DE10106132A1 - Aufwachschaltung für ein elektrisches Gerät - Google Patents
Aufwachschaltung für ein elektrisches GerätInfo
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf eine Aufwachschaltung, ein elektrisches Gerät mit einer Aufwachschaltung, ein Verfahren zur Steuerung des elektrischen Geräts und eine Netzteil-Baugruppe. Während bei herkömmlichen Geräten im "Standby"-Betrieb das Netzteil und die Steuerelektronik im dauerhaften Betrieb sind und daher einen hohen Stromverbrauch aufweisen, schlägt die Erfindung für die Einsparung von Energie bei beibehaltenem Bedienkomfort eine Lösung vor, bei der im "Standby"-Betrieb das Netzteil ausgeschaltet ist. eine Aufwachschaltung bleibt, bevorzugt gespeist durch ein Energiepufferelement, im "Standby-Betrieb aktiv und überwacht Signaleingänge auf Aufwachereignisse. Beim Auftreten eines Aufwachereignisses schaltet die Aufwachschaltung das Netzteil ein.
Description
Die Erfindung betrifft eine Aufwachschaltung, ein elektrisches Gerät mit einer Aufwach
schaltung, ein Verfahren zur Steuerung eines elektrischen Geräts und eine Netzteilbau
gruppe.
Eine Vielzahl von elektrischen Geräten, beispielsweise Videorecorder, Satellitenreceiver,
Fernsehgeräte, Set-Top-Boxen, Computermonitore usw. verfügen über einen sogenannten
"Standby"-Modus. Diese Geräte werden aus dem Stromversorgungsnetz mit elektrischer
Energie versorgt. Hierfür weisen sie entsprechende Netzteile auf. Sehr häufig finden hier
neben 50 Hz Transformator basierten Stromversorgungen auch sogenannte SMPS (Switch
Mode Power Supply = Schaltnetzteil) Verwendung. Solche Schaltnetzteile arbeiten mit
einer stabilisierten oder unstabilisierten Eingangsgleichspannung, die in der Regel durch
Gleichrichtung aus dem Netz entnommen wird. Diese Gleichspannung wird mit Hilfe
eines oder mehrerer elektronischer Schalter in eine Wechselspannung oder einen Wechsel
strom umgewandelt, dessen Frequenz üblicherweise hochfrequent (d. h. größer, oft sogar
wesentlich größer als die Netzfrequenz) ist. Die Wechselspannung bzw. der Wechselstrom
wird zur weiteren Spannungswandlung bzw. Energieübertragung zur Erzeugung einer oder
mehrerer Gleich- und/oder Wechselspannungen genutzt. Eine im Vergleich zur Netz
frequenz deutlich höhere Schaltfrequenz ermöglicht die Verwendung wesentlich kleinerer
magnetischer Bauteile. Über ein geeignetes Ansteuerverfahren der Schalter (z. B. Frequenz
regelung, Tastgradregelung oder andere dem Fachmann bekannte Verfahren) ist eine
Regelung der Ausgangsspannung möglich.
Häufig verfügen solche Geräte, beispielsweise Fernseher, über einen Ausschalter, mit dem
das Netzteil vollständig vom Netz getrennt wird und das Gerät so "hart", ausgeschaltet ist,
d. h. elektrisch vollständig vom Netz getrennt, beispielsweise durch einen mechanischen
Schalter. In diesem Ausschaltzustand verbraucht das Gerät keine elektrische Energie. Ein
Gerät kann jedoch auch in den Standby-Modus umgeschaltet werden, beispielsweise durch
Drücken des "Aus"-Knopfes auf einer üblichen drahtlosen Fernbedienung, z. B. einer
Funk- oder Infrarot-Fernbedienung. Dann werden zwar die Funktionseinheiten des Geräts
(hier beispielsweise die Bildröhre, der Empfangsteil etc.) ausgeschaltet, üblicherweise mit
Relais oder elektronischen Schaltern oder durch drastische Reduzierung der sekundär
seitigen Versorgungsspannung. Im Standby-Modus wird das Netzteil allerdings nicht vom
Netz getrennt, denn zumindest eine Einheit des Geräts, die hier als "Aufwachschaltung"
bezeichnet wird, bleibt im Standby-Modus aktiv.
In herkömmlichen Geräten umfasst die Aufwachschaltung häufig die gesamte Steuerungs
elektronik mit einem zentralen Mikrocontroller. Diese bezieht ihre Stromversorgung aus
dem Netzteil des Geräts. Beispielsweise im Fall einer Infrarot-Fernbedienung überwacht
die Aufwachschaltung im Standby-Betrieb ständig eventuell eintreffende Infrarot-Fern
steuersignale. Solche eintreffenden Signale werden decodiert, wobei der Mikrocontroller
entscheidet, ob ein empfangenes Signal ein Aufwachereignis darstellt. Mit dem Begriff
"Aufwachereignis" werden hier solche Ereignisse bezeichnet, die zum Einschalten des
Geräts führen sollen. Beispielsweise bei einem Fernseher könnte dies ein Druck auf den
Ein/Aus-Taster der Fernbedienung sein oder das Betätigen einer der numerischen
Programmtasten. Wird ein solches Signal von der Aufwachschaltung empfangen, decodiert
und erkannt, schaltet die Aufwachschaltung die Funktionseinheiten wieder ein, so dass das
Gerät dann im vollen Betriebszustand ist.
In der Praxis hat sich gezeigt, dass viele Geräte, vor allem Geräte der Unterhaltungs
elektronik, von den Verbrauchern fast durchgängig im Standby-Modus betrieben und
nicht vom Netz getrennt werden, denn nur im Standby-Modus sind Komfort-Funktionen,
wie das Einschalten per Fernbedienung oder auch zeitgesteuertes Einschalten (z. B. Video
recorder) bzw. durch das Eingangssignal gesteuertes Einschalten (z. B. Videorecorder mit
VPS-Signal oder Computer-Monitor bei Videosignal) möglich.
Eine Anzahl von Geräten weisen hierbei überhaupt keinem "harten", d. h. mechanischen
Netzschalter mehr auf. Solche Netzschalter sind aufgrund der hohen Anforderungen,
insbesondere an Isolierung, Strombelastung und Kabelführung im Gerät, recht teuer. Bei
Geräten mit einer Uhr ist eine vollständige Netztrennung oft auch nicht gewünscht, da
sonst nach jedem Anschalten die Uhr neu gestellt werden müsste, falls kein Pufferspeicher
oder automatisches Stellen durch Eingangssignale (Funkuhr, Internet, Videotext, Radio
Daten System) möglich ist.
Im Standby-Modus verbrauchen die Geräte allerdings relativ viel elektrische Energie. Dies
beruht einerseits auf Verlustleistung des Netzteils, andererseits aus der Leistungsaufnahme
der verwendeten Aufwachschaltungen, die häufig die gesamte Steuerungselektronik,
inklusive Mikrocontroller umfassen. Insgesamt kommt es so zu einem Restverbrauch von 1
bis 10 Watt.
Es ist Aufgabe der Erfindung, die Leistungsaufnahme von elektrischen Geräten im Ruhe
zustand weiter zu verringern, wobei gleichzeitig jeweils gewünschte Komfortfunktionen
erhalten bleiben.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Aufwachschaltung nach Anspruch 1, ein elektrisches
Gerät nach Anspruch 15, ein Verfahren nach Anspruch 22 zur Steuerung eines
elektrischen Geräts und eine Netzteilbaugruppe nach Anspruch 25 für ein elektrisches
Gerät. Abhängige Ansprüche beziehen sich auf vorteilhafte Ausführungsformen der
Erfindung.
