CN105244203A - 用于识别开关位置的设备 - Google Patents

Abstract

一种用于识别开关位置的设备(100)，具有：用于使所述设备(100)与交流电压(U_N)连接的第一电路节点(10)和第二电路节点(20)；连接在第一电路节点(10)和第三电路节点(30)之间的开关(40)；连接在第一电路节点(10)和第三电路节点(30)之间的电阻(50)；微计算机装置(80)；连接在第二电路节点(20)和第三电路节点(30)之间的电网部件装置(60)，借助电网部件装置能够在第三电路节点(30)上提供用于微计算机装置(80)的供给电压(Vcc)；其特征在于，能够由在第三电路节点(30)和第二电路节点之间下降的探测电压(U_D)借助微计算机装置(80)求取开关(40)的位置。

Description

用于识别开关位置的设备

技术领域

本发明涉及一种用于识别开关位置的设备。此外，本发明涉及一种用于识别开关位置的方法。

背景技术

电设备(例如电动工具)通常具有开关，以便手动地接通并且关闭设备。在此已知的是，识别所述开关的位置，为此使用确定的电的和电子的部件和元件。

开关位置的识别例如是重要的，因为在接通的开关时在将设备的电网插接部插入插座中的情形中不允许电设备启动或者高负荷运转。所述运行行为以名称“再启动保护”已知并且部分以标准限定。在运行期间的短时的电压陷落时，也不允许设备随后再次没有限定地高负荷运转。当开关断开时，原则上不允许控制半导体点燃(gezündet)。

根据设备的危险程度，也可以要求设置冗余的开关识别，借此支持设备的增大的安全级别。

DE102011088411A公开了用于识别开关位置的电路装置和方法。在此，编程微控制器以便将施加在连接端上的电压与电压参考进行比较并且根据所述比较确定开关是断开还是闭合。在此不利的是，需要具有内部电压参考的特定类型的微控制器或者具有外部电压参考的微控制器。

发明内容

本发明的任务是，提供一种用于电设备的开关的改善的开关识别。

根据第一方面，所述任务借助用于识别开关位置的设备解决，所述设备具有：

-用于使所述设备与交流电压连接的第一电路节点和第二电路节点；

-连接在第一电路节点和第三电路节点之间的开关；

-连接在第一电路节点和第三电路节点之间的电阻；

-微计算机装置；

-连接在第二电路节点和第三电路节点之间的电网部件装置，借助所述电网部件装置可以在第三电路节点上提供用于微计算机装置的供给电压；其特征在于，可以由在第三电路节点和第二电路节点之间下降的电压借助微计算机装置求取开关的位置。

根据第二方面，所述任务借助用于识别开关位置的方法解决，所述方法具有以下步骤：

-在第一电路节点和第二电路节点上提供供给电压，其中所述电压可以借助开关接通并且切断，其中所述开关由电阻跨接；

-借助用于微计算机装置的电网部件装置提供供给电压；

-分析处理电压供给的第二电路节点和微计算机装置的电压供给之间的电压，其中由所述分析推断出开关的位置。

当开关断开时，也以电压供给微计算机装置。根据本发明，分析处理所谓的“探测电压”，所述探测电压代表根据开关位置变化的电网电压。有利地，可以以小的技术耗费由微计算机装置分析处理所述探测电压并且由此求取开关的位置。

设备和方法的有利扩展方案是从属权利要求的主题。

所述设备的一种有利扩展方案的特征在于，利用探测电压的由微计算机装置求取的周期持续时间来识别开关位置。在此，充分利用以下事实：用于微计算机装置的参考电势根据开关的操作变化。这对同步信号具有影响，所述同步信号数字化供给的交流电压的频率。通过这种方式，可以借助微计算机装置求取，何时存在每一个半波的开始或者结束。有利地，电网电压的高度对于开关位置的识别丝毫没有影响，由此所述变型方案因此有利地与供给电压的电压电平的高度无关。

