load circuit, the overcurrent sensor ( 3 ) sends an overload signal (Ü) to the control electronics ( 1 ) (method step a). The control electronics ( 1 ) then set the control of the relay ( 2 ) and the controllable switch ( 4 ) by withdrawing the relay control signal (S) and the control signal (A) for the controllable switch ( 4 ) (method step b).

Zweckmäßigerweise wird der steuerbare Schalter (4) kurzzeitig nach dem Relais (2) abgeschaltet, um das Entstehen eines Lichtbogens an den Relaiskontakten (2a) nach Möglichkeit zu verhindern.The controllable switch ( 4 ) is expediently switched off briefly after the relay ( 2 ) in order to prevent the occurrence of an arc at the relay contacts ( 2 a) if possible.

Ob dies gelungen ist überprüft die Ansteuerungselektronik (1) nach einer kurzen Pause (Verfahrensschritt c) von ca. zwei Millisekunden durch Abfrage des Spannungssensors (7) (Verfahrensschritt d). Liegt dabei die am Spannungssensor (7) anliegende Spannung oberhalb eines vorgegebenen Grenzwertes, so gibt der Spannungssensor (7) ein Überspannungssignal (SP) an die Ansteuerungselektronik (1). Dieses tritt auf, wenn sich beim Abschalten des Relais (2) zwischen den Relaiskontakten (2a) ein Lichtbogen ausgebildet hat. Um diesen Lichtbogen zu löschen, steuert die Ansteuerungselektronik (1) den steuerbaren Schalter (4) kurzzeitig (das heißt beispielsweise für den Zeitraum von 0,2 Milli-Sekunden) an (Verfahrensschritt f). Die Ansteuerungszeit muß dabei so gewählt werden, daß der steuerbare Schalter (4) auch bei Kurzschluß im Lastkreis nicht termisch überlastet wird.After a short pause (method step c) of approximately two milliseconds, the control electronics ( 1 ) checks whether this has succeeded by querying the voltage sensor ( 7 ) (method step d). If the voltage applied to the voltage sensor ( 7 ) is above a predetermined limit value, the voltage sensor ( 7 ) sends an overvoltage signal (SP) to the control electronics ( 1 ). This occurs when an arc has formed between the relay contacts ( 2 a) when the relay ( 2 ) is switched off. In order to extinguish this arc, the control electronics ( 1 ) briefly actuate the controllable switch ( 4 ) (that is, for example, for the period of 0.2 milliseconds) (method step f). The activation time must be selected so that the controllable switch ( 4 ) is not thermally overloaded even in the event of a short circuit in the load circuit.

Die Verfahrensschritte c, d und f werden dabei so oft wiederholt ausgeführt (Verfahrensschritt g), bis die vom Spannungssensor (7) registrierte Spannung unterhalb des vorgegebenen Grenzwertes liegt. Nach Wegfall des Überspannungssignals (SP) wird die Ansteuerung des steuerbaren Schalters (4) beendet, da der Lichtbogen an den Relaiskontakten (2a) gelöscht ist. (Verfahrensschritt e) Die beschriebene Vorrichtung mit dem beschriebenen Verfahren eignet sich dabei besonders für Schaltungen, bei denen eine relativ geringe Versorgungsspannung an die Last geschaltet wird, bei denen aber im Kurzschlußfall mit sehr hohen Kurzschlußströmen gerechnet werden muß. Die das erfindungsgemäße Verfahren ausführende Vorrichtung erlaubt ein besonders schnelles Abschalten des Relais, wobei die Löschung eines eventuell entstehenden Lichtbogens in einem tolerierbar kurzen Zeitraum möglich ist.Process steps c, d and f are repeated so often (process step g) until the voltage registered by the voltage sensor ( 7 ) is below the predetermined limit value. After elimination of the overvoltage signal (SP), the control of the controllable switch (4) is terminated because the arc is (a 2) are cleared at the relay contacts. (Method step e) The described device with the described method is particularly suitable for circuits in which a relatively low supply voltage is connected to the load, but in which very high short-circuit currents must be expected in the event of a short circuit. The device carrying out the method according to the invention allows the relay to be switched off particularly quickly, and it is possible to extinguish any arc which may occur in a tolerably short period of time.

