CN102918770B - 用于执行开关过程的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种借助于控制元件（13）执行开关过程的方法和设备。为了避免机械部件，使用至少一个发光二极管（14）作为所述控制元件（13），并且在断开状态下测量所述至少一个发光二极管（14）两端的电压（U），当所测量的电压（15）下降到低于预定下阈值（18）超过预定时间段（19）时执行所述开关过程。

Description

用于执行开关过程的方法和设备

技术领域

本发明涉及一种借助于操作元件执行开关操作的方法和装置。

背景技术

开关操作通常都使用诸如按钮或开关之类的机械操作元件来执行。这种机械部件容易受到磨损，此外在相应装置上还需要一些空间，而这些空间并总是可得到的。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种借助于操作元件执行开关操作的以上表明的方法和以上表明的装置，通过该方法和装置能够避免所述缺陷。

就方法来说，本发明的目的的实现在于，使用至少一个发光二极管作为所述操作元件，在断开状态下测量所述至少一个发光二极管上的电压，并且r如果所测量的电压下降到低于预先给定的下阈值预先给定的时间段，则执行所述开关操作。因此，根据该方法，例如使用设置为用来显示器具的操作状态的发光二极管作为操作元件。因而，不需要单独的操作元件来执行所述开关操作，因而既节省了空间又节省了成本。此外，发光二极管与机械操作元件不同，发光二极管不会受到磨损，因而消除了故障。发光二极管还提供了触电隔离，因而降低了发生连接至有电部分的可能性。而且，开关操作几乎不受诸如污染、潮湿、溅水之类的环境影响。因而，借助于可能已经存在的发光二极管而无需机械操作元件，就能够操作诸如逆变器、焊接设备、切割器、电池充电器、燃料电池之类的装置，或者能够对这些装置执行至少具体开关操作。毋庸置疑，甚至可以连续地执行若干开关操作，从而在相应的装置上触发具体操作或执行设置。利用适当选择的采样频率连续地或以周期性间隔进行电压测量。

为了避免由于变化的环境光条件而引起故障开关，设置成这样：如果所述至少一个发光二极管上的所测量的电压在已经下降到低于所述预先给定的下阈值之后又上升到高于预先给定的上阈值，则执行所述开关操作。因此，为了触发开关操作，对于用户来说绝对必须将他/她的手指主动地从所述至少一个发光二极管再次移开，从而在电压下降之后能够再次测量到新的电压上升。

另外，可以将条件进一步附加至预先给定的时间段，为了执行开关操作，所测量的电压在该时间段期间必须超过所述预先给定的上阈值。

如果所述至少一个发光二极管上的所测量的电压的上阈值根据环境光的强度而变化，则可以建立灵敏度调节。

所述至少一个发光二极管可以周期性地断开，并且在断开时，均在所述断开状态下开始对所述至少一个发光二极管上的电压进行测量。因而，已经变成也可以利用发出具体信号的发光二极管以周期性地重复发生的短间隔来执行开关操作。可以将这些间隔选择成如此之短以致于肉眼不可见。

就方法来说，本发明的目的的实现还在于，使用至少一个发光二极管作为所述操作元件，在断开状态下测量所述至少一个发光二极管上的电压，所述至少一个发光二极管在所述断开状态期间由至少一个参考发光二极管照射，在由所述至少一个参考发光二极管照射的所述断开状态下测量所述至少一个发光二极管上的电压，并且所述至少一个参考发光二极管随后被断开，并且在该断开状态下测量所述至少一个发光二极管上的电压，如果所测量的电压下降到低于预先给定的下阈值预先给定的时间段，则执行所述开关操作。在本发明的第二实施方式中，由所述至少一个参考发光二极管提供规定的背景照明，从而具体地利用较少的环境光或者独立于环境光，实现安全的开关操作。

所述至少一个参考发光二极管可以在规定的时间段之后接通。

所述至少一个参考发光二极管的断开可以根据所测量的电压来执行。

在第二实施方式中，可以引入附加条件来执行开关操作，该附加条件是所测量的电压位于预先给定的评估范围内。这将允许在开关期间实现安全性的提高。

在一有利的方式中，用信号通知所述开关操作的执行。该用于用户的反馈可以以光学方式（例如通过启动发光二极管或另一个发光元件）、声学方式或机械方式（例如通过振动元件）来提供。