所述设备的另一种有利扩展方案的特征在于，在第三电路节点和第二电路节点之间串联两个电阻，其中向微计算机装置输送电阻之间的电路节点处的信号，其中开关位置由信号的电平求取。所述变型方案尤其在电压信号受干扰时是有利的，因为仅仅信号的振幅是重要的并且各种不同的过零点没有影响。

所述设备的一种有利扩展方案的特征在于，电路节点处的信号的电平分别在探测电压的半波的中间处被采样并且与电压参考值进行比较。通过这种方式，选择能够实现探测电压的可靠分析处理的限定的采样时刻。

所述设备的另一种有利扩展方案的特征在于，分析处理探测电压的电平的变化方向来识别开关的位置。通过这种方式，有利地不考虑探测电压的绝对值。

所述设备的另一种有利扩展方案的特征在于，利用探测电压的不仅电压检测而且频率检测来识别开关的位置。通过这种方式，有利地提供一种用于开关识别的冗余的“双途径”解决方案。由此，能够有利地最大化识别精确度和电机械的运行安全性。

附图说明

以下借助其他特征和优点根据多个附图详细描述本发明。在此，所有特征与其在说明书中和在附图中的描述无关地并且与其在权利要求书中的引用无关地构成本发明的主题。附图尤其设想用于阐示本发明基本的原理并且不必须绝对地实施为详细的电路图。

附图示出：

图1：根据本发明的设备的第一实施方式；

图2：在开关断开时为了识别开关位置所分析处理的电压的时间上的信号变化；

图3：在开关接通时为了识别开关位置所分析处理的电压的时间上的信号变化；

图4：根据本发明的设备的第二实施方式；

图5：根据本发明的方法的一种实施方式的原理性流程。

具体实施方式

图1示出用于识别开关位置的设备100的第一实施方式。设备100具有第一电路节点10和第二电路节点20，借助它们可以使电马达95(例如电动工具)与交流电压U_N连接。在此，可以使用电子半导体90(例如三端双向可控硅(Triac))来相应地控制马达95。交流电压例如正弦形地以限定的有效值、例如230V构造。在第一电路节点10和第三电路节点30之间连接可以手动操作的开关40，借助所述开关可以接通并且关闭电马达95。

因此，开关40代表以下电网开关：在闭合的状态中电马达95的全部供电电流可以流过所述电网开关。例如，开关40构造为电动机械开关，但是替代地也可以构造为功率电子开关。因此，开关40在功能上引起第一电路节点10和用于微计算机装置80的电网部件装置60之间的电流输送中的中断。微计算机装置80(例如微控制器)设置，接管马达95和马达95的各种外围元件的功能性(例如用于检测转速的测速电路、再启动保护、电位计等)的控制。

在第一电路节点10和第三电路节点30之间连接电阻50，借助所述电阻可以跨接开关40。通过这种方式，可以持续地以电流供给微计算机装置80，使得只要电压U_N接通，微计算机装置80就实施程序的处理。电阻50的大小如此度量，使得在马达95的关闭状态中流过不大于约10mA的没有危险的电流。通过这种方式，具有电阻50的支路构成备用回路，通过所述备用回路在电方面持续供给微计算机装置80。

借助电网部件装置60可以提供用于微计算机装置80的供给电压V_CC。电网部件装置60包括齐纳二极管61，其负极与第三电路节点30连接并且与电容器62(例如电解电容器)并联。电容器62的连接端中的一个与第三电路节点30连接，电容器20的第二连接端与电阻64连接，其中电阻64又与二极管45的正极连接。电阻64、齐纳二极管61的正极以及电容器62的连接端在处于地电势上的电路节点63处彼此连接。二极管65的负极与第二电路节点20连接。二极管65具有以下任务：始终仅仅借助供给电压U_N的限定的半波给电容器62充电。由此，在运行中电容器62通过电阻50和齐纳二极管61充电并且提供供给电压V_CC。

