DE9316157U1

DE9316157U1 - Schalteranordnung

Info

Publication number: DE9316157U1
Application number: DE9316157U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-10-22
Filing date: 1993-10-22
Publication date: 1995-02-16
Anticipated expiration: 2003-10-23

Description

Bezeichnung Schalteranordnung

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Schalteranordnung, insbesondere einen Halbleiterschalter, bei dem ein Verbraucher durch eine entsprechende Ansteuerung wenigstens eines Schalttransistors an- bzw. ausgeschaltet werden kann. Ein Nachteil bekannter Halbleiterschalter besteht darin, daß im allgemeinen entweder nur Wechselstrom oder Gleichstrom geschaltet werden kann. Ein anderer Nachteil bekannter Halbleiterschalter ist darin zu sehen, daß die geschalteten Ausgänge der Schalttransistoren, insbesondere bei zu schaltendem Gleichstrom, in der Regel nicht potentialfrei sind. Dadurch sind die Verwendungsmöglichkeiten von bekannten Halbleiterschaltern weitgehend eingeschränkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Schalteranordnung, insbesondere einen Halbleiterschalter zu schaffen, mit dem die Schaltung beliebiger Stromarten unabhängig von deren Polarität möglich ist.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch eine Schalteranordnung mit zwei Transistoren, die über ihre Emitteranschlüsse gegeneinander geschaltet und über ihre Kollektoranschlüsse mit einem wenigstens einen zu schaltenden Verbraueher aufweisenden Arbeitsstromkreis verbunden sind, wobei jeweils zwischen Emitter- und Kollektoranschluß eine Diode geschaltet ist, deren Kathode mit dem Kollektoranschluß verbunden ist, und mit einer Steuerschaltung für die Transistoren, die eine Gleichrichterschaltung zur Erzeugung einer gleichgerichteten Steuerspannung zwischen den Emitter- und Basisanschlüssen der Transistoren aufweist, wobei die Steuerschaltung mit einem über einen Befehlsschalter zuschaltbaren Wechselspannungsgenerator verbunden ist, der durch wenigstens ein Trennelement galvanisch von der Steuerschaltung getrennt ist. Durch diesen Schaltungsaufbau wird zum einen bewirkt, daß die Ausgänge der als Schalttransistoren wirkenden Transistoren potentialfrei gehalten sind, und zum anderen, daß die Schaltung sowohl von Wechselstrom als auch Gleichstrom ohne weiteres möglich ist.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß das Trennelement durch wenigstens zwei Kondensatoren gebildet ist, die jeweils zwischen einem Ausgang des Wechselspannungsgenerators und der Steuerschaltung angeordnet sind. In einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, daß das Trennelement als Transformator ausgebildet ist, dessen Primärwicklung mit dem Wechselspannungsgenerator und dessen Sekundärwicklung mit dem Eingang der Steuerschaltung verbunden ist. Durch beide Ausführungsformen ist jeweils gewährleistet, daß der Wechselspannungsgenerator galvanisch von der Steuerschaltung getrennt ist.

Die Transistoren können in einer Ausgestaltung der Erfindung als Feldeffekttransistoren ausgebildet sein, die über ihre Sourceanschlüsse gegeneinander geschaltet und über ihre Drainanschlüsse mit dem Arbeitsstromkreis in Verbindung stehen. Die Dioden für die jeweiligen Feldeffekttransistoren sind

hierbei zwischen den jeweiligen Source- und Drainanschlüssen geschaltet, wobei die Kathoden der Dioden jeweils mit den Drainanschlüssen verbunden sind. Da die Verwendung von Feldeffekttransistoren besonders vorteilhaft ist, wird im folgenden überwiegend von Feldeffekttransistoren gesprochen, ohne daß damit eine Beschränkung verbunden ist. Insbesondere erfolgt die Ansteuerung der Feldeffekttransistoren nahezu leistungsfrei, so daß eine galvanische Trennung auch durch kleinbauende Elemente, insbesondere durch Kondensatoren, ohne wei teres möglich ist.