Eine erfindungsgemäße Aufwachschaltung für ein elektrisches Gerät weist einen oder
mehrere Signaleingänge auf. Hierbei handelt es sich um elektrische Anschlüsse der
Schaltung, die so ausgelegt sind, dass beispielsweise ein Empfänger für Fernsteuersignale,
ein Ein/Aus-Taster, ein Nutzsignal (z. B. Videosignal oder Audiosignal), eine digitale
Schnittstelle oder ein anderer Signalgeber an diesem Eingang angeschlossen werden kann
und die entsprechenden Signale verarbeitet werden können. Es ist auch möglich, dass der
Eingang so ausgelegt ist, dass verschiedene Signalgeber (z. B. Taster, IR-Empfänger, etc.) an
denselben Eingang angeschlossen werden können. Bevorzugt sind die Eingänge hinsicht
lich ihrer Auswertung (bspw. Verstärkung, Schwellenwertdetektion, ggf. Signaldeco
dierung) programmierbar.
Weiter weist die Aufwachschaltung eine Steuereinheit auf. Diese Bezeichnung ist hier rein
funktionell gewählt. Es kann sich hierbei um eine Logik-Schaltung handeln, die
verschiedene Eingaben in einer vorgegebenen Weise verknüpft, so dass ein entsprechendes
Ausgangssignal gegeben wird. Hierfür wird der Einsatz einer programmierbaren Logik
schaltung vorgeschlagen, es kann aber auch eine fest verdrahtete Schaltung sein. Die
Schaltungen können außer reinen Logik-Verknüpfungen (AND, OR, etc.) auch weitere
Elemente und Funktionen, darunter Register, Schieberegister, Rechenoperationen,
Vergleicher, Timer usw. umfassen. Denkbar sind ebenso auch auf Software basierende
Lösungen, bei denen die Steuerfunktionen von einem auf einem Mikrocontroller ablaufen
den Programm übernommen werden. Es ist bevorzugt, dass die Steuereinheit in ihrer
Funktion programmierbar ist.
Die Aufwachschaltung weist erfindungsgemäß zudem einen Steuerausgang zur Steuerung
eines Netzteils auf. Unter einer solchen Steuerung eines Netzteils wird verstanden, dass ein
Netzteil beispielsweise elektrisch, optisch, elektromechanisch oder auf andere Weise
gesteuert werden, d. h. in verschiedene Schaltzustände versetzt werden kann. Dies umfasst
das Ein- und Ausschalten des Netzteils, kann jedoch auch das Umschalten des Netzteils in
dazwischenliegende Betriebsstufen umfassen. Der Steuerausgang muss geeignet sein, eine
solche Steuerung anzusprechen. Bei elektrischer Ansteuerung muss der Ausgang so aus
gelegt werden, dass der Ausgang den für die Steuerung erforderlichen Strom liefern kann,
beispielsweise zur Schaltung eines Optokopplers oder Relais. Hier kann - zur Optimierung
des Stromverbrauchs - auch eine Pulsansteuerung vorgesehen sein.
Im Ruhezustand eines elektrischen Geräts ist dessen Aufwachschaltung aktiv. Die
Schaltung sollte zweckmäßig so ausgelegt sein, dass sie in diesem Betriebszustand möglichst
wenig Energie verbraucht. Der Signaleingang bzw. die Signaleingänge sind - zumindest in
periodischen Abfrageintervallen - aktiv und mit der Steuereinheit verbunden. Liegt an
einem der Signaleingänge ein Signal an, das ein Aufwachereignis darstellt, leitete die
Steuereinheit die Aufwachprozedur ein. Als Aufwachereignisse kommen beispielsweise bei
einem Tastereingang das Betätigen des Tasters, bei einem Nutzsignaleingang das Auftreten
eines Nutzsignals (beispielsweise das Anliegen eines Videosignals am A/V-Eingang eines
Fernsehers, detektiert, im einfachsten Falle, durch einen Komparator) oder bei einem
Fernsteuer-Eingang eine Befehlssequenz von Fernsteuer-Signalen in Frage, die das Gerät
einschalten sollen. Als weiteres Beispiel eines durch ein Nutzsignal definierten Aufwachereignisses
dient das VPS-Signal bei einem Videorecorder. Da hierfür allerdings eine reine
Schwellenwertdetektion nicht ausreicht, ist eine entsprechend komplexe Decodierungs-
Schaltung (Empfangsschaltung) notwendig. Diese kann für eine Optimierung des Strom
verbrauchs beispielsweise erst einige Zeit vor dem programmierten Aufnahmezeitpunkt
aktiviert werden.
Die Aufwachprozedur kann hierbei je nach Aufwachereignis unterschiedlich sein. Im
einfachsten Fall aktiviert die Steuereinheit den Steuerausgang und schaltet so das Netzteil
ein, so dass das Gerät in den Betriebszustand übergeht.
Eine Sonderrolle kann hierbei der Fernsteuer-Eingang einnehmen. Während beispielsweise
ein "Ein"-Taster-Signal oder ein auftretender Nutzsignalpegel lediglich zum Einschalten
des Geräts führen, verhält sich die Situation bei Fernsteuer-Signalen komplizierter. Hier ist
einerseits das Signal und die notwendige Bearbeitung bereits deutlich komplexer. Es
handelt sich z. B. bei Funk- oder Infrarot-Fernsteuerungen um Signale, die ggf. verstärkt,
demoduliert, gefiltert und zur Verarbeitung bevorzugt digitalisiert werden müssen.
Andererseits muss auch nicht das reine Vorhandensein eines Signals bereits ein Aufwach
ereignis darstellen. Sondern es kann notwendig sein zunächst festzustellen, ob ein Fern
steuersignal überhaupt für das Gerät (und nicht für ein anderes Gerät) bestimmt ist.
Zudem muss einerseits überprüft werden, ob empfangene Fernsteuer-Signale überhaupt
ein "Aufwachen" des Geräts bewirken sollen. Schließlich ist auch die vom Benutzer
gewünschte und mit dem Fernsteuersignal ausgelöste Reaktion des Geräts nicht stets
gleich. Sondern ein Benutzer kann beispielsweise einen Fernseher direkt mit einem vorge
wählten Programm (Empfangskanal) starten, indem er die entsprechende Zifferntaste
drückt.
Für die Verarbeitung von Fernsteuer-Signalen durch die Aufwachschaltung werden grund
sätzlich die Möglichkeiten der vollständigen Analyse, der minimalen Analyse und der
mehrstufigen Analyse vorgeschlagen, wobei je nach Anwendung zu entscheiden sein wird,
welche Form der Analyse der Fernsteuersignale jeweils sinnvoll ist.
Bei einer vollständigen Analyse werden die empfangenen Fernsteuer-Signale komplett
durch die Aufwachschaltung analysiert, d. h. es werden die durch das Fernsteuersignal
repräsentierten Codes ermittelt und mit gespeicherten Aufwach-Signalen, d. h. Befehls
sequenzen, die ein Aufwachereignis auslösen sollen, verglichen. Solche Aufwach-Signale
können in der Aufwachschaltung vorgespeichert sein. Es wird aber bevorzugt, dass die
Signale, die ein Aufwachereignis darstellen sollen, in der Aufwachschaltung frei
programmierbar, d. h. abspeicherbar sind.
Bei einer minimalen Analyse wird in der Aufwachschaltung ein Aufwachereignis bereits
dadurch definiert, dass überhaupt Aktivität am Fernsteuer-Eingang (z. B. Infrarot-
Empfangsdiode, Ultraschall- oder Funkempfänger, etc.) festgestellt wird. Bei einer
Infrarot-Fernsteuerung ist dies auch bereits in einem photovoltaischen Betriebszustand der
Infrarot-Diode möglich. Sobald irgendeine Form eines Infrarot-Signals auftritt, wird ein
Aufwachereignis ausgelöst, bei dem das elektrische Gerät in einen Betriebszustand versetzt
wird, in dem die Geräte-Steuereinheit (Mikrocontroller) aktiviert ist, die dann das Signal
vollständig dekodiert.
Bei einer mehrstufigen Analyse wird durch die Aufwachschaltung in einer ersten Stufe
festgestellt, ob überhaupt Aktivität am Fernsteuerempfangsteil (z. B. Infrarot Eingang)
vorhanden ist. Ist dies der Fall wird in einer zweiten Stufe eine vollständige Analyse durch
die Aufwachschaltung initiiert. Dies hat den Vorteil, dass volle Funktionalität (mit
geringer Zeitverzögerung) bei sehr geringem Stromverbrauch möglich ist. Unnötige
Aufwachereignisse (wenn beispielsweise keiner der vorgegebenen Aufwachcodes vorliegt)
können so vermieden werden.
