DE3828428C1 - Voltage supply for proximity switches - Google Patents

Voltage supply for proximity switches

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DE3828428C1 DE19883828428 DE3828428A DE3828428C1 DE 3828428 C1 DE3828428 C1 DE 3828428C1 DE 19883828428 DE19883828428 DE 19883828428 DE 3828428 A DE3828428 A DE 3828428A DE 3828428 C1 DE3828428 C1 DE 3828428C1
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Ivan Dipl.-Ing. Bruegg Ch Popelis
Hubert St. Blaise Ch Chassot
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    • H03K17/94—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
    • H03K17/945—Proximity switches
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Abstract

An electronic proximity switch exhibits at the output an electronic switch (T1) switching a load (L). A voltage regulator (2) supplies a regulated voltage (Up) via a storage capacitor (C1). When the electronic switch (T1) is switched through, there is no unregulated supply voltage present at the voltage regulator (2) and the storage capacitor (C1) discharges via the connected proximity indicator (1). The decreasing voltage is compared with a reference voltage (Uref) via a comparator (K1) and when it drops below the reference voltage, the output of the electronic switch (T1) and a further switch (T3) are opened so that the voltage regulator (2) is connected to a voltage and rapidly charges the storage capacitor (C1) via a low-impedance branch. <IMAGE>

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen elektronischen 2-Draht-Näherungsschalter nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruches 1.The present invention relates to a electronic 2-wire proximity switch according to the Generic term of patent claim 1.

Ein derartiger Näherungsschalter ist z. B. aus der DE-AS 24 46 454 bekannt. Dort ist ein berührungslos wirkendes Schaltgerät über insgesamt nur zwei Anschlußleitungen einerseits an eine Spannungsquelle direkt und andererseits über eine Last angeschlossen. Als Last kann beispielsweise ein Schaltschütz dienen. Im Falle einer Wechselspannung als Spannungsquelle ist zwischen dem Schaltgerät und der Spannungsquelle noch eine Gleichrichterbrücke angeordnet. Bei dem bekannten Näherungsschalter wird mit dem Schaltsignal ein Thyristor als elektronischer Schalter geschaltet. Um den Näherungsschalter auch bei betätigtem Schalter mit der nötigen Hilfsspannung zu versorgen, wird dieser Schalter in Phasen-Anschnittsteuerung mit einem Phasenwinkel nur wenig größer als Null betrieben. Es entstehen somit kurze Zeitspannen, in denen der elektronische Schalter noch gesperrt bleibt und Spannung am Schaltgerät ansteht, die ausreichend groß ist, um die Speiseschaltung für den Näherungsschalter zu versorgen. Die Hilfsspannung für den Näherungsschalter wird durch einen Regelverstärker unabhängig von der Größe der Spannung der Spannungsquelle konstantgehalten und in einem Kondensator gespeichert.Such a proximity switch is such. B. from the DE-AS 24 46 454 known. There is a contactless one Switchgear over a total of only two connecting lines on the one hand directly to a voltage source and on the other hand connected via a load. For example, as a load serve as a contactor. In the case of an AC voltage than Voltage source is between the switching device and the Voltage source still arranged a rectifier bridge. At the known proximity switch is a with the switching signal Thyristor switched as an electronic switch. To the Proximity switch even when the switch is actuated with the to supply the necessary auxiliary voltage, this switch is in Phase gating control with a phase angle only a little operated greater than zero. So there are short ones Periods of time in which the electronic switch is still remains locked and voltage is present at the switching device is sufficiently large for the supply circuit for the Supply proximity switch. The auxiliary voltage for the  Proximity switch is independent by a control amplifier on the size of the voltage of the voltage source kept constant and stored in a capacitor.