Die als Schalttransistoren wirkenden Feldeffekttransistoren können beispielsweise als Feldeffekttransistoren mit isolierendem Gate (IGFET) ausgebildet sein. Zweckmäßig ist es dabei, daß die Feldeffekttransistoren als MOSFET ausgebildet sind. Insbesondere aufgrund der besonderen Eigenschaften der Feldeffekttransistoren können Ströme von nur wenigen Milliampere als auch Ströme von einigen Ampere geschaltet werden. Ferner ist die Schaltung von lediglich geringen Spannungen, beispielsweise 0,5-1 Volt möglich. Selbstverständlich können auch solche Transistoren verwendet werden, die bei Anlegen der gleichgerichteten Steuerspannung sperren und somit den ansonsten geschlossenen ArbeitsStromkreis öffnen.

in einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Steuerschaltung wenigstens einen Glättungskondensator für die gleichgerichtete Steuerspannung zwischen den Gate- und Sourceanschlüssen der Feldeffekttransistoren aufweist. Dadurch wird in vorteilhafter Weise gewährleistet, daß die Transistoren einwandfrei durchschalten. Dabei ist es weiterhin zweckmäßig, daß wenigstens ein Entladewiderstand für den Glättungskondensator vorgesehen ist, um zu gewährleisten, daß nach Abschaltung des Wechselspannungsgenerators die Steuerspannung abfällt und die Feldeffekttransistoren unmittelbar abschalten.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann es zweckmäßig sein, daß die Gleichrichterschaltung als Spannungsverdopplungsschaltung ausgebildet ist. Dies ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn der Wechselspannungsgenerator mit einer Spannung arbeitet, die gleich oder geringer als die er.forderliche Steuerspannung für die Feldeffekttransistoren ist.

Für die Ansteuerung des Halbleiterschalters kann vorgesehen werden, daß der Ausgang des Befehlsschalters und der Ausgang des Wechselspannungsgenerators auf ein UND-Gatter aufgeschaltet sind, dessen Ausgang mit dem Eingang der Steuerschaltung in Verbindung steht. Mit einer derartigen Schaltung kann bewirkt werden, daß beispielsweise lediglich durch einen Steuer-' impuls des Befehlsschalters der Halbleiterschalter bzw. dessen Feldeffekttransistoren durchschalten. Dabei kann es beispielsweise zweckmäßig sein, daß der Befehlsschalter als Tastencodeschalter ausgebildet ist.

Die Verwendung eines Halbleiterschalters gemäß der oben beschriebenen Art bietet den Vorteil einer sehr kompakten Bauweise. Dadurch ist es möglich, daß der Halbleiterschalter beispielsweise zusammen mit dem als Tastencodeschalter ausgebildeten Befehlsschalter in einem Gehäuse für die Ansteuerung eines Türöffners oder Torantriebes oder dgl. angeordnet werden kann. Über die Drainanschlüsse der Feldeffekttransistoren wird beispielsweise ein Relais für den Antrieb eines Torantriebes oder direkt ein Türöffner betätigt.

Gemäß der Erfindung ist weiterhin eine Schalteranordnung für wenigstens einen eine Spannungsquelle aufweisenden Stromkreis mit wenigstens einen in einem Gehäuse angeordneten Befehlsschalter vorgesehen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß in dem Gehäuse wenigstens ein Kurzschlußschalter für die Spannngsquelle vorgesehen ist, der durch öffnen und/oder Abnehmen des Gehäuses betätigbar ist, und daß wenigstens eine elektrische Sicherung vorgesehen ist, die bei geschlossenem Kurzschlußschalter anspricht und die Spannungsquelle vom Strom-

kreis trennt. Dadurch kann ein ungewolltes Ansteuern des zu schaltenden Verbrauchers weitgehend verhindert werden. Durch ein beispielsweise gewaltsames öffnen'und/oder Abnehmen des Gehäuses wird die Schalteranordnung stromlos geschaltet, so daß beispielsweise ein überbrücken der Leitungen nicht mehr möglich ist. Die durch den Kurzschlußschalter kurzgeschlossenen Spannungsquellen können beispielsweise die Stromversorgungen für den Befehlsschalter und/oder den Verbraucher und/ oder den Wechselspannungsgenerator für den oben beschriebenen Halbleiterschalter bilden. Anstelle des Halbleiterschalters können beispielsweise auch Relais verwendet werden. Wesentlich bei der Verwendung eines Kurzschlußschalters ist, daß durch eine entsprechend angeordnete elektrische Sicherung die für das Betätigen des Verbrauchers erforderlichen Schaltungen und Stromkreise stromlos gemacht werden.