Es kann vorgesehen sein, dass die empfangenen Befehlssequenzen, die das Aufwachereignis
ausgelöst haben, zunächst in der Aufwachschaltung zwischengespeichert werden und von
dem dann "aufwachenden" Mikrocontroller des Geräts von dort ausgelesen werden, so dass
die gesendeten Signale nicht "verloren" gehen, sondern ausgeführt werden. Besonders
bevorzugt wird, dass auch im Betriebszustand des Geräts die Fernsteuersignale zunächst zur
Aufwachschaltung gelangen und dort von der Steuereinheit des Geräts ausgelesen werden.
So ist kein zweiter Fernsteuer-Signalempfänger notwendig.
Gemäß einer Weiterbildung ist als weiterer Signalgeber-Eingang ein digitaler Datenein
gang vorgesehen. Dieser ist an beliebige digitale Inferfaces anschließbar, darunter genormte
serielle oder parallele Schnittstellen, Bus-Systeme etc. Insbesondere kann auch eine
Computer-Schnittstelle, z. B. ein Ethernet-Netzwerk so auf definierte Aufwachereignisse
überwacht werden. Dies ist insbesondere auch für den Anschluss an das Internet nutzbar.
Die Aufwachschaltung enthält bevorzugt einen Speicher, der beispielsweise als statisches
RAM ausgeführt sein kann. Bei diesem Typ von Speicher bleiben gespeicherte Daten
erhalten, wobei hierfür nur ein äußerst geringer Strom benötigt wird. Die Größe des
Speichers ist so auszulegen, dass sie ausreichend ist für die Speicherung von Betriebspara
metern (Schaltverhalten, Empfindlichkeit des analogen Eingangs etc.), empfangene Fern
steuerungs-Codes, gespeicherte Aufwach-Codes und Uhr- bzw. Zeitschaltuhr-Register.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist in der Aufwachschaltung auch eine Uhr vor
gesehen. Dieser Begriff wird hier ebenfalls funktionell für jede Form eines Zeitgebers oder
kontinuierlichen Zählers verwendet, d. h. unter einer Uhr wird auch ein einfaches Zähl
register mit automatischer Inkrementierung verstanden. Ein Taktgeber kann in der
Aufwachschaltung vorgesehen sein. Es ist hierbei bevorzugt, mindestens das taktbestim
mende Bauteil (z. B. Quarz) oder auch einen vollständigen Taktgeber (Oszillator) extern
anzuordnen. Eingänge für den Anschluss eines frequenzbestimmenden Bauteils und
Eingänge für einen extern erzeugten Takt werden zusammenfassend als "Takt-Eingänge"
bezeichnet. Als Taktgeber kommt auch eine Einheit in Frage, die den Takt aus der Netz
frequenz ableitet.
Wenn eine Uhr vorhanden ist, kann die Steuereinheit eine Zeitschalt-Funktion ausführen,
bei der zu einem eingestellten Aufwachzeitpunkt (bzw. Zählerstand) die Aufwachprozedur
eingeleitet wird. Vorteilhafterweise kann die Uhr der Aufwachschaltung als Echtzeituhr des
gesamten Geräts dienen, wobei bevorzugt bei jedem Einschalten die Geräte-Steuereinheit
die Uhr ausliest. Bei der Ausführung als Zählregister kann der Zählerstand dann in Zeit
einheiten (Jahr, Monat, Tag, Stunde, Minute, Sekunde) übersetzt werden. So kann eine
separate Echtzeituhr eingespart werden.
Für die Kommunikation der Aufwachschaltung mit dem Gerät, beispielsweise mit dem
Mikrocontroller des Geräts in dem die Aufwachschaltung enthalten ist, ist gemäß einer
Weiterbildung der Erfindung ein Kommunikationsanschluss vorgesehen. Hierbei kann es
sich um jede dem Fachmann bekannte Form der Datenübertragung handeln. Bevorzugt
werden digitale Übermittlungsverfahren, beispielsweise serielle oder parallele Schnittstellen
sowie Bussysteme. Hierbei wird der I2C-Bus als besonders einfache und bei geringen
Kosten zu realisierende Standard-Verbindung zwischen integrierten Schaltungen bevor
zugt. Über einen solchen Kommunikationsanschluss kann einerseits die Steuereinheit
programmiert werden, so dass Aufwachereignisse definiert werden (beispielsweise, wenn
die Steuereinheit bei einem Taster-Signal, aber nicht bei einem auftretenden Nutzsignal
die Aufwachprozedur initiieren soll). Es können auch direkte Transfers in den Speicher
erfolgen, beispielsweise von Befehlssequenzen einer Fernsteuerung, bei denen die Aufwach
prozedur initiiert werden soll. Bei einem Kommunikationsanschluss, der auch das Ver
senden von Daten ermöglicht, kann über den Kommunikationsanschluss auch eine beim
Einschalten empfangene Fernsteuerungs-Befehlssequenz ausgelesen werden, die im
Speicher abgespeichert wurde (sowie ggf. alle weiteren nach dem Einschalten empfangenen
Codes).
Im Stand der Technik umfassten Aufwachschaltungen häufig die gesamte Steuerelektronik
des Geräts, d. h. es gab keine dedizierte Aufwachschaltung, sondern die Steuerelektronik
blieb - inklusive Mikrocontroller - im Standby-Betrieb aktiv. Gemäß einer Weiterbildung
der Erfindung ist nun vorgesehen, eine separate Aufwachschaltung vorzusehen. Diese wird
bevorzugt als eine integrierte Schaltung, d. h. als ein "Chip", ausgeführt.
Dabei können Standard-Bauformen mit beispielsweise 8 oder 14 Anschlüssen verwendet
werden. Hierdurch können sehr geringe Herstellungskosten und auch ein geringer
Stromverbrauch erreicht werden. Bevorzugt kommen stromsparende, bekannte Chip-
Technologien, beispielsweise CMOS, zum Einsatz.
Die Aufwachschaltung ist bevorzugt so ausgelegt, dass im Ruhezustand möglichst wenig
elektrische Energie verbraucht wird. Dies umfasst einen energiesparenden Schaltungsent
wurf (bei dem im Leerlauf, d. h. solange keine Signale anliegen, der Stromverbrauch
minimal ist) und bevorzugt auch ein intelligentes Power-Management, bei dem jeweils
nicht benötigte Komponenten der Schaltung abgeschaltet werden. Als weitere Spar
maßnahme wird die Überwachung der Eingänge im Burst-Betrieb, d. h. nur periodisch,
vorgeschlagen.
Ein erfindungsgemäßes Gerät lässt sich in einen Ruhezustand und einen Betriebszustand
schalten, wobei im Ruhezustand das Netzteil abgeschaltet ist, aber eine Aufwachschaltung
aktiv bleibt. Ein solches Gerät weist außer dem Netzteil eine Anzahl von Funktionsein
heiten auf. Unter diesem funktionellen Begriff wird jede zur Funktion eines elektrischen
Geräts beitragende Einheit verstanden. Beispielsweise umfasst dies die Elektronik und die
Bildröhre eines Fernsehers, das Laufwerk und die Ansteuerelektronik sowie den Empfangs
teil eines Videorecorders usw.. Unter einer Funktionseinheit werden alle elektrischen
Komponenten von bekannten elektrischen Geräten verstanden bis auf das Netzteil, das den
Anschluss an eine Stromversorgung ermöglicht und die Funktionseinheiten mit
elektrischer Energie versorgt.
Damit die Aufwachschaltung aktiv bleiben kann, wenn das Netzteil abgeschaltet ist,
benötigt sie eine separate Energieversorgung. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine
einfache primärseitige Stromversorgung handeln, d. h. eine Stromversorgungseinheit, die
bevorzugt direkt, d. h. ohne Transformator mit dem Stromversorgungsnetz gekoppelt ist.