基于开关40的接通和断开引起供给电压V_CC的变化的事实，检测供给电压V_CC或者第三电路节点30和第二电路节点20之间的探测电压U_D并且其用于分析开关40的开关状态。

在图1中可以识别出求取装置70，其与微计算机装置80连接并且其用于电网电压U_N的数字化。求取装置70尤其设置用于实现用于马达95的相位角控制。求取装置70强烈简化地示出并且在实际中可以包括晶体管级和/或滤波器级(未示出)，所述求取装置将所输送的信号转换成对于微计算机装置80可探测的值。借助求取设备70求取，供给电压U_N的哪个半波恰好有效。附加地，可以求取相应半波的持续时间。借助微计算机装置80的计时器装置(未示出)可以求取，半波具有何种周期持续时间。所述信息是重要的，因为用于三端双向可控硅(未示出)的相位角控制的所述时间用于马达95的控制。

基于在所述探测电压U_D中也反映出开关40的状态的事实，可以有利地由探测电压U_D的分析处理推断出开关位置。求取装置70的具体的技术构型取决于各自所使用的微计算机装置80。

图2示出在开关40断开时探测电压U_D和同步信号U_Sync的变化的时间曲线图。识别出，同步信号U_Sync相对于时间轴线不对称地构造，因为探测电压U_D相对于零线具有非对称的变化。探测电压U_D的负半波具有比探测电压U_D的正半波明显更小的振幅。当开关40处于位置“断开”时，是这种情形。

与此不同，图3示出开关40接通的情况。识别出，探测电压U_D的电压电平略高于并且对称于零线或者时间轴线，其中由此信号U_Sync的信号形状相对于时间轴线对称地构造。

同步信号U_Sync的变化由连接在第一电路节点10和第三电路节点30之间的电阻50引起。由此结果地，与接通的状态相比，在断开的状态中可以通过电阻50下降附加的电压。由此，可以借助同步信号U_Sync求取，正半波如何相对于探测电压U_D的负半波构造。由所述比例可以求取开关40是断开还是闭合。

图4示出用于识别开关位置的设备100的另一种实施方式。所述实施方式与图1的那种实施方式的区别在于：不设置求取装置70并且在第三电路节点30和第二电路节点20之间设置具有电阻66、67的分压器，所述电阻连接在电路节点68上，其中电路节点68引导到微计算机装置的输入端81上。输入端81可以引导到微计算机装置80的模拟/数字转换器上或者比较器上。在这种情形中充分利用以下事实：通过开关40的开关位置的变化也使用于微计算机装置80的供给电压V_CC在其电平方面变化。这通过电路节点68上的电压检测出并且输送给微计算机装置80。

借助分压器66、67在限定的时间求取，在微计算机装置80的输入端81上施加何种电压值。根据探测电压U_D的不同的电压变化，能够通过这种方式实现开关40的位置的明确识别。

限定的时刻优选位于探测电压U_D的负半波的每一个中心处，其中每一次求取通过电阻66或者通过电阻67的电压下降具有何种值。

微计算机装置80可以借助模拟/数字转换器或者比较器测量所述电压并且可以通过这种方式确定开关40是断开还是接通。大多微控制器标准地具有模拟/数字转换器和/或比较器。

以有利的方式可能的是，以上所描述的变型方案中的每一种作为用于识别开关位置的已经已知的解决的冗余解决。这尤其在需要再启动保护的电设备上是重要的。在冗余的解决中，根据本发明的解决可以作为所述途径中的一个使用。