Verwendet man als elektronischen Schalter beispielsweise einen Leistungstransistor, der bei betätigter Last dauernd geschlossen ist, so steht dem Regelverstärker während dieser Schließzeit keine Spannung zur Verfügung, und der Speicherkondensator kann sich soweit entladen, daß die auf ihm befindliche Ladung nicht mehr ausreichend für den sicheren Betrieb des Näherungsschalters ist.Used as an electronic switch, for example a power transistor that is constantly on when the load is actuated is closed, the control amplifier stands during this Closing time no voltage available, and the Storage capacitor can discharge so far that the on charge in his possession is no longer sufficient for the safe operation of the proximity switch.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, hier Abhilfe zu schaffen und auch in diesem Fall eine ausreichende Spannungsversorgung zu gewährleisten. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Näherungsschalters sind den Unteransprüchen entnehmbar.It is therefore the object of the present invention here To remedy the situation and also in this case an adequate one To ensure power supply. The solution to this Task succeeds according to the characteristic features of the Claim 1. Further advantageous embodiments of the Proximity switch according to the invention are the dependent claims removable.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die geregelte Spannung mit einer Referenzspannung verglichen, und es wird bei Unterschreiten der Referenzspannung der Ausgangs-Schalttransistor geöffnet und der Regeltransistor von seinem Referenzelement abgetrennt, so daß kurzfristig über einen niederohmigen Zweig eine Nachladung des Speicherkondensators erfolgt, wobei dieser niederohmige Zweig einen weiteren durchgeschalteten Transistor aufweist.According to the present invention, the regulated voltage compared to a reference voltage and it will be at Falling below the reference voltage of the Output switching transistor opened and the control transistor separated from its reference element, so that in the short term a reload of the  Storage capacitor takes place, this low-resistance branch has a further connected transistor.

Anhand der einzigen Figur der beiliegenden Zeichnung wird im folgenden ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Näherungsschalters näher beschrieben.Based on the single figure of the accompanying drawing following an embodiment of the invention Proximity switch described in more detail.

Eine Wechselspannungsquelle U ist über eine Last L, die beispielsweise ein Schaltschütz mit einer gewissen Trägheit sein kann und über zwei Anschlußleitungen an eine Gleich­ richterbrücke RB angeschlossen, deren Ausgangsspannung den Näherungsindikator 1 über einen Regler 2 mit Spannung ver­ sorgt. Der Näherungsindikator 1 besteht in bekannter Weise aus einem verstimmbaren Oszillator, einem nachgeschalteten Gleichrichter und Demodulator und einem Schwellwertindikator mit Hysterese. Der Ausgang /OFF des Näherungsindikators 1 wirkt über einen Inverter C und ein nachgeschaltetes NAND-Gatter D sowie über eine invertierende Schutzschaltung 3 auf das Gate G eines MOS-FET-Leistungstransistors T 1 ein. Die Senke D des Leistungstransistors T 1 ist an die ungeregelte positive Versorgungsspannung U + angeschlossen, und die Quelle S des Leistungstransistors T 1 liegt über einen Widerstand R S an der Bezugsspannung U -.An AC voltage source U is connected via a load L , which can be, for example, a contactor with a certain inertia and via two connecting lines to a rectifier bridge RB , the output voltage of which provides the proximity indicator 1 via a regulator 2 with voltage. The proximity indicator 1 consists in a known manner of a detunable oscillator, a downstream rectifier and demodulator and a threshold indicator with hysteresis. The output / OFF of the proximity indicator 1 acts via an inverter C and a downstream NAND gate D and via an inverting protection circuit 3 on the gate G of a MOS-FET power transistor T 1 . The sink D of the power transistor T 1 is connected to the unregulated positive supply voltage U + , and the source S of the power transistor T 1 is connected to the reference voltage U - via a resistor R S.

Zwischen dem Näherungsindikator 1 und der Schutzschaltung 3 ist der Regler 2 angeordnet, wobei der Inverter C und das NAND-Gatter D Bestandteile dieses Reglers 2 sind. Der Regler weist einen niederohmigen Widerstand R 1 in Reihe zu der Kollektor/Emitterstrecke eines npn-Regeltransistors T 2 und in Reihe zu einem weiteren Widerstand R 4 auf. Ein Speicherkondensator C 1 ist an den Widerstand R 4 und die Bezugsspannung U - angeschlossen.The controller 2 is arranged between the proximity indicator 1 and the protective circuit 3 , the inverter C and the NAND gate D being components of this controller 2 . The controller has a low-resistance resistor R 1 in series with the collector / emitter path of an npn control transistor T 2 and in series with a further resistor R 4 . A storage capacitor C 1 is connected to the resistor R 4 and the reference voltage U - .