Im einzelnen kann die Anordnung so getroffen werden, daß beispielsweise bei einer Verwendung des oben beschriebenen Halbleiterschalters der Befehlsschalter in einem Gehäuse außerhalb eines zu sichernden Raumes an der Außenwand angeordnet ist. In dem Gehäuse ist weiterhin ein Kurzschlußschalter angeordnet, der mit der Spannungsquelle für den Befehlsschalter und/oder den Wechselspannungsgenerator und/oder den Verbraucher verbunden ist. Bei einem Öffnen und/oder Abnehmen des Gehäuses von der Wand wird der Kurzschlußschalter geschlossen, wodurch eine Sicherung anspricht und die entsprechende Spannungsquelle von dem ihr zugeordneten Stromkreis trennt. Die Sicherung kann sich beispielsweise im Inneren des zu sichernden Raumes oder an einer anderen beliebigen von außen nicht ohne weiteres zugänglichen Stelle befinden. Ein elektrisches Betätigen, beispielsweise des Türöffners oder dgl., ist nunmehr nicht möglich, da die dazu benötigte Stromversorgung der Steuerschaltung für die Schalttransistoren und/oder des Arbeitsstromkreises und/oder des Befehlsschalters unterbrochen ist. Es ist offensichtlich, daß mit einer derartigen Schaltungsanordnung mit einem Kurzschlußschalter ein ungewolltes Betätigen des zu schaltenden Verbrauchers auf einfache Weise verhindert werden kann.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Halbleiterschalter gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine andere Form eines Halbleiterschalters und

Fig. 3 die Verwendung einer Schalteranordnung

für die Sicherung eines Raumes.

Der in der Zeichnung dargestellte Halbleiterschalter weist zwei Feldeffekttransistoren Tl, T2 auf, die über ihre Sourceanschlüsse Sl und S2 gegeneinander geschaltet sind. Die jeweiligen Drainanschlüsse DTl und DT2 bilden die potentialfreien Ausgänge des Halbleiterschalters und sind bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel mit einer Stromquelle 11 und einem Verbraucher 12 verbunden. In Abhängigkeit von dem Schaltungszustand der Transistoren Tl und T2 ist dieser Arbeitsstromkreis entweder geschlossen oder geöffnet.

Für die Ansteuerung der Feldeffekttransistoren Tl und T2 weist der Halbleiterschalter eine Steuerschaltung 13 auf, um die erforderliche Steuerspannung zwischen den Sourceanschlüssen Sl, S2 und Gateanschlüssen Gl, G2 der Feldeffekttransistoren Tl, T2 zu erzeugen. Die Steuerschaltung 13 ist mit einem Wechselspannungsgenerator 15 verbunden, der über eine nicht dargestellte Stromversorgung, beispielsweise mit 9 bis 24 V DC oder 12 V AC, gespeist wird. Um möglichst kleinbauende Schaltungselemente verwenden zu können, ist es zweckmäßig, die Steuerschaltung 13 mit einem hochfrequenten Wechselstrom, d. h. einem Strom mit sich ändernder Amplitude und/ oder wechselnder Polarität, zu verwenden. Die Frequenz kann beispielsweise 4 MHz betragen.

Um eine galvanische Trennung der Steuerschaltung 13 von dem Wechselspannungsgenerator 15 zu bewirken, sind bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 zwei Kondensatoren C2 und C4 vorgesehen, die jeweils zwischen dem einen Ausgang 17 des Wechselspannungsgenerators 15 und dem Eingang 18 und dem anderen Ausgang 19 (Masse) des Wechselspannungsgenerators 15 und dem anderen Eingang 20 der Steuerschaltung geschaltet sind. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2, die ansonsten im wesentlichen der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform entspricht, wird die Steuerschaltung 13 mittels eines Transformators 21 galvanisch von dem Wechselspannungsgenerator 15 getrennt. Die Anordnung ist im einzelnen so getroffen, daß die Primärwicklung 22 mit dem Wechselspannungsgenerator 15 verbunden ist, während die Sekundärwicklung 2 3 mit den Eingängen 18 und 20 der Steuerschaltung 13 in Verbindung steht.

Die Steuerschaltung 13 weist für die Erzeugung einer gleichgerichteten Steuerspannung für die Feldeffekttransistoren Tl, T2 eine Gleichrichterschaltung 25 auf. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Gleichrichterschaltung 25 als eine die Dioden Dl und D2 aufweisende Spannungsverdopplungsschaltung ausgebildet. Der Kondensator C2 erfüllt hier eine Doppelfunktion, nämlich einerseits die galvanische Trennung und andererseits wird er für die Spannungsverdopplungsschaltung benötigt. Bei der Gleichrichterschaltung 25 gemäß Fig. 2 ist nur eine Diode Dl vorgesehen, da durch den Transformator 21 eine genügend hohe Steuerspannung übertragen werden kann. Weiterhin ist für das einwandfreie Durchschalten der Feldeffekttransistoren Tl, T2 ein Glättungskondensator C3 vorgesehen, der nach Abschalten des Wechselspannungsgenerators 15 über einen Entladewiderstand R2 entladen wird.