根据本发发明的目的的实现还在于上述的装置，其中所述操作元件由至少一个发光二极管形成，设置用于在断开状态下测量所述至少一个发光二极管上的电压的测量装置，使得如果所测量的电压下降到低于预先给定的下阈值预先给定的时间段则执行所述开关操作。这样的装置可以以相对简单、节省空间和节省成本的方式制造。当使用若干个串联连接的发光二极管作为所述操作元件时，可以增大由于光电效应引起的电压的放大或电压升高，因而能够提高测量的精度。

所述测量装置有利地由相应灵敏度的测量放大器形成。

如下设置将获得进一步的优点：电阻器与所述至少一个发光二极管并联连接，所述至少一个发光二极管的连接至所述测量装置的连线均通过电容器接地。

为了产生规定的背景照明，可以提供至少一个参考发光二极管以在测量过程期间适当地照明所述至少一个发光二极管，以执行所述开关操作。

为了避免不期望的外来光照射，围绕所述至少一个发光二极管并可选地围绕所述至少一个参考发光二极管布置部分不透光的罩。

附图说明

现在将参照所附示意图更详细地说明本发明，其中：

图1给出了光伏系统的逆变器的示意性概要图；

图2示出了用于执行开关操作的装置的第一变型的结构；

图3描绘了在开关操作期间第一变型的发光二极管上的电压曲线；

图4示出了用于执行开关操作的装置的第二变型的结构；

图5描绘了罩后面的发光二极管和参考发光二极管的布置的示意性剖视图；

图6是根据图5的布置的示意性俯视图；以及

图7示出了在开关操作期间第二变型的发光二极管上的电压曲线。

具体实施方式

首先，应注意的是，示例性实施方式的相同零部件具有相同的附图标记。

图1示出了光伏系统（PV）系统的公知逆变器1具体为HF逆变器的结构。由于逆变器1的各个部件或组件和功能已经从现有技术中已知，下面将不再对这些部件或组件和功能进行详细讨论。

逆变器1包括至少一个输入DC/DC转换器2、中间电路3和输出DC/AC转换器4。能量源5连接至该输入DC/DC转换器2，该能量源5优选由一个太阳能模块6或若干个并联和/或串联连接的太阳能模块6形成。逆变器1的输出和输出DC/AC转换器4的输出分别可被连接至诸如公共或私人AC电压网络或多相电力网之类的电源系统7并且/或者连接至构成负载的至少一个用电设备8。用电设备8例如包括电机、冰箱、无线电设备等。用电设备8也可以是家庭电源单元。逆变器1的各个部件可以通过数据总线9连接至控制装置10。

在一优选方式中，这种逆变器1用作所谓的电网连接逆变器1，为了将尽可能多的能量馈送到电源系统7，使该逆变器1的能量管理最优化。如从现有技术中已知，用电设备8借助于电源系统7供电。毋庸置疑，也可以使用若干个并联连接的逆变器1，因而使得甚至可有更多能量来操作用电设备8。能量以DC电压的形式从能量源5供应，并且通过两个连接线路11、12馈送到逆变器1。

逆变器1的控制装置10例如由微处理器、微控制器或计算机形成。逆变器1的各个部件（诸如输入DC/DC转换器2或输出DC/AC转换器4，特别是布置在其中的开关元件）的适当控制或调控可以通过控制器10来执行。为此，各个控制序列通过适当的软件程序和/或数据或特征曲线存储在控制装置10中。

而且，操作元件13连接至控制装置10，以使用户能够配置逆变器1并且/或者能够例如通过发光二极管显示和设置操作状态或参数。该操作元件13例如通过数据总线9或直接地连接至控制装置10。这种操作元件13例如布置在逆变器1的前部上以便能够进行外部操作。该操作元件13可以直接布置在逆变器1内的组件和/或模块上。

根据本发明，现在设置成操作元件13均由至少一个发光二极管14形成。为了启动该操作元件13，测量断开的发光二极管14上的电压U。所述电压U取决于环境亮度，从而测量由于光电效应而在发光二极管14上引起的电压。因而，电压U也将在环境亮度变化时而变化。开关操作将在电压U的规定曲线处被触发。

