DE3925767A1 - Control procedure for electromechanical relay - using circuit to reduce coil current and maintain switched state after response - Google Patents
Control procedure for electromechanical relay - using circuit to reduce coil current and maintain switched state after responseInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern eines elek tromechanischen Relais nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method for controlling an elek tromechanical relay according to the preamble of claim 1.
Elektromechanische Relais sind seit langem als ideale Schaltele mente zur galvanischen Trennung zwischen einem Steuerkreis und einem Leistungskreis bekannt. Neben der Potentialtrennung zeich nen sich elektromechanische Relais unter anderem durch ihr si cheres Schaltverhalten, eine einfache Anpassung an die Steuer quelle und einen auf der Kontaktseite breiten Leistungsbereich aus. Besonders vorteilhaft bei elektromechanischen Relais ist, im Leistungskreis auch hohe Ströme schalten zu können. Da der Kontakt im Leistungskreis im allgemeinen niederohmig ist, erge ben sich im Schaltbetrieb des Relais nur geringe Verluste. Im Steuerkreis treten dagegen jedoch erhebliche Verluste der Erre gerwicklung des elektromechanischen Relais auf, die im Dauerbe trieb zu einer starken Erwärmung des gesamten Relais führen. Eine solche Eigenerwärmung des Relais kann die Funktionsfähig keit des Relais beeinträchtigen oder benachbarte Bauelemente schädigen.Electromechanical relays have long been ideal switchgear elements for electrical isolation between a control circuit and known to a power group. In addition to the electrical isolation, electromechanical relays inter alia through their si Chere switching behavior, easy adaptation to the tax source and a wide performance range on the contact side out. It is particularly advantageous with electromechanical relays that to be able to switch high currents in the power circuit. Since the Contact in the power circuit is generally low, erge there are only minor losses in switching operation of the relay. in the However, the control circuit, on the other hand, incurs considerable losses of pathogen gerwicklung of the electromechanical relay, which in the permanent drive led to a strong heating of the entire relay. Such self-heating of the relay can function of the relay or neighboring components damage.
Die statische Verlustleistung solcher elektromechanischen Relais kann z. B. durch Vorschalten eines Widerstandes, durch Impuls betrieb des Stromes mit einem festliegenden oder der Betriebs spannung und möglicherweise auch der Umgebungstemperatur ange paßten Taktverhältnis sowie einer analogen oder getakteten Stromregelung reduziert werden. Bei diesen bekannten Verfahren zur Stromminderung in der Erregerspule des elektromechanischen Relais setzt die Stromverminderung erst dann ein, wenn der Anker des Relais angezogen hat. Dazu wird stets ab dem Zeitpunkt des Anlegens der Betriebsspannung an die Erregerwicklung des Relais eine Zeitspanne von einigen 10 msec abgewartet, um anschließend den Strom durch die Erregerwicklung zu reduzieren. Diese Zeit spanne ist abhängig vom verwendeten Relaistyp und dessen Schalt zeit, die z. B. bei einigen msec liegen kann. Während der ange sprochenen Zeitspanne hat der Anker des funktionsfähigen Relais auf alle Fälle angezogen. Der Lastkreis ist damit geschlossen. Technisch realisiert wird eine solche Zeitspanne im allgemeinen durch ein Widerstands-Kondensator-Zeitglied. Zeitkonstanten von einigen 10 msec bedürfen relativ großer Kapazitäten. Kondensato ren großer Kapazitäten laufen jedoch dem Bestreben zuwider, mög lichst integrationsfähige Treiberschaltungen zum Ansteuern von elektromechanischen Relais zur Verfügung zu stellen. Die Konden satoren müssen nämlich extern der Treiberschaltung zugeordnet werden, was zusätzlich Kosten und Schwierigkeiten bei der Mon tage verursacht.The static power loss of such electromechanical relays can e.g. B. by connecting a resistor, by pulse operation of electricity with a fixed or operating voltage and possibly also the ambient temperature matched clock ratio as well as an analog or clocked Current regulation can be reduced. In these known methods for current reduction in the excitation coil of the electromechanical Relay only starts reducing the current when the armature of the relay has picked up. This is always from the time of Applying the operating voltage to the excitation winding of the relay waited for a period of some 10 msec to then reduce the current through the field winding. This time span depends on the relay type used and its switching time z. B. may be a few msec. During the spoken period of time has the anchor of the functional relay definitely dressed. The load circuit is now closed. Such a period of time is generally technically realized through a resistor-capacitor timer. Time constants of a few 10 msec require relatively large capacities. Condensation However, their large capacities run counter to the effort driver circuits that can be integrated to control to provide electromechanical relays. The condens This is because sensors must be externally assigned to the driver circuit what additional costs and difficulties with the Mon days caused.