Mit einem Vorwiderstand oder über eine Kapazität können die geringen notwendigen
Betriebsströme so direkt dem Stromversorgungsnetz entnommen werden. Alternativ kann
auch ein Energiespeicher zur Versorgung der Aufwachschaltung mit elektrischer Energie
vorgesehen sein. Hierbei kann es sich um eine (bevorzugt austauschbare) Batterie handeln.
Unter Einsatz heute verwendeter Halbleiter-Technologie für die Aufwachschaltung würde
eine solche Batterie leicht 2 bis 5 Jahre lang die erforderliche elektrische Energie für die
Aufwachschaltung bereitstellen.
Besonders bevorzugt wird allerdings ein wiederaufladbarer Energiespeicher. Hierbei kann
es sich beispielsweise um einen Akkumulator oder einen Kondensator ausreichender
Kapazität handeln. Je nach Ausführung kann dies ein Standard-(z. B. Elektrolyt)-Konden
sator oder ein spezieller Hochkapazitäts-Kondensator einer Kapazität von üblicherweise
0,047 F oder mehr sein.
Für wiederaufladbare Elemente ist vorteilhafterweise eine Ladevorrichtung vorgesehen.
Diese kann externe Energiequellen, beispielsweise Solarzellen, verwenden. Üblicherweise
wird sie jedoch vor allem von dem Netzteil des Geräts mit elektrischer Energie versorgt,
wenn dieses (im Betriebszustand des Geräts) aktiv ist.
Hierbei gibt es verschiedene Möglichkeiten sicherzustellen, dass bei einem längeren Ver
bleiben des Geräts im Ruhezustand die Stromversorgung der Aufwachschaltung weiterhin
gewährleistet ist. Einerseits kann der Energiespeicher überwacht werden, wobei beispiels
weise die davon gelieferte Spannung mit einer Mindestschwelle verglichen wird. Bei einem
Unterschreiten eines Mindeststands des Energiespeichers wird der Energiespeicher aufge
laden, vorzugsweise indem das Netzteil eingeschaltet wird, so dass es für eine gewisse Zeit
die zum Laden notwendige Spannung zur Verfügung stellt (Ladezyklus). Hierbei wird
bevorzugt, dass beim Einschalten des Netzteils nicht das gesamte Gerät in Betrieb
genommen wird, sondern dass die Funktionseinheiten ausgeschaltet bleiben und lediglich
das Netzteil zur Versorgung der Ladeschaltung aktiv wird (Einschaltmaskierung).
Alternativ oder in Kombination hiermit kann auch eine Ladestrategie verfolgt werden, bei
der in jeweils vorher programmierten Abständen das Netzteil zum Laden des Energie
speichers kurz eingeschaltet wird (feste Ladezyklen). Eine solche Strategie kann über die in
der Aufwachschaltung vorgesehene Zeitschaltuhr-Funktion realisiert werden, wobei beim
Ausschalten des Geräts ein Zeitraum - beispielsweise ca. 5 Minuten bei einem 1000 µF-
Kondensator als Energiespeicher oder mehrere Wochen bei einem 100 mAh-Akkumulator
- vorprogrammiert wird, nach dessen Ablauf das Netzteil wieder eingeschaltet wird. Auch
hier wird bevorzugt, dass nur das Netzteil und nicht die Funktionseinheit des Geräts
eingeschaltet werden.
Bei einer erfindungsgemäßen Netzteilbaugruppe ist eine Aufwachschaltung in einem
Netzteil-Modul integriert. Diese Netzteilbaugruppe kann dann insgesamt als "intelli
gentes" Netzteil in herkömmlichen Geräten eingesetzt werden, wobei das Netzteil selbst
eine "Standby"-Funktion aufweist.
Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung anhand von Zeichnungen näher
beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Diagramm einer ersten Ausführungsform einer
Aufwachschaltung;
Fig. 2 ein Blockdiagramm der Komponenten eines elektrischen Geräts mit einer
Aufwachschaltung;
Fig. 3 ein schematisches Diagramm einer ersten Ausführungsform eines elektrischen
Geräts mit einer Aufwachschaltung;
Fig. 4 ein schematisches Diagramm einer zweiten Ausführungsform eines elektrischen
Geräts mit einer Aufwachschaltung;
Fig. 5 ein schematisches Diagramm einer dritten Ausführungsform eines elektrischen
Geräts mit einer Aufwachschaltung;
Fig. 6 ein schematisches Diagramm einer zweiten Ausführungsform einer
Aufwachschaltung;
Fig. 7 ein schematisches Diagramm einer dritten Ausführungsform einer
Aufwachschaltung;
Fig. 8 ein schematisches Diagramm einer vierten Ausführungsform eines elektrischen
Geräts mit einer Netzteilbaugruppe.
In Fig. 1 ist ein Schaltmodul ZPS mit einer Aufwachschaltung 20 dargestellt. Das Schalt
modul ZPS hat vierzehn externe Anschlüsse 1 bis 14. Die Aufwachschaltung weist eine
Spannungsversorgungs-Baugruppe 22 mit einem linearen Spannungsregler 24 auf. Ferner
ist eine Uhr 26, eine Steuereinheit 28 und ein Speicher 30 vorgesehen.
Die Anschlüsse 1 und 2 des Moduls ZPS dienen zur Spannungsversorgung. Die Span
nungsversorgungs-Baugruppe 22 weist hierbei einen linearen Spannungsregler 24 auf, dem
als Referenz die konstante Spannung Vref zugeführt wird und der eine konstante, linear
geregelte Versorgungsspannung für die Steuereinheit 28 und (nicht dargestellt) ggf. die
übrigen Komponenten bereitstellt. So kann das Schaltmodul in einem breiten Bereich von
Eingangsspannungen von etwa 2. . .15 V betrieben werden. Die Spannungsversorgungs-
Baugruppe 22 weist hierbei einen aus Widerständen R1, R2, R3 und R4 gebildeten
Spannungsteiler auf, wobei das Spannungsniveau jeder Stufe des Spannungsteilers mit
einem von drei Komparatoren U0, U1 und U2 verbunden ist. Diese Komparatoren U0,
U1, U2 vergleichen den jeweils heruntergeteilten Anteil mit dem festen Referenzniveau
Vref.
Beispielsweise kann die Referenzspannung, wie dargestellt, durch eine Stromquelle I1 und
eine Zenerdiode 30 geliefert werden. So bleibt Vref unabhängig von der Eingangs
spannung, bei gleichbleibend niedrigem Stromverbrauch.
Das jeweilige Ausgangssignal der Komparatoren U0, U1, U2 wird der Steuereinheit 28
zugeführt. Zusammengenommen liefern die drei digitalen Signale eine Information über
den Spannungspegel +Ub am Eingang 1. Sind beispielsweise die Komparatorsignale U0
und U1 gleich 0 (d. h. die einfach und auch die zweifach heruntergeteilte Versorgungs
spannung sind kleiner als die Referenzspannung), jedoch das dritte Komparatorsignal U2
noch gleich 1 (d. h. die dreifach heruntergeteilte Eingangsspannung ist noch größer als die
Referenzspannung), so liefert dies insgesamt für die Steuereinheit 28 die Information, dass
die Versorgungsspannung zwar schon stark abgesunken ist, jedoch noch oberhalb eines
Minimalpegels liegt.
In der nachfolgenden Tabelle wird beispielhaft angegeben, in welcher Weise die Signale
U0, U1, U2 zusammen angewendet werden können. Die Steuereinheit führt jeweils in
Abhängigkeit von dem gelieferten Wert die notwendige Aktion aus.
Das Schaltmodul ZPS ist als herkömmliche integrierte CMOS-Halbleiter-Schaltung
aufgebaut. Beim Design der Schaltung wird darauf geachtet, dass der Stromverbrauch
möglichst gering ist. Das hier als Beispiel vorgestellte CMOS-Modul ZPS arbeitet in einem
Eingangsspannungsbereich von 2 bis 5 V. Der durchschnittliche Stromverbrauch dieses
Ausführungsbeispiels liegt unter 2 mA, besonders bevorzugt bei weniger als 200 pA.