BezugszeichenReference numerals

1 Ansteuerungselektronik
2 Relais
2a Relaiskontakte
3 Überstromsensor
4 steuerbarer Schalter
5 Last
6 Spannungsquelle
7 Spannungssensor
S Relaisansteuerungssignal
Ü Überlastsignal
A Ansteuerungssignal (für den steuerbaren Schalter)
SP Überspannungssignal
SL Relaisansteuerungsleitung
AL Ansteuerungsleitung (für den steuerbaren Schalter)
a-g Verfahrensschritte (in Fig. 2) 1 control electronics
2 relays
2 a relay contacts
3 overcurrent sensor
4 controllable switches
5 load
6 voltage source
7 voltage sensor
S Relay control signal
Ü overload signal
A control signal (for the controllable switch)
SP overvoltage signal
SL relay control line
AL control line (for the controllable switch)
ag process steps (in Fig. 2)

Claims (5)

1. Verfahren zum Schützen von Relaiskontakten gegen Überlastung, durch eine Vorrichtung mit einer elektrischen Last (5), welche über Relaiskontakte (2a) an eine Spannungsquelle (6) angeschaltet werden kann, mit einem steuerbaren Schalter (4), dessen Schaltstrecke den Relaiskontakten (2a) parallel geschaltet ist, mit einer Ansteuerungselektronik (1) zur Ansteuerung des Relais (2) und des steuerbaren Schalters (4), mit Überwachungselementen (3, 7) zur Überwachung von elektrischen Größen des Laststromkreises, dadurch gekennzeichnet, daß als Überwachungselemente (3, 7) ein Überstromsensor (3) und ein Spannungssensor (7) vorgesehen ist und daß die Vorrichtung folgende Verfahrensschritte ausführt:
  • 1. Der Überstromsensor (3) prüft, ob der im Laststromkreis (2a, 3, 5, 6) fließende Strom einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet und gibt, wenn dies der Fall ist, ein Überlastsignal (Ü) an die Ansteuerungselektronik (1). (a)
  • 2. Die Ansteuerelektronik (1) schaltet bei Vorliegen eines Überlastsignals (Ü) sowohl das Relais (2) als auch den steuerbaren Schalter (4) ab. (b)
  • .) Die Ansteuerelektronik (1) prüft nach einer kurzen Pause (c) die an der Last (5) anliegende Spannung durch Abfrage des Spannungssensors (7). (d)
  • 4. Die Ansteuerelektronik (1) schaltet den steuerbaren Schalter (4) für eine kurze Zeit ein (f), wenn die vom Spannungssensor registrierte Spannung oberhalb eines vorgegebenen Grenzwertes liegt. (d)
  • 5. Die Verfahrensschritte 3 und 4 werden wiederholt ausgeführt (g), solange das Überlastsignal (Ü) an der Ansteuerelektronik (1) anliegt.
1. Method for protecting relay contacts against overload, by a device with an electrical load ( 5 ), which can be connected to a voltage source ( 6 ) via relay contacts ( 2 a), with a controllable switch ( 4 ), the switching path of which the relay contacts ( 2 a) is connected in parallel, with control electronics ( 1 ) for controlling the relay ( 2 ) and the controllable switch ( 4 ), with monitoring elements ( 3 , 7 ) for monitoring electrical quantities of the load circuit, characterized in that as monitoring elements ( 3 , 7 ) an overcurrent sensor ( 3 ) and a voltage sensor ( 7 ) is provided and that the device carries out the following method steps:
  • 1. The overcurrent sensor ( 3 ) checks whether the current flowing in the load circuit ( 2 a, 3 , 5 , 6 ) exceeds a predetermined limit value and, if this is the case, gives an overload signal (Ü) to the control electronics ( 1 ). (a)
  • 2. The control electronics ( 1 ) switches off both the relay ( 2 ) and the controllable switch ( 4 ) in the presence of an overload signal (Ü). (b)
  • .) After a short pause (c), the control electronics ( 1 ) checks the voltage applied to the load ( 5 ) by querying the voltage sensor ( 7 ). (d)
  • 4. The control electronics ( 1 ) switches the controllable switch ( 4 ) on for a short time (f) when the voltage registered by the voltage sensor is above a predetermined limit value. (d)
  • 5. Process steps 3 and 4 are carried out repeatedly (g) as long as the overload signal (Ü) is applied to the control electronics ( 1 ).
2. Vorrichtung zur Ausführung eines Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Ansteuerungselektronik (1) ein Mikrorechner vorgesehen ist.2. Device for carrying out a method according to claim 1, characterized in that a microcomputer is provided as the control electronics ( 1 ). 3. Vorrichtung zur Ausführung eines Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als steuerbarer Schalter (4) ein Halbleiterbaustein vorgesehen ist.3. A device for performing a method according to claim 1, characterized in that a semiconductor module is provided as a controllable switch ( 4 ). 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der steuerbare Schalter (4) als Feldeffekttransistor ausgeführt ist.4. The device according to claim 3, characterized in that the controllable switch ( 4 ) is designed as a field effect transistor. 5. Vorrichtung zur Ausführung eines Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung des über die Relaiskontakte (2a) geführten Laststromes so gewählt ist, daß das durch den Laststrom hervorgerufene Magnetfeld das Spulenmagnetfeld des Relais (2) abschwächt oder zumindest nicht verstärkt.5. A device for carrying out a method according to claim 1, characterized in that the direction of the load current conducted via the relay contacts ( 2 a) is selected so that the magnetic field caused by the load current weakens or at least does not amplify the coil magnetic field of the relay ( 2 ) .
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