所述环境亮度优选通过操作员用手指将发光二极管14遮蔽（例如通过将该发光二极管14覆盖）而改变。原理上，这相当于开关元件的启动和/或按钮的按压，其中开关操作通过由于入射环境亮度的变化引起的至少一个发光二极管14上的电压U的变化而被触发。为此，将该电压变化与预先给定的时间曲线进行比较，使得仅将触发被有意地引发的开关操作。

下面将基于两个不同变型以实施例的方式详细地描述该原理。

在根据图2和图3的第一变型中，光伏系统的逆变器1的数据通信模块的发光二极管14用来显示操作状态。发光二极管14可以布置在逆变器1的壳体的前侧上或者布置在逆变器1的操作前部的一部分上。发光二极管14在正常操作期间亮起，而在发生故障的情况下熄灭。数据通信模块例如由集成的过载电流限制器切断。因此，至少逆变器1的控制装置10将知道发光二极管14的状态。在由操作员检查故障和/或清除故障之后，操作员必须重新启动数据通信模块。基于根据本发明的原理，这利用用作操作元件13的发光二极管14来实现。为此，预先假定例如由日光或适当的照明提供一定的环境亮度，在发生故障的情况下，这将通过出现的用户而自动地发生。

此外，连续地或者以周期性的时间间隔（例如在毫秒范围内）来测量断开的发光二极管14上的电压15。这优选通过诸如微控制器的差分输入端之类的测量放大器16来实现，由此将电压U相应地放大。测量放大器16优选集成在控制装置10中。如果要再次接通数据通信模块，则操作员将通过将他的手指放置在发光二极管14上将发光二极管14遮蔽，因此将发光二极管14覆盖。所测量的电压15将相应地下降，因为环境亮度降低，或者发光二极管14不再被任何环境亮度照射。根据图3，在时间17发生变暗。然而，尚未触发任何开关操作，因为首先评估电压15中的变化的进一步行为。为了触发开关操作，电压15必须下降到预先规定的下阈值18。所述阈值18必须至少在规定的时间段19和/或在规定的时间窗口19内是下冲的。因此，发光二极管14必须被遮蔽至少所述规定的时间段19。一旦超过了该规定的时间段19（例如400ms），并且手指已经从发光二极管14移走，则电压15将再次上升到变暗之前的值。该值被称为上阈值20。如果该上阈值20同样被超过规定时段21（例如也是400ms）时，则在时间22执行开关操作。阈值18和20以及时间段19和21的持续时间可以存储在逆变器1的存储器中，并且可以将所侧量的值与所存储的值进行比较。因而所测量的电压15的曲线必须包括下降部分和上升部分以便能够执行开关操作。因而确保了在已经有意地遮蔽发光二极管14（例如用手指将发光二极管14覆盖）之后才会执行开关操作。成功地执行的开关操作例如通过再次将发光二极管14（其用来进行测量）接通而向用户发送信号。除了这种可见信号之外，还可以执行声信号、通过振动进行的机械信号等。

发光二极管14的周期性的接通和断开还使得能够连续地执行若干开关操作，例如用于具体设定。在这种情况下，将周期选择为使得发光二极管14看起来对用户来说恒定地点亮。因而，能够形成短期黑暗阶段，在该黑暗阶段中可以执行根据本发明的方法。

阈值18和20之间的电压变化取决于环境亮度。因此，在低环境亮度时评估更为灵敏，这是因为阈值18和20之间的差减小了。通过将发光二极管14断开而供应的电压15因此取决于环境亮度。因而，上阈值20随着占优势的环境亮度而连续地变化，从而上阈值20应该被周期性地重新存储。

为了实现使上阈值20与环境亮度无关，可以用参考发光二极管23照射发光二极管14。下面将通过图4至图7基于本发明的两个变型来描述这一点。在该方面中，应该注意的是，将只描述相对于第一变型的区别，从而来自第一变型的描述的部件也可以转移到第二变型。

在该变型中，参考发光二极管23的光线被反射和/或偏转向发光二极管14，以检测开关操作。为此，发光二极管14和参考发光二极管23都例如基本上彼此并列地位于透明罩24下方的规定距离处，如从图5中可清楚地看到的。罩24可以由逆变器1的操作前部构成。在另一实施方式（未示出）中，参考发光二极管23例如照射具有集成反射层的基板，从而能够实现非常扁平的开关元件构造。因此，不必彼此并列地布置发光二极管14和参考发光二极管23。