Die Eingänge 6 und 7 des Schaltmoduls ZPS sind Takt-Eingänge für den Uhr-Takt, hier
geliefert durch einen Oszillator, dessen aktive Elektronik in der Uhr 26 integriert ist und
der mit einem externen Quarz 32 verbunden ist. Die Uhr 26 ist ein 32-Bit Zählregister,
wobei bei jedem (durch einen nicht dargestellten Teiler heruntergeteilten) Taktsignal an
den Eingängen 6, 7 das Zählregister inkrementiert wird. Dieses Zählregister 26 ist mit der
Steuereinheit 28 verbunden, so dass es von dort ausgelesen werden kann. Der Zählerstand
kann durch Umrechnung in Jahr, Monat, Tag, Stunde, Minute und Sekunde übersetzt
werden.
Der Ausgang 8 des Schaltmoduls ZPS dient zur Ansteuerung des Netzteils. Die Steuerein
heit 28 steuert einen Ausgangstreiber U7 an, durch den ein weiter Bereich von Strömen
(1 mA bis 200 mA) zumindest jeweils kurzzeitig aus dem Ausgang 8 geliefert werden
können. Hierzu kann - je nach Einsatz des Schaltmoduls ZPS - ein Optokoppler eines
Netzteils, ein Relais oder ein direkter SMPS-Steuereingang zum Ein-/Ausschalten eines
Netzteils verwendet werden.
Ein Bustreiber-Baustein 34 ist mit dem Speicher 30 und mit der Steuereinheit 28 ver
bunden. Der Bustreiber-Baustein 34 wird über die Ein-/Ausgänge 9 und 10 angesteuert. Es
handelt sich um einen bekannten Bustreiber-Baustein für den I2C-Bus. Über den I2C-Bus
können nach dem Protokoll hierfür, das dem Fachmann bekannt ist, Daten von und zum
Speicher 30 bzw. von und zu der Steuereinheit 28 übertragen werden.
Das Schaltmodul ZPS weist die Signaleingänge 3, 4 und 5 auf. Eingang 3 ist hierbei ein
Taster-Eingang. An diesen Eingang kann direkt ein Ein/Aus-Taster angeschlossen werden.
Beim Betätigen des Tasters wird der hierdurch ausgelöste Spannungsimpuls durch einen
Komparator U3 mit der Referenzspannung Vref verglichen. Das Vergleichsergebnis wird
der Steuereinheit 28 zugeführt. Während in einer alternativen Ausführungsform dem
Taster-Eingang eine bistabile Kippstufe (Flip-Flop) nachgeschaltet ist, wird diese Funktion
in der vorliegenden Ausführungsform direkt von der Steuereinheit 28 übernommen.
Der Eingang 4 ist ein Nutzsignal-Eingang für das Nutzsignal des elektrischen Geräts, in
dem das Schaltmodul ZPS verwendet wird. Bei einem Fernseher kann es sich hierbei
beispielsweise um den SCART (A/V)-Eingang handeln, bei einem Computerbildschirm
um das VGA(Sync.)-Signal, bei einem Audioverstärker um ein Musiksignal, bei einem
Videorecorder um ein SCART-Signal, bei Telekommunikationsgeräten um ein Signal, das
einen Anruf signalisiert und bei Computerperipheriegeräten um ein Signal auf dem
jeweiligen Bus-Anschluss. Dieses Signal wird verstärkt und durch den Komparator U4 mit
der Spannung Vref verglichen, wobei wiederum die Steuereinheit 28 das Vergleichser
gebnis auswertet.
Der Eingang 5 ist ein Fernsteuer-Eingang, der für den direkten Anschluss einer Infrarot-
Empfängerdiode oder eines Infrarot-Empfangsmoduls ausgelegt ist. Eine Infrarot-
Empfängerdiode liefert ein Analogsignal von sehr niedrigem Pegel, das durch einen
Verstärker U5 (mit automatischer Verstärkungsregelung) verstärkt und von einem Filter
(nicht dargestellt) bandpassgefiltert wird. Der A/D-Wandler U6 wandelt das Signal dann
in ein digitales Signal um, das von der Steuereinheit 28 verarbeitet wird.
Infrarot-Empfangsmodule liefern direkt ein digitales Signal, so dass dann U5 und U6
entfallen können.
Das Signal am Eingang 5 wird der Steuereinheit 28 zugeführt. Diese ist in der Lage, die
empfangenen digitalen Infrarotsignale zu decodieren, d. h. Befehlssequenzen zuzuordnen.
In diesem Fall sind im Speicher 30 solche Sequenzen abgespeichert, die die Aufwach
prozedur auslösen sollen. Die Steuereinheit 28 vergleicht die empfangenen Sequenzen mit
den im Speicher 30 abgespeicherten Sequenzen. Bei ausreichender Übereinstimmung der
Sequenzen wird die Aufwachprozedur initiiert (siehe unten). Dabei werden diese und
weiter eintreffende Befehlssequenzen von der Steuereinheit 28 im Speicher 30 abgelegt, so
dass sie später - nach "Aufwachen" des Mikrocontrollers des Geräts - über den I2C-Bus
abgerufen werden können.
Das Schaltmodul ZPS weist weiterhin die Eingänge 11 bis 14 auf, die als Programmier-
Pins vorgesehen sind. Durch entsprechende Beschaltung der Pins können verschiedene, in
angesteuert werden. Dies kann alternativ zum I2C-Bus an den Eingängen 9 und 10
vorgesehen sein. So kann das Schaltmodul ZPS z. B. mit Steckerbrücken für bestimmte
Betriebsmodi programmiert werden. Insgesamt sind an den vier Programmier-Pins 11 bis
14 sechzehn verschiedene Binär-Kombinationen ansteuerbar, bei der Ausführung als
Tristate-Eingang sind 81 Kombinationen möglich.
Nachstehend sind in Form einer Tabelle Beispiele für solche Programmierungen (d. h.
Auswahl der Modi) ausgeführt:
So kann dasselbe Schaltmodul ZPS in verschiedene Geräte eingebaut werden, wobei je
nach Geräte die Programmier-Pins 11-14 entsprechend gesetzt werden (z. B., 1010 für den
Einbau in einen Computermonitor).
Die Steuereinheit 28 verknüpft die ihr zugeführten verschiedenen Signale in geeigneter
Weise, um bei einem definierten Aufwachereignis den Ausgang 8 zu aktivieren. Bei der
Steuereinheit 28 handelt es sich um eine programmierbare Logik. In einer alternativen
Ausführung (nicht dargestellt) handelt es sich bei der Steuereinheit um einen einfachen
Mikrokontroller, der den Oszillator der Uhr als Takt verwendet. Die Programmierung
erfolgt hierbei über das I2C Interface 34. Je nach Programmierung kann die Steuereinheit
26 die folgenden Funktionen ausführen:
- - Auslösen eines Aufwachereignisses bei entsprechendem Ausgangssignal der Elemente U3, U4 oder U6 (Signaleingänge)
- - Auslösen eines Aufwachereignisses bei Übereinstimmung des Werts für die Uhr 26 mit einem im Speicher 30 abgelegten Aufwachzeitpunkt (Schaltuhr- Funktion)
- - Auslösen eines Aufwachereignisses bei einem durch die Komparatoren U0, U1 und U2 gelieferten digitalen Wert, der die nahe Erschöpfung der Energieversorgung anzeigt (Ladezyklus).
Die Steuereinheit 28 betreibt hierbei ein intelligentes "Power Management", durch das in
einem jeweiligen Betriebszustand bzw. bei einer entsprechenden Programmierung jeweils
nicht benötigte Komponenten der Aufwachschaltung ZPS ausgeschaltet werden. Dies
betrifft beispielsweise den Ausgangstreiber U7, die den Signaleingängen 3, 4, 5 nachge
schaltete Elektronik oder das I2C Interface 34.