Für die Betätigung des Halbleiterschalters ist ein Befehlsschalter vorgesehen, der gemäß dem Ausführungsbeispiel als Tastencodeschalter 27 ausgebildet ist. Der Tastencodeschalter 27 kann beispielsweise auch durch die Spannungsquelle für den Wechselspannungsgenerator 15 mit Strom versorgt werden. Der

Ausgang des Tastencodeschalters 27 und der Ausgang des Wechselspannungsgenerators 15 sind auf ein UND-Gatter 29 aufgeschaltet. Durch Eingabe des entsprechenden Tastencodes wird ein Steuersignal erzeugt, so daß das UND-Gatter 29 durchschaltet und Wechselspannung an den Eingängen 18, 20 der Steuerschaltung 13 anliegt. Durch die nunmehr anliegende positive Steuerspannung zwischen den Gateanschlüssen Gl, G2 und Sourceanschlüssen Sl, S2 der Feldeffekttransistoren Tl, T2 werden diese durchgeschaltet, so daß in Abhängkeit von der Polarität der anliegenden Spannungsquelle 11 der Strom entweder durch den Feldeffekttransistor Tl und die Diode D4 des Feldeffekttransistors T2 oder durch den Feldeffekttransistor T2 und die Diode D3 des Feldeffekttransistors Tl fließt. Sobald kein Steuersignal an dem Eingang des UND-Gatters 2 9 anliegt, wird der Glättungskondensator C3 durch den Entladewiderstand R2 entladen und die Feldeffekttransistoren Tl, T2 schalten ab.

Um Störimpulse oder Störsignale, beispielsweise beim Eingeben des Tastencodes, zu vermeiden, ist ferner eine Tiefpaßschaltung 35 zwischen dem Ausgang des Tastencodeschalters 2 7 und dem Eingang des UND-Gatters 2 9 vorgesehen, die aus dem Widerstand Rl und dem Kondensator Cl gebildet ist.

Bei den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen sind Befehlsschalter, Wechselspannungsgeneratoren, Tiefpaß und UND-Gatter als getrennte Bauelemente dargestellt. Es ist natürlich auch möglich, daß ein einzelner, entsprechend ausgebildeter Mikroprozessor die gleiche Funktion der durch diese Bauelemente gebildeten Schaltung 30 übernimmt.

In Fig. 3 ist eine mögliche Anordnung einer Schaltungsanordnung als Türöffner für einen zu sichernden Raum dargestellt. Der als Tastencodeschalter ausgebildete Befehlsschalter 41 ist in einem Gehäuse 4 2 angeordnet, das im Außenbereich 43, beispielsweise auf der den zu sichernden Raum 44 umgebenden Wand 45, befestigt ist. Der Befehlsschalter 41 steht über

die Signalleitungen 46 in Verbindung mit einem die Spannungsquelle 47 aufweisenden Stromkreis. Der Stromkreis weist ferner den zu schaltenden Verbraucher oder - wie in Fig. 3 dargestellt - den durch den Befehlsschalter 41 angesteuerten Schalter 48, beispielsweise einen Halbleiterschalter gemäß der oben beschriebenen Art oder ein Relais, auf. Dieser Schalter 48 kann über seine Ausgänge 49 mit dem zu schaltenden Arbeitsstromkreis verbunden sein. Selbstverständlich ist es auch möglich, daß in dem Gehäuse 42 die gesamte Schalteranordnung der oben geschilderten Art eingebaut ist und der zu schaltende Verbraucher über die Signalleitungen 46 direkt angesteuert wird.

In dem Gehäuse 42 ist ein Kurzschlußschalter 50 vorgesehen, der beim Abnehmen und/oder Öffnen des Gehäuses 42 in seine Schließstellung bringbar ist. Bei geschlossenem Kurzschlußschalter 5 0 wird die Spannungsquelle 47 über den die Leitungen 51, 52 aufweisenden Stromkreis kurzgeschlossen. Die Spannungsquelle 47 ist über eine Sicherung 53 abgesichert, die bei geschlossenem Kurzschlußschalter 50 anspricht und die Spannungsquelle 47 von dem Verbraucher bzw. Schalter 48 trennt. Zweckmäßigerweise ist die Sicherung 53 innerhalb des zu sichernden Raumes 44 oder an einer anderen von außen nicht ohne weiteres zugänglichen Stelle, beispielsweise in einem Kontrollraum, angeordnet. Insbesondere ist es für die Sicherung zweckmäßig, daß sich die Sicherung 53 nicht innerhalb des außenliegenden Gehäuses 42 befindet. Eine elektrische Betätigung, beispielsweise des Türöffners, über den Befehlsschalter 42 ist nunmehr nur noch nach Auswechseln der Sicherung 53 möglich. Es ist offensichtlich, daß auf diese Weise eine wirkungsvolle Absicherung des zu sichernden Raumes 44 gegen ungewolltes Betätigen des zu schaltenden Verbrauchers gewährleistet werden kann.