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bisher bekannten Verfahren zum Ansteuern von elektromechanischen Relais so wei terzuentwickeln, daß der durch die Erregerwicklung fließende Strom nach dem Anziehen des Ankers ohne wesentliche Zeitverzö gerung reduziert wird, daß keine verhältnismäßig großen Kapa zitäten benötigt werden und auch bei schwankender Betriebsspan nung ein sicheres Ansteuern des elektromechanischen Relais mög lich ist.The invention has for its object the previously known Method for driving electromechanical relays so white to develop that that flowing through the excitation winding Current after the armature is tightened without significant time delays is reduced that no relatively large Kapa capacities are required and also with fluctuating operating voltage safe control of the electromechanical relay is.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des An spruchs 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.This task is characterized by the characteristics of the contractor spell 1 solved. Developments of the invention are the subject of subclaims.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß, nachdem der Anker im elektromechanischen Relais durch die magnetische Kraft erst einmal angezogen hat, der Erregerstrom wesentlich herabgesetzt werden kann, ohne daß eine Funktionsstörung auftritt. Dadurch können die Verluste in der Erregerwicklung auch bei Dauerbetrieb wesentlich reduziert und einer starken Eigenerwärmung des Relais entgegengewirkt werden. Die erfindungsgemäße Stromerfassung und Spannungserfassung an der Erregerwicklung ermöglicht es auch bei schwankender Betriebsspannung, der sogar Störimpulse überlagert sein können, die Verlustleistung im Steuerkreis zu begrenzen. The invention is based on the knowledge that after the anchor in the electromechanical relay due to the magnetic force once energized, the excitation current is significantly reduced can become without a malfunction. Thereby the losses in the field winding can also occur during continuous operation significantly reduced and a strong self-heating of the relay be counteracted. The current detection and Voltage detection on the field winding also makes it possible for fluctuating operating voltage, which even superimposes interference pulses can be to limit the power loss in the control circuit.
Bevorzugt ist das erfindungsgemäße Verfahren in Bordnetzen von z. B. Kraftfahrzeugen und in der Industrieelektronik einzu setzen.The method according to the invention is preferred in vehicle electrical systems from e.g. B. motor vehicles and in industrial electronics put.
Als besonders vorteilhaft ist es auch anzusehen, daß das erfin dungsgemäße Verfahren mit Hilfe einer integrierten Schaltungsan ordnung durchführbar ist. Einer integriert ausgeführten Trei berschaltung werden die zum Ansteuern des elektromechanischen Relais notwendigen Regelgrößen zugeführt und mit Hilfe von Kom peratoren ausgewertet. Die Ansteuersignale für das Relais werden durch die integrierte Schaltungsanordnung bereitgestellt. Exter ne Kondensator-Widerstands-Zeitkonstanten sind nicht notwendig.It is also particularly advantageous that this is invented method according to the invention using an integrated circuit order is feasible. An integrated Trei are used to control the electromechanical Relay required control variables supplied and with the help of com operators evaluated. The control signals for the relay are provided by the integrated circuit arrangement. Exter A capacitor resistance time constant is not necessary.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von zwei Figuren näher erläutert. Es zeigtThe invention is explained in more detail below with the aid of two figures explained. It shows
Fig. 1 ein Prinzipschaltbild einer Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, und Fig. 1 is a schematic diagram of a circuit arrangement for performing the method according to the invention, and
Fig. 2 das erfindungsgemäße Verfahren anhand einer beispiel haften Ansteuerung eines elektromechanischen Relais bei schwankender Betriebsspannung. Fig. 2 shows the inventive method based on an exemplary control of an electromechanical relay with fluctuating operating voltage.