Parallel zu dem Widerstand R 4 ist die Kollektor/Emitterstrecke eines pnp-Transistors T 4 geschaltet. Die Basis des Transistors T 4 liegt an einem Spannungsteiler bestehend aus den Widerständen R 5 und R 6, welche zwischen dem Emitter des Transistors T 2 und dem Ausgang /OFF des Näherungsindikators 1 angeordnet sind.The collector / emitter path of a pnp transistor T 4 is connected in parallel with the resistor R 4 . The base of the transistor T 4 is connected to a voltage divider consisting of the resistors R 5 and R 6 , which are arranged between the emitter of the transistor T 2 and the output / OFF of the proximity indicator 1 .

Die Basis des Transistors T 2 ist über eine Zenerdiode ZD 1 und die Kollektor/Emitterstrecke eines weiteren npn-Transistors T 3 an Bezugsspannung U - gelegt. Zudem ist die Basis des Transistors T 2 über einen Widerstand R 2 mit dem Kollektor dieses Transistors verbunden.The base of transistor T 2 is 3 to reference voltage U via a Zener diode ZD 1 and the collector / emitter path of a further npn transistor T - set. In addition, the base of transistor T 2 is connected to the collector of this transistor via a resistor R 2 .

Die Basis des Transistors T 3 ist an den Ausgang eines Komparators K 1 angeschlossen, dessen positiver Eingang an einem Spannungsteiler bestehend aus zwei Widerständen R 7, R 8 zwischen der geregelten Spannung liegt und dessen negativer Eingang an eine Referenzspannung angeschlossen ist, die beispielsweise durch eine Zenerdiode gebildet werden kann. Ferner ist der Ausgang des Komparators K 1 auf einen zweiten Eingang des NAND-Gatters D geführt.The base of transistor T 3 is connected to the output of a comparator K 1 , the positive input of which is connected to a voltage divider consisting of two resistors R 7 , R 8 between the regulated voltage and the negative input of which is connected to a reference voltage, for example by a Zener diode can be formed. Furthermore, the output of the comparator K 1 is routed to a second input of the NAND gate D.

Aus dem vorstehend beschriebenen Aufbau des erfindungsgemäßen Näherungsschalters ergibt sich folgende Wirkungsweise:
Wenn der Leistungstransistor T 1 geöffnet ist und somit durch den Näherungsindikator 1 die Last L nicht betätigt wird, so liegt an dem Regler 2 die ungeregelte Versorgungsspannung an. Der Transistor T 3 ist geöffnet, und die Spannung an der Basis des Transistors T 2 wird über die Zenerdiode ZD 1 konstantgehalten. Der lineare Regler bestehend aus den Elementen T 2, ZD 1, R 1 und R 2 lädt über den Widerstand R 4 den Speicherkondensator C 1, wobei die geregelte Versorgungsspannung U D maßgeblich durch die Zenerspannung der Zenerdiode ZD 1 vorgegeben ist.The following mode of operation results from the construction of the proximity switch according to the invention described above:
When the power transistor T 1 is opened and thus the load L is not operated by the proximity indicator 1, there is on the regulator 2 to the unregulated supply voltage. The transistor T 3 is open and the voltage at the base of the transistor T 2 is kept constant via the Zener diode ZD 1 . The linear regulator consisting of the elements T 2 , ZD 1 , R 1 and R 2 charges the storage capacitor C 1 via the resistor R 4 , the regulated supply voltage U D being largely determined by the Zener voltage of the Zener diode ZD 1 .