在没有冗余的解决中，即如果对于开关识别要求仅仅一个唯一的途径，则根据本发明的解决有利地比已知的解决低成本得多。这基于，取消附加的电路，由此在电路板上创造空间。

所描述的所有变型方案也有利地在具有备用线路的双极开关中起作用，其中在这种情形中开关40也可以设置在从第二电路节点20到微计算机装置80的输送线路中(未示出)。

特别有利的是非常低成本地实现根据本发明的解决。在实际中这仅仅意味着，少的行实现附加的程序代码。

图5示出根据本发明的方法的一种实施方式的原理性流程。

在第一步骤200中，在第一电路节点10和第二电路节点20上提供供给电压U_N，其中电压U_N可以借助开关40接通并且切断，其中开关40由电阻50跨接。

在第二步骤210中，借助用于微计算机装置80的电网部件装置60提供供给电压V_CC。

在第三步骤220中，实施电压供给U_N的第二电路节点20和微计算机装置80的电压供给V_CC之间的探测电压U_D的分析处理，其中由所述分析推断出开关40的位置。

综上所述，借助本发明提供用于识别电机械的开关位置的设备和方法。借助简单的模块识别开关位置，这尤其对于电动机械的不同标准化的规范是重要的。

尽管以上借助具体的实施例描述了本发明，但本发明绝对不局限于此。本领域技术人员因此在不偏离本发明核心的情况下适当修改或者相互组合以上所描述的特征。

Claims (10)

1.一种用于识别开关位置的设备(100)，所述设备具有：

用于使所述设备(100)与交流电压(U_N)连接的第一电路节点(10)和第二电路节点(20)；

连接在所述第一电路节点(10)和第三电路节点(30)之间的开关(40)；

连接在所述第一电路节点(10)和所述第三电路节点(30)之间的电阻(50)；

微计算机装置(80)；

连接在所述第二电路节点(20)和所述第三电路节点(30)之间的电网部件装置(60)，借助所述电网部件装置能够在所述第三电路节点(30)上提供用于所述微计算机装置(80)的供给电压(Vcc)，

其特征在于，能够由在所述第三电路节点(30)和所述第二电路节点之间下降的探测电压(U_D)借助所述微计算机装置(80)求取所述开关(40)的位置。

2.根据权利要求1所述的设备(100)，其特征在于，利用所述探测电压(UD)的由所述微计算机装置(80)求取的周期持续时间来识别所述开关位置。

3.根据权利要求1所述的设备(100)，其特征在于，在所述第三电路节点(30)和所述第二电路节点(20)之间串联两个电阻(66，67)，其中向所述微计算机装置(80)输送所述电阻(66，67)之间的电路节点(68)处的信号，其中，所述开关位置由所述信号的电平求取。

4.根据权利要求3所述的设备(100)，其特征在于，所述电路节点(68)处的信号的电平分别在所述探测电压(U_D)的半波的中间处采样并且与一个电压参考值进行比较。

5.根据以上权利要求中任一项所述的设备(100)，其特征在于，分析处理所述探测电压(U_D)的电平的变化方向以便识别所述开关(40)的位置。

6.根据以上权利要求中任一项所述的设备(100)，其特征在于，利用所述探测电压(U_D)的不仅电压检测而且频率检测来识别所述开关(40)的位置。

7.一种用于识别开关(40)的开关位置的方法，所述方法具有以下步骤：

在第一电路节点(10)和第二电路节点(20)处提供供给电压(U_N)，其中，所述电压(U_N)能够借助开关(40)接通并且切断，其中，所述开关(40)由电阻(50)跨接；

借助电网部件装置(60)将供给电压(V_CC)提供给微计算机装置(80)；

分析处理电压供给(U_N)的第二电路节点(20)和微计算机装置(80)的电压供给(V_CC)之间的探测电压(U_D)，其中，由所述分析推断出所述开关(40)的位置。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，借助所述微计算机装置(80)分析处理所述探测电压(UD)的信号形状。

9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述探测电压(U_D)的电压电平借助分压器(66，67)输送到所述微计算机装置(80)并且进行分析处理。

10.一种计算机程序产品，其具有程序代码模块，其用于实施根据权利要求7至9中任一项所述的方法，其中，当其在微计算机装置(80)上运行或者存储在计算机可读的数据载体上时。