Das in Fig. 1 dargestellte Prinzipschaltbild einer Schaltungsan ordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ansteuern eines elektromechanischen Relais zeigt einen Steuer kreis SK und einen Leistungskreis LK, die durch ein elektrome chanisches Relais REL galvanisch voneinander getrennt sind. Das elektromechanische Relais REL weist eine Erregerwicklung EW und mindestens einen Anker A auf. Fließt genügend Strom durch die Erregerwicklung EW, so wird infolge der elektromagnetischen Kraft der Anker A angezogen. In diesem Ausführungsbeispiel wird bei angezogenem Anker A der Leistungskreis LK geschlossen. Bei geschlossenem Anker A wird ein im Leistungskreis LK angeordneter Lastwiderstand RL an eine erste Spannungsquelle U L geschaltet.The basic circuit diagram shown in Fig. 1 of a circuit arrangement for performing the inventive method for driving an electromechanical relay shows a control circuit SK and a power circuit LK , which are galvanically separated from each other by an electromechanical relay REL . The electromechanical relay REL has an excitation winding EW and at least one armature A. If sufficient current flows through the excitation winding EW , the armature A is attracted due to the electromagnetic force. In this exemplary embodiment, the power circuit LK is closed when the armature A is attracted. When the armature A is closed, a load resistor RL arranged in the power circuit LK is connected to a first voltage source U L.
Die im Steuerkreis SK angeordnete Erregerwicklung EW des elek tromechanischen Relais REL ist durch eine Steuereinrichtung ST und einen Schalter S an eine zweite Spannung U B schaltbar. Die Steuereinrichtung ST weist Klemmen 1, 2, 3 zur Erfassung der Spannung U B und des durch die Erregerwicklung EW fließenden Stromes I Rel auf. Die Spannung U B liegt zwischen der ersten Klem me 1 und der auf Bezugspotential liegenden dritten Klemme 3 an. Der durch die Erregerwicklung EW fließende Strom I Rel wird mit tels eines der Erregerwicklung EW in Serie geschalteten Shunt widerstandes RS erfaßt. Der durch die Erregerwicklung fließende Strom I Rel ergibt sich aus dem Quotienten der am Shuntwiderstand abfallenden und zwischen der zweiten Klemme 2 und dritten Klemme 3 abfallenden Spannung, dividiert durch den Wert des Shuntwider standes RS. Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist im Steuerkreis zusätzlich eine Stromverminderungseinrichtung SV angeordnet, die über eine vierte Klemme 4 der Steuereinrich tung ST ansteuerbar ist. Die Stromverminderungseinrichtung SV kann im einfachsten Fall ein durch einen Schalter überbrückbarer Widerstand oder ein Längsregeltransistor sein. Die Stromvermin derungseinrichtung SV kann auch ein Schaltregler sein. Wird die Stromverminderung durch ein Takten des Stromes bewirkt, so be steht die Stromverminderungseinrichtung aus einem Schalter, der durch die Steuereinrichtung pulsweitenmoduliert ansteuerbar ist. Bei der pulsweitenmodulierten Ansteuerung der Stromverminderungs einrichtung SV ist es vorteilhaft, die Erregerwicklung EW des elektromechanischen Relais REL mit einer Freilaufdiode zu ver sehen.The excitation winding EW arranged in the control circuit SK of the electromechanical relay REL can be switched to a second voltage U B by a control device ST and a switch S. The control device ST has terminals 1, 2, 3 for detecting the voltage U B and the current I Rel flowing through the excitation winding EW . The voltage U B is present between the first terminal 1 and the third terminal 3, which is at reference potential. The current I Rel flowing through the excitation winding EW is detected by means of a shunt resistor RS connected in series with the excitation winding EW . The current I Rel flowing through the excitation winding results from the quotient of the voltage dropping at the shunt resistor and dropping between the second terminal 2 and third terminal 3 , divided by the value of the shunt resistor RS . To carry out the method according to the invention, a current reducing device SV is additionally arranged in the control circuit and can be controlled via a fourth terminal 4 of the control device ST . In the simplest case, the current reducing device SV can be a resistor that can be bridged by a switch or a series regulating transistor. The current reducing device SV can also be a switching regulator. If the current reduction is effected by clocking the current, then the current reduction device consists of a switch which can be controlled by pulse width modulation by the control device. In the pulse-width modulated control of the current reduction device SV , it is advantageous to see the excitation winding EW of the electromechanical relay REL with a freewheeling diode.
