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Bistabile Relais in Smart Metern ansteuern – alternativ mit Treiber-ICs für bürstenbehaftete Motoren

Bistabile Relais in Smart Metern ansteuern – alternativ mit Treiber-ICs für bürstenbehaftete Motoren

Relais mit magnetischer Selbsthaltefunktion sind in heutigen intelligenten Stromzählern (Smart Meter) ein wichtiger Bestandteil, um eine einfache ferngesteuerte Trennung und Wiederverbindung des Stroms zu den Verbrauchereinrichtungen zu ermöglichen. Ein wesentlicher Vorteil dieser Relais ist ihr geringer Stromverbrauch, da sie die letzte Kontaktposition beibehalten, nachdem die Steuerspannung entfernt wurde. Das Ein- und Ausschalten der Relais erfordert lediglich einen kurzen Triggerimpuls an der Relaisspule. Ein Impuls in eine Richtung setzt das Relais auf die erste Position und ein Impuls in die andere Richtung auf die zweite Position.

Treiberschaltungen für bistabile Relais sind in der Regel komplexer als diejenigen für andere Relais. Eine Halbbrücke ist erforderlich, wenn zwei Versorgungsspannungen zur Verfügung stehen. Eine Vollbrücke wird benötigt, wenn nur eine Versorgungspannung verfügbar ist. Für die Steuerung bistabiler Relais lassen sich zwar diskrete Schaltungen entwickeln, aber immer häufiger kommen dafür spezielle Treiber-ICs zum Einsatz. Unabhängig davon, welcher Ansatz gewählt wird, ist stets eine minimale Schaltungsgröße, ein hocheffizienter Betrieb und die Integration entsprechender Schutzfunktionen erforderlich.

Da die Anforderungen für die Steuerung bistabiler Relais – Brückenschaltkreis, stromsparender Betrieb, Schutzfunktionen, kompakte Bauweise – den Anforderungen bürstenbehafteter Motoren ähneln, können auch spezielle Motorsteuerungs-ICs (MCD; Motor Control Driver) in Steuerschaltungen bistabiler Relais zum Einsatz kommen. Da viele Smart Meter über zwei bistabile Relais verfügen und bestimmte Motorsteuerungs-ICs eine duale Ansteuerung mit hohem integrierten Schutz bieten, trägt dieser Ansatz zu einem vereinfachten Schaltkreisdesign und einer geringeren Zahl von Bauteilen bei.

Der TC78H610FNG von Toshiba ist ein Direkttreiber-IC im kompakten SSOP-16-Gehäuse mit den Abmessungen 5,0mm x 4,4mm. Er enthält zwei H-Brücken auf MOSFET-Basis und eignet sich ideal zur Ansteuerung der beiden bistabilen Einspulen-Relais in modernen Smart Metern. Die Stromrichtung wird einfach durch Anlegen entsprechender Eingangssignale an den IC festgelegt.

Dual-DC-H-Brücken-Treiber TC78H610FNG von Toshiba
Dual-DC-H-Brücken-Treiber TC78H610FNG von Toshiba

Da der IC zudem zahlreiche Schutzfunktionen bietet – Überstromerkennung (ISD), thermische Abschaltung (TSD) und Abschaltung bei Unterspannung (UVLO) – verringert sich der Bedarf an zusätzlichen Schutzschaltungen und Bauteilen erheblich.
 

Das folgende Diagramm beschreibt, wie dieser Motorsteuerungs-IC in die Relaissteuerung eines Smart Meters integriert wird, wobei die Signale PHA_A und PHA_B zur Steuerung des Relaisstroms verwendet werden.

Blockschaltbild zum „Öffnen/Schließen“ der bistabilen Relais in Smart Metern mit einem Motortreiber-IC Click to enlarge
Blockschaltbild zum „Öffnen/Schließen“ der bistabilen Relais in Smart Metern mit einem Motortreiber-IC

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