In einer alternativen Ausführung erfolgt die Abfrage der Eingänge 3, 4, 5 jeweils im Burst-
Modus mit voreingestellten Intervallen. Diese Intervalle sind von der Art des Eingangs
abhängig. Ein Taster sollte alle 10-500 ms abgefragt werden, bei einem Nutzsignaleingang
sind Abfrageintervalle von bis zu 5 s ohne deutliche Komforteinbußen möglich. Bevorzugt
werden Abfragen alle 100 ms für einen Taster und 1 s bei einem Nutzsignaleingang. So
müssen die jeweiligen Elemente, die, wie beispielsweise der Verstärker U5 maßgeblich zum
Gesamtenergieverbrauch beitragen, nicht ständig eingeschaltet sein, sondern werden
periodisch nur kurzzeitig aktiviert.
In Fig. 2 ist in einem Blockdiagramm ein elektrisches Gerät 40 dargestellt. Hierbei kann es
sich beispielsweise um einen Fernseher, einen Videorecorder oder ein anderes elektrisches
Gerät handeln. Das Gerät 40 weist ein Netzteil 42 zur Stromversorgung auf, das mit
Anschlüssen 44 an das Stromversorgungsnetz angeschlossen ist. Weiter weist das Gerät 40
eine Geräte-Steuereinheit 45 (beispielsweise die Mikrocontroller-Steuerung eines Fern
sehers) und Funktionseinheiten 46 auf (beispielsweise bei einem Fernseher die Bildröhre
und der Empfangsteil). Die Funktionseinheiten 46 und die Geräte-Steuereinheit werden
vom Netzteil 42 mit elektrischer Energie versorgt. Über einen Nutzsignaleingang 48
gelangt ein Nutzsignal (z. B. ein Videosignal am SCART-Eingang bei einem Fernseher) zu
den Funktionseinheiten 46.
Das Gerät 40 ist mit einem Schaltmodul ZPS ausgestattet. Es handelt sich um eine
separate Schaltung. Das Schaltmodul wird durch ein Energie-Pufferelement 50 mit
elektrischer Energie versorgt. Über den Ausgang 8 kann es das Netzteil 42 ein- und
ausschalten.
Das elektrische Gerät 40 weist als Beispiel für externe Eingabeelemente einen Ein-/Aus-
Taster 52 und eine Infrarot-Empfangsdiode 54 auf. Diese sind an Signaleingänge des
Schaltmoduls ZPS angeschlossen. Das Schaltmodul ZPS steht über einen I2C-Bus mit den
Funktionseinheiten 46 des Geräts in Kommunikationsverbindung.
Das elektrische Gerät 40 ist zwischen einem Betriebszustand und einem Ruhezustand um
schaltbar. Im Betriebszustand ist das Netzteil 42 eingeschaltet und versorgt die Funktions
einheiten 46 und die Geräte-Steuereinheit 45 mit elektrischer Energie. Gleichzeitig wird
auch das Pufferelement 40 mit elektrischer Energie versorgt, so dass sich dieser Energie
speicher auflädt. Im Betriebszustand des Geräts 40 sind die Funktionseinheiten 46 aktiv.
Beispielsweise bei einem Fernseher ist sowohl die Bildröhre als auch das Empfangsteil
eingeschaltet. Ein Nutzsignal (z. B. Antennensignal) 48 wird den Funktionseinheiten 46
zugeführt und dort entsprechend verarbeitet (z. B. erkannt, demoduliert, dargestellt, aufge
zeichnet etc.). Im Betriebsmodus ist das Gerät 40 über eine Infrarot-Fernsteuerung (nicht
dargestellt) fernsteuerbar. Die Signale der Infrarot-Fernsteuerung werden von der Infrarot-
Empfangsdiode 54 aufgefangen und über den entsprechenden Signaleingang an das Schalt
modul ZPS geleitet, das die entsprechenden Signale über den I2C-Bus an die hierfür
vorgesehene Funktionseinheit 46 weiterleitet. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass
für die Funktionseinheiten 46 ein separater Empfänger für Fernsteuer-Signale vorgesehen
ist, so dass die Signale nicht über das Schaltmodul ZPS geleitet werden müssen.
Das Gerät 40 kann aus dem Betriebszustand in einen Ruhezustand umgeschaltet werden.
Dies kann durch entsprechende äußere Befehlseingabe (z. B. Betätigung des "Aus"-Tasters
52 oder entsprechendes Fernsteuer-Kommando) bewirkt werden. Der Abschaltvorgang
kann jedoch auch von der Geräte-Steuereinheit 45 bewirkt werden, beispielsweise wenn
das Nutzsignal 48 für einen vorbestimmten Zeitraum ausfällt.
Beim Abschalten programmiert die Geräte-Steuereinheit 45 das Schaltmodul ZPS so, dass
die gewünschten Aufwachereignisse festgelegt werden. So kann beispielsweise ein in der
Zukunft liegender Aufwachzeitpunkt an das Schaltmodul ZPS übertragen werden, zu dem
dieses nach Art einer Schaltuhr die Aufwachprozedur initiieren soll. Auch bezüglich der
Signaleingänge des Schaltmoduls ZPS wird festgelegt, welche Ereignisse an den Signalein
gängen Aufwachereignisse sein sollen. Bezüglich der Fernsteuer-Signale werden solche
Befehlssequenzen an das Schaltmodul ZPS übertragen, die ein Aufwachen bewirken sollen.
Dann wird das Netzteil 42 (direkt durch die Geräte-Steuereinheit 45 oder durch das
Schaltmodul ZPS nach entsprechendem Befehl über den Kommunikationsanschluss I2C)
ausgeschaltet. Das elektrische Gerät 40 befindet sich nun im Ruhemodus, in dem lediglich
das durch das Pufferelement 50 gespeiste Schaltmodul ZPS noch aktiv ist. Die Funktions
einheiten 46 und die Geräte-Steuereinheit 45 sind vollständig ausgeschaltet, vom Netzteil
42 wird keine weitere Spannung geliefert. Am Netzanschluss 44 wird - im Idealfall auch
durch das Netzteil - keine weitere elektrische Leistung entnommen. Wie später noch
genauer erläutert wird, können aber auch bei ausgeschalteten Schaltnetzteilen noch Rest
verluste auftreten.
Das Schaltmodul ZPS überwacht nun während des Ruhezustands die Signaleingänge und
die Uhr auf mögliche Aufwachereignisse. Aufwachereignisse können hierbei u. a. die
folgenden sein:
- - Betätigen des "Ein"-Tasters 52
- - Auftreten eines Nutzsignals 48
- - Empfang einer Fernsteuer-Befehlsequenz, die in ausreichender Weise mit den gespeicherten "Aufwach"-Sequenzen übereinstimmt
- - Erreichen des Aufwachzeitpunkts (Übereinstimmung des voreingestellten Zeitpunkts mit dem Stand der internen Uhr)
- - Abfall der Versorgungsspannung am Pufferelement 50 unter einen definierten Minimalwert.
Je nach Anwendungsfall, insbesondere abhängig vom Typ des betrachteten elektrischen
Geräts 40, können hierbei nur wenige oder auch nur eine einzige der obengenannten
Funktionen zum Tragen kommen. Für weitere Anwendungen können auch je nach Bedarf
weitere Aufwachereignisse definiert werden und hierfür weitere Eingänge vorgesehen
werden.
Stellt das Schaltmodul ZPS im Ruhemodus ein Aufwachereignis fest, so steuert es über den
Ausgang 8 das Netzteil 42 so an, dass dieses wieder eingeschaltet wird. Damit wird das
elektrische Gerät 40 in den Betriebszustand versetzt, in dem die Funktionseinheiten 46
und die Geräte-Steuereinheit 45 vom Netzteil 42 mit Strom versorgt wird. Gleichzeitig
wird auch das Pufferelement 50 wieder mit Energie aufgeladen.