Mit Hilfe der im Prinzipschaltbild dargestellten Schaltungsan ordnung ist es möglich, die Spannung U B und den durch die Er regerwicklung EW fließenden Strom I Rel zu erfassen. Beim Über schreiten der Spannung U B über eine vorgegebene Mindestspannung U G und beim Überschreiten des Stromes I Rel , der durch die Erre gerwicklung EW fließt, über einen vorgegebenen Mindeststrom I G , wird die Stromverminderungseinrichtung SV aktiviert und der Strom durch die Erregerwicklung EW vermindert. Der Strom I Rel wird so weit vermindert, daß der Anker A des Relais REL angezogen bleibt. Die Mindestspannung U G und der Mindeststrom U G stehen der Steuereinrichtung ST als Referenzgrößen zur Verfügung. Wird zwischen der ersten Klemme 1 und der dritten Klemme 3 ein Unter schreiten der Spannung U B unter die vorgegebene Mindestspannung U G festgestellt, so wird erfindungsgemäß die Stromverminderung aufgehoben.With the help of the circuit arrangement shown in the basic circuit diagram, it is possible to detect the voltage U B and the current I Rel flowing through the excitation winding EW . When About the voltage U B exceed a predetermined minimum voltage U G, and when crossing of the current I Rel flowing through the Erre gerwicklung EW, over a predetermined minimum current I G, the power reducing means SV is activated and reduces the current through the excitation winding EW. The current I Rel is reduced so far that the armature A of the relay REL remains attracted. The minimum voltage U G and the minimum current U G are available to the control device ST as reference variables. If between the first terminal 1 and the third terminal 3 the voltage U B falls below the predetermined minimum voltage U G , the current reduction is canceled according to the invention.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist in Fig. 2 anhand einer bei spielhaften Ansteuerung des elektromechanischen Relais bei einer Spannung U B von 12 V, wie es z. B. in Kraftfahrzeugen vorhanden ist, dargestellt. In Fig. 2 ist ein beispielhafter zeitlicher Ver lauf einer Spannung U B , die an den Steuerkreis zum Zeitpunkt 0 angelegt wird, und der dazugehörende zeitliche Verlauf der in der Erregerwicklung des elektromechanischen Relais fließende Strom I Rel dargestellt. Auf der Abszisse ist die Zeit T in msec auf getragen, während die Ordinate die Spannung U B in V und den Strom I Rel in mA kennzeichnet. Die Spannung U B kann z. B. die Batteriespannung eines Kraftfahrzeuges sein, die, wie der Verlauf zeigt, zeitlichen Schwankungen unterworfen ist. Diese schwan kende Spannung U B kann durch Ein- bzw. Ausschalten zusätzlicher Verbraucher im Stromnetz des Kraftfahrzeuges bedingt sein. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Mindestspannung U G , z. B. 9 V, und ein Mindeststrom I G von z. B. 120 mA festgelegt. Der Mindeststrom I G ist vorteilhafterweise als Funktion der Spannung U B und insbesondere, wie in Fig. 2 gezeigt, linear zur Spannung U B gewählt. Bei der Spannung U B von 12 V ergibt sich ein Mindest strom S G von z. B. 120 mA.The method according to the invention is in Fig. 2 based on a playful control of the electromechanical relay at a voltage U B of 12 V, as z. B. is present in motor vehicles. In Fig. 2 is an exemplary time Ver a voltage U B , which is applied to the control circuit at time 0, and the associated time course of the current flowing in the excitation winding of the electromechanical relay current I Rel . The time T in msec is plotted on the abscissa, while the ordinate characterizes the voltage U B in V and the current I Rel in mA. The voltage U B can e.g. B. be the battery voltage of a motor vehicle, which, as the course shows, is subject to fluctuations in time. This fluctuating voltage U B can be caused by switching additional consumers on or off in the power network of the motor vehicle. According to the inventive method, a minimum voltage U G , z. B. 9 V, and a minimum current I G of z. B. 120 mA fixed. The minimum current I G is advantageously selected as a function of the voltage U B and in particular, as shown in FIG. 2, linearly with the voltage U B. At the voltage U B of 12 V there is a minimum current S G of z. B. 120 mA.