罩24的围绕发光二极管14和参考发光二极管23的区域被保护而免受光，因而防止环境光从侧面侵入，如从图6中所示。因而将确保在被手指遮蔽期间没有环境光会到达发光二极管14，同时开关元件和/或操作元件13对用户来说是可识别的。被构造成半透明的区域的结果是形成操作元件13。

如在第一变型实施方式中一样，在第二实施方式中也是在暗淡状态下测量发光二极管14的电压15。然而，与第一变型相反，在这种情况下通过参考发光二极管23产生恒定的亮度，并且该参考发光二极管23的光线一被反射和/或偏转向发光二极管14，就测量相应的电压15。偏转是由于罩24上的用户手指引起的。因而将在遮蔽期间测量参考发光二极管23的亮度。如果没有发生遮蔽，则将测量环境亮度。

然而，为了防止在环境亮度（其相当于根据参考发光二极管23的亮度）时执行开关操作，定义所测量的电压15的上阈值25和下阈值26，以及所述阈值25、26之间的适当评估范围。当然，该评估范围将动态地适应于外部环境条件，使得可以针对相应的应用最佳地调整开关操作的执行灵敏性。

阈值25、26分别位于由参考发光二极管23定义的亮度水平之上和之下。如果所测量的亮度位于所述评估范围内，则在将执行开关操作之前进行电压的评估。如果测量到超过评估范围的亮度，则将不采取进一步的步骤。因此只有在所测量的电压U位于评估范围内时才执行开关操作。下面将描述所述评估。

基本上，参考发光二极管23始终点亮，从而在任何时间都可以进行开关操作。为了触发开关操作，用手指将发光二极管14和参考发光二极管23适当地遮蔽，使得参考发光二极管23的光线被反射到发光二极管14，并且没有环境光会到达该发光二极管14。因而，从根据图7的时间28开始在第一步骤中针对该亮度测量位于所述评估范围内的发光二极管14的电压值27。如图所示，将根据参考发光二极管23的亮度来测量例如在遮蔽之后的电压降以及恒定的电压值27。因而，满足了用于执行开关操作意图的基本先决条件。在该基本先决条件下，在时间29将参考发光二极管23断开，在第二步骤中重新测量发光二极管14上的电压。因此，用手指进行遮蔽将基本上防止光到达发光二极管14，从而将测量到低于下阈值26的电压值30。如果在规定的时间段31上测量所述电压值30，并且/或者所述值位于规定的时间窗口31内，则将在时间32执行开关操作。

如果发光二极管14仍然被手指遮蔽，则也因此执行开关操作。在这方面，重要的是，相比于通过第一步骤中的测量，通过第二步骤中的测量针对所述电压测量到了更低的值。开关操作导致参考发光二极管23再次接通，因而使得随后能够进行另外的开关操作。在时间33，再次将手指移开，从而再次测量到环境亮度。在这种情况下，环境亮度高于参考发光二极管23的亮度。

根据第二步骤的测量将排除在不用手指遮蔽的情况下执行开关操作。这是因为，即使在第一步骤中，由于环境亮度而针对所述电压测量到了位于评估窗口内的值，但所述值在第二步骤的测量期间不发生变化。因而，也没有执行任何开关操作。

参考发光二极管23的可控制的开关允许调整能够执行的开关操作的时间间隔。因此，可以相继地非常快速地执行开关操作，从而使得即使在若干设置选项的情况也能够进行快速操作。

在所述两个变型实施方式中，均已经描述了开关操作的执行。毋庸置疑，在已经完成一开关操作之后可进行另外的开关操作。

对于根据本发明的如图2和图4中所示的原理，连接至微控制器的发光二极管14的布线优选利用并联电阻器34、两个串联电阻器35、36和两个电容器37、38实现。微控制器优选包括内部放大器，以将所测量到的断开的发光二极管14的电压放大至上阈值20。为了防止所测量的电压U受到干扰的影响，接地的电容器37、38分别连接至至少一个发光二极管14的两个极性相反的连线。电容器37、38的尺寸大小构成了最小干扰影响和评估速度之间的折衷。为了实现二者，电阻器34与发光二极管14并联连接。