Wenn der Leistungstransistor T 1 durchgeschaltet wird, so bricht die ungeregelte Versorgungsspannung am Eingang des Reglers 2 zusammen. Für die Durchschaltung des Leistungstransistors T 1 ist ein "H"-Signal erforderlich, das sich bei einem "L"-Signal am Ausgang des Näherungsindikators 1 ergibt. Durch Invertierung über den Inverter C, das NAND-Gatter D und die Schutzschaltung 3 ergibt sich ein entsprechendes "H"-Signal am Eingang des MO-FET-Leistungstransistors T 1.When the power transistor T 1 is turned on, the unregulated supply voltage at the input of the controller 2 breaks down. For switching the power transistor T 1 through, an "H" signal is required, which results from an "L" signal at the output of the proximity indicator 1 . Inversion via the inverter C , the NAND gate D and the protective circuit 3 results in a corresponding “H” signal at the input of the MO-FET power transistor T 1 .

Wenn der Regler 2 die Ladung auf dem Speicherkondensator C 1 nicht nachregeln kann, so wird dieser Speicherkondensator durch den Stromverbrauch des Näherungsindikators 1 entladen. Fällt nun die über den Spannungsteiler R 7/R 8 heruntergeteilte Versorgungsspannung U D unter die Referenzspannung U ref , so schaltet der Komparator K 1 an seinem Ausgang um und gibt ein "L"-Signal aus, wodurch einmal der Transistor T 3 gesperrt und zum anderen über das NAND-Gatter D und die Schutzschaltung 3 der Leistungstransistor T 1 gesperrt wird. If the controller 2 cannot readjust the charge on the storage capacitor C 1 , then this storage capacitor is discharged by the current consumption of the proximity indicator 1 . Now If the divided down by the voltage divider R7 / R8 supply voltage U D at the reference voltage U ref, the comparator K 1 switches at its output, and outputs a "L" signal, whereby once the transistor T blocked 3 and another is blocked via the NAND gate D and the protective circuit 3 of the power transistor T 1 .

Nunmehr schaltet der Regeltransistor T 2 voll durch, so daß der Speicherkondensator C 1 aus der vollen ungeregelten Eingangsspannung über den kleinen Widerstand R 1 sehr rasch nach- und aufgeladen wird. Wenn die heruntergeteilte geregelte Versorgungsspannung U D wieder die Referenzspannung U ref übersteigt, so schaltet der Komparator K 1 an seinem Ausgang wieder auf das hohe Potential "H" um, wodurch die Transistoren T 3 und T 1 wieder in den leitenden Zustand gelangen. Die vorausgegangene Schließung des Leistungstransistors T 1 ist hierbei so kurz, daß die z. B. als Schaltschütz ausgebildete Last L nicht abfällt.Now, the control transistor T2 switches through full, so that the storage capacitor C 1 quickly demand from the full unregulated input voltage across the small resistor R 1 and charged. When the divided down regulated supply voltage U D again exceeds the reference voltage U ref, the comparator K 1 switches at its output again to the high potential "H" in order, so that the transistors T 3 and T 1 are returned to the conductive state. The previous closure of the power transistor T 1 is so short that the z. B. trained as a contactor load L does not drop.

Claims (7)