In dem Fall, dass die Aufwachprozedur lediglich initiiert wurde um das Pufferelement 50
wieder aufzuladen, kann eine entsprechende Einschaltmaskierung verwendet werden, so
dass die Funktionseinheit 46 und die Geräte-Steuereinheit 45 nicht eingeschaltet werden,
sondern das Netzteil 42 lediglich das Pufferelement 50 mit Energie versorgt, bis dieses
wieder ausreichend aufgeladen ist. Derartige Ladezyklen können entweder zeitgesteuert
ablaufen (wobei jeweils beim Ausschalten eine Zeitspanne vorbestimmt wird, nach der ein
weiterer Ladezyklus zu erfolgen hat) oder es kann die vom Pufferelement 50 gelieferte
Spannung überwacht werden, so dass rechtzeitig vor Erschöpfung des Pufferelements 50
ein Ladezyklus aktiviert wird. Die im Zusammenhang mit der Aufwachschaltung ZPS
erläuterte Spannungsversorgungs-Baugruppe 22 liefert ein entsprechendes Signal, das für
diesen Zweck ausgewertet werden kann.
Wird die Aufwachprozedur aufgrund einer empfangenen Fernsteuer-Befehlsequenz
initiiert, so liest die "aufwachende" Geräte-Steuereinheit 45 nach der Startverzögerung die
empfangenen und in dem Schaltmodul ZPS zwischengespeicherten Fernsteuerkommandos
aus und verarbeitet diese dann. So ist gewährleistet, dass auch die Signale, die erst das
Aufwachen ausgelöst haben, von dem in den Betriebszustand umgeschalteten Gerät
ausgeführt werden.
In Fig. 3 ist eine erste Ausführungsform eines elektrischen Geräts mit einer Aufwach
schaltung in einem schematischen Diagramm dargestellt. Diese Ausführung ist besonders
geeignet für Netzteile kleiner Leistung (bis ca. 25 W). Das elektrische Gerät 40 weist
wiederum Funktionseinheiten 46 und eine Geräte-Steuereinheit 45 mit einem Mikro
controller auf. Auf der Frontseite 56 des Geräts sind ein Taster 52 und eine Infrarot-
Empfangsdiode 54 angeordnet. Ein Nutzsignal-Eingang 48 ist mit den Funktionseinheiten
46 und dem Schaltmodul ZPS verbunden. Ein 1000 µF Elektrolyt-Kondensator 58 dient
als Energie-Pufferelement. Das elektrische Gerät 40 weist ein SMPS-Netzteil 42 (Standard
Switch Power Supply, Schaltnetzteil) auf. Dies ist primärseitig über einen Netzfilter 60
und eine Sicherung 62 mit dem Netzanschluss 44 verbunden. Beim Netzteil 42 sind die
Primär- und Sekundärseite der Norm entsprechend ausreichend getrennt. Die ent
sprechende Isolation ist durch die dicke Linie 64 angezeigt. Das SMPS-Netzteil 42 kann
über einen Optokoppler 66 ein- bzw. ausgeschaltet werden. Ausreichende Isolation ist
durch die optische Kopplung hierbei gewährleistet.
Die LED des Optokopplers 66 ist an den Ausgang 8 des Schaltmoduls ZPS angeschlossen.
Hierüber schaltet das Schaltmodul ZPS das Netzteil 42 ein und aus. Schaltnetzteile weisen
häufig integrierte Bausteine auf, mit denen der Betrieb des Netzteils (Erzeugung einer
internen Wechselspannung) gesteuert wird. Einige dieser heute erhältlichen Bausteine
weisen einen Anschluss für einen elektronischen Schalter auf. In anderen kann ein solcher
Schalter mit geringem Aufwand hinzugefügt werden. Der Schalter sorgt hierbei dafür, dass
die gesteuerten Halbleiter-Schalter, die aus der Eingangsspannung die interne Wechsel
spannung hoher Frequenz erzeugen, ausgeschaltet bleiben. Hierbei ist allerdings die Ein
gangsstufe auch bei ausgeschaltetem Netzteil unter Spannung, so dass ein - wenn auch
geringer - Restverbrauch verbleibt.
Sekundärseitig speist das Netzteil 42 die Funktionseinheiten 46 des Geräts 40. Ein
sekundärseitiger Ausgang 68 des Netzteils 42 speist hierbei die Geräte-Steuereinheit 45 mit
einem darin enthaltenen Mikrocontroller. Über diesen Ausgang wird, wenn das Netzteil
42 eingeschaltet ist, auch - über eine Diode - das Kondensator-Pufferelement 58 geladen,
das als Spannungsversorgung für das Schaltmodul ZPS dient. Das Schaltmodul ZPS ist
über die Ausgänge 9 und 10 (I2C-Bus) mit der Geräte-Steuereinheit 45 verbunden. Über
diese Verbindung kann das Verhalten des Schaltmoduls ZPS von der Geräte-Steuereinheit
45 programmiert werden und auch Signale - beispielsweise Fernsteuer-Codes vom Eingang
5 - an die Geräte-Steuereinheit 45 übermittelt werden.
Bei dieser ersten Ausführungsform ist das Pufferelement als Standard-Kondensator ausge
führt. Bei einem Kapazitätswert des Kondensators von 1000 µF kann die notwendige Ver
sorgungsspannung für das Schaltmodul ZPS von 2 bis 5 V bei einem Strom von 10 µA für
etwa fünf Minuten gewährleistet werden. Das Nachladen geschieht jedoch sehr schnell.
Der Kondensator kann in weniger als einer Sekunde vollständig geladen werden. Bei dieser
ersten Ausführungsform ist daher eine Steuerung des Nachladezyklus über die Über
wachung der Versorgungsspannung vorgesehen. Über den Optokoppler 66 kann das
Netzteil 42 ohne störendes Geräusch eingeschaltet werden. Auch das übrige Design des
Netzteils ist darauf ausgelegt, dass der Einschaltvorgang keine deutlich wahrnehmbaren
oder zumindest keine störenden Geräusche erzeugt, so dass die periodischen Ladezyklen
nicht unangenehm auffallen. Bei einem solchen Ladezyklus, ausgelöst durch eine durch die
Spannungsversorgungs-Baugruppe detektierte Unterschreitung eines Schwellenwerts der
Eingangsspannung, aktiviert das Schaltmodul ZPS das Netzteil 42, so dass über den
Anschluss 68 das Pufferelement 58 aufgeladen wird. Gleichzeitig wird über die Anschlüsse
9 und 10 ein Signal bzw. ein Befehl, der eine Einschaltmaskierung aktiviert, an die Geräte-
Steuereinheit 45 gesendet, so dass bei dieser kurzfristigen Aktivierung des Netzteils 42 die
Geräte-Steuereinheit 45 nicht vollständig und die Funktionseinheit 46 überhaupt nicht
eingeschaltet werden. Nimmt man bei fünfminütigen Ladezyklen von jeweils einer
Sekunde einen Verbrauch von 5 W an, beträgt die mittlere Leistungsaufnahme im Ruhe
modus insgesamt 0,017 W.
Alternativ kann auch für die Einschaltmaskierung eine Lösung gewählt werden, bei der das
Einschalten des Netzteils nicht automatisch zum Einschalten der Geräte-Steuereinheit 45
(und der Funktionseinheit 46) führt, sondern dass hierzu erst ein spezieller "Aufwach
befehl", z. B. über Kommunikationsanschlüsse 9, 10 nötig ist.
Alternativ kann auch ein Hochkapazitäts-Kondensator ("Super Cap", "Gold Cap") ver
wendet werden mit einer Kapazität von beispielsweise 0,1 F bei einer Maximalspannung
von 5,5 V. Wenn das Schaltmodul ZPS einen Strom 10 µA bei einer Spannung von 2 bis
5 V benötigt, ist ein Ladezyklus etwa alle 8 Stunden notwendig. Nimmt man hier ein
etwas größeres Netzteil mit 10 W Verbrauch und einer Ladezeit von 10 s an, erhält man
eine durchschnittliche Leistungsaufnahme von 0,034 W.
In einem konkreten Anwendungsfall wird man je nach Art des elektrischen Geräts - und je
nach Art des Netzteils - entscheiden, welches der genannten Elemente als Energie-Puffer
element und welche der bekannten Ladestrategien Verwendung finden. Alle hier genann
ten Arten von Puffer-Elementen können auch jeweils in Kombination verwendet werden.
Als alternative Lösung kann auch eine Stromversorgung über eine mit einem Super Cap
gepufferte Solarzelle vorgesehen sein. Auch hier sind allerdings Ladezyklen notwendig,
wenn die Funktion des Geräts auch in dunkler Umgebung gewährleistet sein soll.