当然，已经参照逆变器2描述的根据本发明的原理能够转用于其他设备。因而，操作元件可以没有机械开关地应用在焊接设备、电池充电器、燃料电池等中。

Claims (15)

1.一种借助于操作元件(13)执行开关操作的方法，其特征在于，使用用于显示和设置操作状态的处于断开状态的至少一个发光二极管(14)以及用于测量所述至少一个发光二极管(14)上的电压(15)的测量装置作为所述操作元件(13)，在所述至少一个发光二极管(14)的断开状态下测量所述至少一个发光二极管(14)上的、由环境光的强度引起的电压(15)，并且如果所测量的电压(15)因为操作员的手指对所述至少一个发光二极管(14)的遮蔽引起的所述环境光的强度的减少而下降到低于预先给定的第一阈值(18)预先给定的时间段(19)，则执行所述开关操作。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，如果所测量的电压(15)在已经下降到低于所述预先给定的第一阈值(18)之后又上升到高于预先给定的第二阈值(20)预先给定的时间段(21)，则执行所述开关操作，所述第二阈值(20)高于所述第一阈值(18)。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第二阈值(20)根据环境光的强度而变化。

4.根据权利要求1至3中任一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述至少一个发光二极管(14)被周期性地断开，并且在断开时，均在所述断开状态下开始对所述至少一个发光二极管(14)上的电压(15)进行测量。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，用光学方式、声学方式或机械方式的信号通知所述开关操作的执行。

6.一种借助于操作元件(13)执行开关操作的方法，其特征在于，使用用于显示和设置操作状态的处于断开状态的至少一个发光二极管(14)以及用于测量所述至少一个发光二极管(14)上的电压(15)的测量装置作为所述操作元件(13)，在所述至少一个发光二极管(14)的断开状态下测量所述至少一个发光二极管(14)上的电压(U)，所述至少一个发光二极管(14)在所述断开状态期间由至少一个参考发光二极管(23)照射，从而实现与环境光无关，在由所述至少一个参考发光二极管(23)照射的所述断开状态下测量所述至少一个发光二极管(14)上的、由所述至少一个参考发光二极管(23)的光引起的电压(15)，并且所述至少一个参考发光二极管(23)随后被断开，并且在所述至少一个参考发光二极管(14)的该断开状态下测量所述至少一个发光二极管(14)上的电压(15)，如果所测量的电压(15)因为操作员的手指对所述至少一个发光二极管(14)的遮蔽而下降到低于预先给定的第一阈值(26)预先给定的时间段(31)，则执行所述开关操作。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述至少一个参考发光二极管(23)在规定的时间段之后接通，从而能够进行进一步的开关操作。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，如果所测量的电压(15)位于第二阈值(25)和第一阈值(26)之间的预先给定的评估范围(25－26)内，才执行所述开关操作，所述第二阈值(25)高于所述第一阈值(26)。

9.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，用光学方式、声学方式或机械方式的信号通知所述开关操作的执行。

10.一种借助于操作元件(13)执行开关操作的装置，其特征在于，所述操作元件(13)由用于显示和设置操作状态的至少一个发光二极管(14)以及用于在所述至少一个发光二极管(14)的断开状态下测量所述至少一个发光二极管(14)上的、由环境光引起的电压(15)的测量装置形成，以使得如果所测量的电压(15)因为操作员的手指对所述至少一个发光二极管(14)的遮蔽引起的所述环境光的强度的减少而下降到低于预先给定的第一阈值(18，26)预先给定的时间段(19，31)，则能够执行所述开关操作。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，用于测量电压(15)的所述测量装置由测量放大器(16)形成。

12.根据权利要求10或11所述的装置，其特征在于，电阻器(34)与所述至少一个发光二极管(14)并联连接，所述至少一个发光二极管(14)的连接至用于测量电压(15)的所述测量装置的连线均通过电容器(37，38)接地。

13.根据权利要求10或11所述的装置，其特征在于，设置至少一个参考发光二极管(23)来产生规定的环境光。

14.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，围绕所述至少一个发光二极管(14)布置部分不透光的罩(24)。

15.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，围绕所述至少一个参考发光二极管(23)布置部分不透光的罩(24)。