1. Elektronischer 2-Draht-Näherungsschalter mit einem zwischen den beiden Klemmen einer Versorgungsspannung angeordneten elektronischen Schalter zur Betätigung einer Last in Abhängigkeit eines von einem Näherungsindikator gelieferten Schaltsignales und mit einem Regelverstärker zur Vorgabe einer geregelten Spannung für den Näherungsindikator, wobei der Regelverstärker einen Regeltransistor aufweist, der mit seiner Kollektor/Emitterstrecke in Reihe zu dem Näherungsindikator liegt und dessen Basis über ein Spannungs-Referenzelement mit der Bezugsspannung verbunden ist und mit einem parallel zu dem Näherungsindikator geschalteten und an den Regelverstärker angeschlossenen, die geregelte Speisespannung liefernden Speicherkondensator, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe zu dem Spannungs-Referenzelement (ZD 1) ein Schaltelement (T 3) angeordnet ist, das von einem Komparator (K 1) angesteuert wird, wobei der Komparator die Speisespannung (U D ) mit einer Referenzspannung (U ref ) vergleicht, um beim Abfall der Speisespannung unter den Referenzwert das Schaltelement (T 3) und zugleich den elektronischen Schalter (T 1) zu sperren.1. Electronic 2-wire proximity switch with an electronic switch arranged between the two terminals of a supply voltage for actuating a load as a function of a switching signal supplied by a proximity indicator and with a control amplifier for specifying a regulated voltage for the proximity indicator, the control amplifier having a control transistor , which lies with its collector / emitter path in series with the proximity indicator and whose base is connected to the reference voltage via a voltage reference element and with a storage capacitor which supplies the regulated supply voltage and is connected in parallel to the proximity indicator and connected to the control amplifier, characterized in that a switching element ( T 3 ) is arranged in series with the voltage reference element ( ZD 1 ) and is controlled by a comparator ( K 1 ), the comparator ver ver the supply voltage ( U D ) with a reference voltage ( U ref ) equal in order to block the switching element ( T 3 ) and at the same time the electronic switch ( T 1 ) when the supply voltage drops below the reference value. 2. Näherungsschalter nach Anspruch 1 mit einem niederohmigen Strombegrenzungswiderstand im Hauptstrompfad des Regeltransistors, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwischen dem Regeltransistor (T 2) und dem Speicherkondensator (C 1) ein weiterer Widerstand (R 4) geschaltet ist, dem die Kollektor/Emitterstrecke eines Schalttransistors (T 4) parallelgeschaltet ist.2. Proximity switch according to claim 1 with a low-resistance current limiting resistor in the main current path of the control transistor, characterized in that between the control transistor ( T 2 ) and the storage capacitor ( C 1 ) a further resistor ( R 4 ) is connected, which the collector / emitter path one Switching transistor ( T 4 ) is connected in parallel. 3. Näherungsschalter nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Basis des Schalttransistors (T 4) an einen Spannungsteiler (R 5, R 6) angeschlossen ist, der zwischen den Emitter des Regeltransistors (T 2) und den Ausgang /OFF) des Näherungsindikators (1) geschaltet ist.3. Proximity switch according to claim 2, characterized in that the base of the switching transistor ( T 4 ) is connected to a voltage divider ( R 5 , R 6 ) which between the emitter of the control transistor ( T 2 ) and the output / OFF) of Proximity indicator ( 1 ) is switched. 4. Näherungsschalter nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zwischen Basis und Kollektor des Regeltransistors (T 2) ein Widerstand (R 2) angeordnet ist.4. Proximity switch according to claim 2, characterized in that a resistor ( R 2 ) is arranged between the base and collector of the control transistor ( T 2 ). 5. Näherungsschalter nach Anspruch 1, gekenn­ zeichnet durch einen Transistor (T 3) als Schaltelement in Reihe zu dem Spannungs-Referenzelement in Form einer Zenerdiode (ZD 1).5. Proximity switch according to claim 1, characterized by a transistor ( T 3 ) as a switching element in series with the voltage reference element in the form of a Zener diode ( ZD 1 ). 6. Näherungsschalter nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Ausgang /OFF) des Näherungsindikators (1) über einen Inverter (C) an einen ersten Eingang eines NAND-Gatters (D) mit zwei Eingängen angeschlossen ist, daß der zweite Eingang des NAND-Gatters (D) an den Ausgang des Komparators (K 1) angeschlossen ist und daß der Ausgang des NAND-Gatters (D) über eine invertierende Schutzschaltung (3) an die Steuerelektrode des elektronischen Schalters (T 1) angeschlossen ist.6. Proximity switch according to claim 3, characterized in that the output / OFF) of the proximity indicator ( 1 ) is connected via an inverter ( C ) to a first input of a NAND gate ( D ) with two inputs, that the second input of the NAND gate ( D ) is connected to the output of the comparator ( K 1 ) and that the output of the NAND gate ( D ) is connected to the control electrode of the electronic switch ( T 1 ) via an inverting protective circuit ( 3 ). 7. Näherungsschalter nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der elektronische Schalter durch einen MOS-FET-Leistungstransistor (T 1) vorgegeben ist.7. Proximity switch according to claim 6, characterized in that the electronic switch is predetermined by a MOS-FET power transistor ( T 1 ).
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