Claims

Ansprüche

1. Schalteranordnung mit zwei Transistoren, die über ihre Emitteranschlüsse gegeneinander geschaltet und über ihre Kollektoranschlüsse mit einem wenigstens einen zu schaltenden Verbraucher (12) aufweisenden Arbeitsstromkreis verbunden sind, wobei jeweils zwischen Emitteranschluß und Kollektoranschluß eine Diode geschaltet ist, deren Kathode mit dem Kollektoranschluß verbunden ist, und mit einer Steuerschaltung (13) für die Transistoren, die eine Gleichrichterschaltung (25) zur Erzeugung einer gleichgerichteten Steuerspannung zwischen den Emitteranschlüssen und Basisanschlüssen der Transistoren aufweist, wobei die Steuerschaltung (13) mit einem über einen Befehlsschalter zuschaltbaren Wechselspannungsgenerator (15) in Verbindung steht, der durch wenigstens ein Trennelement galvanisch von der Steuerschaltung (13) getrennt ist.

2. Schalteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Transistoren als Feldeffekttransistoren (Tl, T2) ausgebildet sind, die über ihre Sourceanschlüsse (Sl, S2) gegeneinander geschaltet und über ihre Drainanschlüsse (DTl, DT2) mit dem Arbeitsstromkreis verbunden sind, daß jeweils ■ zwischen Sourceanschluß (Tl, T2) und Drainanschluß (DTl, DT2) eine Diode (D3, D4) geschaltet ist, deren Kathode mit dem Drainanschluß verbunden ist, wobei die gleichgerichtete Steuerspannung zwischen den Gateanschlüssen (Gl, G2) und den Sourceanschlüssen (Sl, S2) anliegt.

3. Schalteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldeffekttransistoren (Tl, T2) als Feldeffekttransistoren mit isolierendem Gate (IGFET) ausgebildet sind.

4. Schalteranordnung nach einem der Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldeffekttransistoren (Tl, T2) als MOSFET ausgebildet sind.

5. Schalteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Trennelement durch wenigstens zwei Kondensatoren (C2, C4) gebildet ist, die jeweils zwischen einem Ausgang (17, 19) des Wechselspannungsgenerators

(15) und den Eingängen (18, 20) der Steuerschaltung (13) angeordnet sind.

6. Schalteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Trennelement als Transformator (21) ausgebildet ist, dessen Primärwicklung (22) mit dem Wechselspannungsgenerator (15) und dessen Sekundärwicklung (23) mit den Eingängen (18, 20) der Steuerschaltung (13) verbunden ist.

7. Schalteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (13) wenigstens einen Glättungskondensator (C3) für die gleichgerichtete Steuerspannung aufweist.

8. Schalteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (13) wenigstens einen Entladewiderstand (R2) für den Glättungskondensator (C3) aufweist.

9. Schalteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichterschaltung (2 5) als Spannungsverdopplungsschaltung ausgebildet ist.

10. Schalteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Befehlsschalters und der Ausgang des Wechselspannungsgenerators (15) auf ein UND-Gatter (29) aufgeschaltet sind, dessen Ausgang mit einem Eingang (18) der Steuerschaltung (13) in Verbindung steht.

11. Schalteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Befehlsschalter als Tastencodeschalter (27) ausgebildet ist.

12

12. Schalteranordnung für wenigstens einen eine Spannungsquelle (47) aufweisenden Stromkreis mit wenigstens einem in einem Gehäuse (42) angeordnetem Befehlsschalter (41), insbesondere Schalteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse (42) wenigstens ein Kurzschlußschalter (50) für die Spannungsquelle (47) vorgesehen ist, der durch öffnen und/oder Abnehmen des Gehäuses (42) in Schließstellung bringbar ist, und daß wenigstens eine außerhalb des Gehäuses (42) angeordnete elektrische Sicherung (53) vorgesehen ist, die bei geschlossenem Kurzschlußschalter (50) anspricht und die Spannungsquelle (47) vom Stromkreis trennt.