Das erfindungsgemäße Verfahren beruht darauf, daß die Spannung U B und der durch die Erregerwicklung fließende Strom I Rel er faßt wird. Überschreitet die Spannung U B die vorgegebene Min destspannung U G und überschreitet der durch die Erregerwicklung fließende Strom I Rel den vorgegebenen Mindeststrom I G , so wird der durch die Erregerwicklung fließende Strom I Rel so weit re duziert, daß der Anker des Relais angezogen bleibt, aber die Verlustleistung in der Erregerwicklung und damit die Eigener wärmung des Relais verringert wird. Sobald die Spannung U B aber unter die vorgegebene Mindestspannung U G sinkt, wird die Strom verminderung aufgehoben. The method according to the invention is based on the fact that the voltage U B and the current I Rel flowing through the excitation winding are detected. If the voltage U B is the predetermined min U G least voltage and exceeds the current flowing through the excitation winding current I Rel the predetermined minimum current I G, so the current flowing through the excitation winding current is duced I Rel so far re that the armature of the relay remains, but the power loss in the field winding and thus the self-heating of the relay is reduced. Once the voltage U B but falls below the predetermined minimum voltage U G, the current is canceled rundown.
Anhand von Fig. 2 stellt sich das erfindungsgemäße Verfahren so dar, daß im Zeitpunkt 0 die Spannung U B von 12 V an die Erre gerwicklung des elektromechanischen Relais angelegt wird. Da mit beginnt zunächst der Strom I Rel durch die Erregerwicklung exponential anzusteigen bis zu dem Zeitpunkt, wo der Anker des elektromechanischen Relais durch die magnetische Kraft des durch die Erregerwicklung fließenden Stromes und dem dadurch aufgebauten elektromagnetischen Feld anzieht. Dieser Zeitpunkt ist in Fig. 2 nach etwa 5 msec erreicht und durch ein kurzes Ab klingen des Stromes (vgl. dazu das Bezugszeichen ASA) mit an schließendem Stromanstieg gekennzeichnet. Nach etwa 13 msec setzt die Stromverminderung gemäß der Erfindung ein, weil sowohl die Mindestspannung U G als auch der Mindeststrom I G in diesem Augenblick überschritten werden. Der durch die Erregerwicklung fließende Strom I Rel hat den Mindeststrom zu diesem Zeitpunkt erreicht. Der Strom wird zum Zeitpunkt A 1 des Überschreitens des Mindeststromes I G vermindert, und zwar auf einen Mindeststrom I Min von beispielsweise 50 mA, bei dem der Anker des elektro mechanischen Relais gerade noch angezogen bleibt.Referring to Fig. 2, the inventive method is such that at the time 0, the voltage U B of 12 V to the Erre gerwicklung of the electromechanical relay is applied. Since the current I Rel first begins to rise exponentially through the field winding until the armature of the electromechanical relay is attracted by the magnetic force of the current flowing through the field winding and the electromagnetic field built up as a result. This point in time is reached in FIG. 2 after about 5 msec and is characterized by a short decay of the current (cf. the reference symbol ASA) with a subsequent current increase. After approximately 13 msec, the current reduction according to the invention begins because both the minimum voltage U G and the minimum current I G are exceeded at this moment. The current I Rel flowing through the field winding has reached the minimum current at this time. The current is reduced at the time A 1 when the minimum current I G is exceeded, specifically to a minimum current I Min of, for example, 50 mA, at which the armature of the electro-mechanical relay just remains energized.
Nach 20 msec weist die Spannung U B einen Spannungseinbruch auf 7 V auf. Die Mindestspannung U G wird dadurch um 2 V unterschrit ten, was z. B. mittels bekannter Differenzverstärker bzw. Kompe ratoren feststellbar ist, wenn die Mindestspannung U G als Refe renzgröße und die Batteriespannung U B als Meßgröße zugeführt werden. Die Stromverminderung wird deshalb aufgehoben (vgl. E 1). Der durch die Erregerwicklung fließende Strom I Rel wurde erfin dungsgemäß während der Zeitspanne R 1 vermindert.After 20 msec, the voltage U B has a voltage drop to 7 V. The minimum voltage U G is thereby undercut by 2 V, which, for. B. by means of known differential amplifiers or compe rators can be determined if the minimum voltage U G as a reference size and the battery voltage U B are supplied as a measured variable. The current reduction is therefore canceled (see E 1 ). The current I Rel flowing through the field winding was reduced according to the invention during the period R 1 .
Ähnliche Verhältnisse ergeben sich nach etwa 34 msec. Die erfin dungsgemäßen Bedingungen zum Zurückregeln des Stromes sind er neut erfüllt. Zum Zeitpunkt A 2 setzt die Stromverminderung durch die Erregerwicklung ein, um im Zeitpunkt E 2 wegen des Ab fallens der Spannung U B unter die Mindestspannung U G wieder auf gehoben zu werden. Der Strom wird für die Zeitspanne R 2 herabge regelt. Similar conditions arise after about 34 msec. The conditions according to the invention for regulating the current are met again. At the time A 2 , the current reduction through the excitation winding begins to be raised again at the time E 2 because of the drop in the voltage U B below the minimum voltage U G. The current is regulated down for the period R 2 .
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es in einfacher Weise möglich, die Verlustleistung in der Erregerwicklung eines elektromechanischen Relais erheblich zu reduzieren. Damit kann die Eigenerwärmung des Relais deutlich herabgesetzt werden. It is simple with the method according to the invention possible, the power loss in the excitation winding of a significantly reduce electromechanical relays. So that can the self-heating of the relay can be significantly reduced.
BezugszeichenlisteReference symbol list
A Anker
A 1 Anfang des 1. Regelungsvorganges
A 2 Anfang des 2. Regelungsvorganges
ASA Zeitpunkt des Ankeranziehens
E 1 Ende des 1. Regelungsvorganges
E 2 Ende des 2. Regelungsvorganges
EW Erregerwicklung des Relais
I Rel Strom durch die Erregerwicklung
I Min verminderter Strom
LK Leistungskreis
SK Steuerkreis
SV Stromverminderungseinrichtung
REL elektromechanisches Relais
RL Lastwiderstand
R 1 1. Regelungsvorgang
R 2 2. Regelungsvorgang
RS Shuntwiderstand
U B zweite Spannung
U L erste Spannung
1, 2, 3, 4 Klemmen der Steuereinrichtung
ST Steuereinrichtung
T Zeit
S Schalter A anchor
A 1 Beginning of the 1st regulation process
A 2 Beginning of the 2nd regulation process
ASA time of anchor tightening
E 1 End of the 1st regulation process
E 2 End of the 2nd regulation process
EW excitation winding of the relay
I Rel current through the field winding
I Min reduced current
LK power circuit
SK control circuit
SV current reducing device
REL electromechanical relay
RL load resistance
R 1 1st regulation process
R 2 2nd regulation process
RS shunt resistance
U B second voltage
U L first voltage
1, 2, 3, 4 terminals of the control device
ST control device
T time
S switch
Claims (5)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP88117776 | 1988-10-25 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE3925767A1 true DE3925767A1 (en) | 1990-04-26 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19893925767 Withdrawn DE3925767A1 (en) | 1988-10-25 | 1989-08-03 | Control procedure for electromechanical relay - using circuit to reduce coil current and maintain switched state after response |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE3925767A1 (en) |
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