In Fig. 4 ist eine alternative Ausführungsform eines elektrischen Geräts 40 dargestellt.
Diese stimmt bezüglich der meisten Komponenten mit der ersten Ausführungsform
überein, so dass das dort Gesagte hier ebenfalls gilt. Im Unterschied zur ersten Aus
führungsform wird das Netzteil 42 aber nicht über einen Optokoppler vom Schaltmodul
ZPS ein- bzw. ausgeschaltet. Sondern direkt hinter dem Netzanschluss 44 ist ein bistabiles
Relais 70 vorgesehen, das vom Schaltmodul ZPS über den Ausgang 8 angesteuert wird und
die Versorgungsspannung vom Netzteil 42 abschaltet. In dieser Ausführungsform kann
daher das Netzteil 42 sehr einfach aufgebaut sein und muss nicht steuerbar sein. Es kann
sich hierbei um einen einfachen 50 Hz-Transformator, ggf. mit nachgeschalteter
Elektronik für Gleichrichtung und Glättung der Versorgungsspannung handeln. Diese
Ausführungsform eignet sich auch für Schaltnetzteile hoher Leistung (< 100 W). Wie
bereits erläutert verbleibt beim "Abschalten" eines Schaltnetzteils ein Restverbrauch in der
Eingangsstufe (Filter etc.). Diese Verluste können bei einem Netzteil hoher Leistung so
groß sein, dass man sich in diesem Fall für die vollständige Trennung vom Stromver
sorgungsnetz - hier durch ein Relais 70 - entscheiden wird.
Ein weiterer Unterschied zur ersten Ausführungsform liegt in der Ausführung des Puffer
elements. Hier ist ein Akkumulator 72 vorgesehen, der über eine Ladeschaltung 74 geladen
wird. Dieser zusätzliche Unterschied gegenüber der ersten Ausführungsform ist unab
hängig von der Steuerung des Netzteils 42 über das Relais 70 oder den Optokoppler 66.
Die Ausführungsformen dienen auch hierbei nur jeweils als Beispiele für entsprechende
mögliche Kombinationen, wobei in einer konkreten Realisierung jeweils zu entscheiden
sein wird, welche Art der Netzteilsteuerung und welche Art der Energieversorgung für das
Schaltmodul ZPS gewählt wird.
Der bei der zweiten Ausführungsform verwendete Akkumulator 72 hat eine ausreichend
große Kapazität, so dass ein Ruhebetrieb von deutlich länger als einem Tag möglich ist.
Bevorzugt wird eine Kapazität von 100 mAh. Hierdurch ist ein Betrieb von sechs Wochen
bei einem Stromverbrauch von 100 µA gewährleistet. Die Ladezeit für ein solches Element
ist allerdings sehr lang und beträgt ca. 5 Stunden. Alternativ ist auch eine Schnellladung in
weniger als einer Stunde möglich, erfordert jedoch zusätzlichen Schaltungsaufwand.
Aufgrund der sehr langen Zykluszeit von sechs Wochen wird allerdings in der Regel
gewährleistet sein, dass der im normalen Betrieb des elektrischen Geräts 40 erfolgende
Ladevorgang ausreichend ist.
Sollte dennoch das Gerät für eine sehr lange Zeit im Ruhemodus verbleiben, sorgt in dieser
Ausführungsform eine Zeitsteuerung der Ladezyklen für die Gewährleistung der Ver
sorgungsspannung. Bei jedem Ausschalten wird das Schaltmodul ZPS vom Mikro
controller der Geräte-Steuereinheit 45 so programmiert, dass nach einer sicher zu gewähr
leistenden Betriebszeit (z. B. 5 Wochen) zeitgesteuert ein Ladezyklus ausgelöst wird, wenn
zwischenzeitlich das Gerät nicht aktiviert wurde.
In Fig. 5 ist eine dritte Ausführungsform eines elektrischen Geräts 40 dargestellt. Im
Unterschied zu den beiden ersten Ausführungsformen ist hier kein Pufferelement für die
Stromversorgung des Schaltmoduls ZPS vorgesehen, sondern das Schaltmodul ZPS wird
durch eine Stromversorgungsschaltung 76 direkt aus dem Stromversorgungsnetz mit
elektrischer Energie versorgt. Die Stromversorgungsschaltung 76 ist am Netzfilter 60
angeschlossen. Sie beinhaltet einen Vorwiderstand im MΩ-Bereich und eine Gleichrichter
schaltung. Setzt man als Ziel einen Energieverbrauch < 0,05 W, so können bei Auslegung
für den weltweiten Betrieb (world wide mains, 85 V bis 240 V) bis zu ca. 50 µA mit einem
solchen Vorwiderstand entnommen werden. Wird die Schaltung für ein enger spezifiziertes
Spannungsversorgungsnetz (z. B. 200 V bis 240 V) ausgelegt, können höhere Ströme von
über 100 µA entnommen werden. Noch höhere Ströme im Bereich von einigen mA
können entnommen werden, wenn anstelle des Widerstands ein Kondensator verwendet
wird.
Bei der dritten Ausführungsform nach Fig. 5 ist das Schaltmodul ZPS nicht entsprechend
der Norm ausreichend von der Primärseite isoliert, wie anhand des Verlaufs der die
Isolation anzeigenden Linie 64 deutlich wird. Um weiterhin die normgemäß geforderte
Isolation zu gewährleisten, müssen daher die Anschlüsse 9 und 10 mit Hilfe von Opto
kopplern 78, 80 an die Gerät-Steuereinheit 45 angeschlossen werden.
Bei einer alternativen Ausführungsform, die nicht separat dargestellt ist, entfallen die
Optokoppler 78 und 80 in Fig. 5. Hier findet keine Kommunikation zwischen der Geräte-
Steuereinheit 45 und dem Schaltmodul ZPS statt. Das Schaltmodul ZPS ist fest - z. B. über
die oben erläuterten Programmier-Pins - auf bestimmte Funktionen programmiert. Bei
einer solchen Ausführungsform handelt es sich um eine recht starre Lösung, die aber
Kostenvorteile vor allem dadurch bieten kann, dass kaum Eingriffe bzw. Modifikationen
an dem elektrischen Gerät 40 notwendig sind. So kann die Aufwachschaltung ZPS in
bestehende Gerätdesigns sehr einfach integriert werden.
In Fig. 6 ist eine zweite Ausführungsform eines Schaltmoduls ZPS dargestellt. Diese
Ausführungsform weist lediglich 8 Anschlüsse auf, so dass sie als integrierte CMOS-
Schaltung in Standard-Dip-Gehäuse mit 8 Anschlüssen untergebracht werden kann.
Im Unterschied zur ersten Ausführungsform nach Fig. 1 weist die zweite Ausführungsform
des Schaltmoduls ZPS nur einen Signaleingang 3 auf. Dieser Signaleingang 3 kann, wie in
Fig. 6 dargestellt, als Kombinationseingang für Analogsignale, Fernsteuersignale und
Tastersignale verwendet werden. Hierbei sind eine Infrarot-Empfängerdiode 54, ein Taster
52 und eine Analog-Eingangsschaltung 55 am Eingang 3 parallel zueinander gegen Masse
geschaltet. Intern sind hinter dem Eingang 3 mit den Bausteinen U5A und U8A sowohl
Auswertemittel für Fernsteuersignale als auch mit dem Komparator U3A eine
Auswertemöglichkeit für ein Tastersignal vorgesehen. Der Verstärker U5A verstärkt das
Signal der IR Diode (54) und versorgt diese mit einem kleinen Ruhestrom (so entsteht
eine hochohmige Verbindung nach +Ub). Die Auslegung dieses Ruhestroms ist hierbei so
gewählt, dass die Spannung bei geöffnetem Taster immer oberhalb der Schaltschwelle von
U3A bleibt. Eventuell ist hierfür eine automatische Ruhestromeinstellung erforderlich.
Wird der Taster (52) betätigt, sinkt die Spannung auf 0 V, so dass der Komparator U3A
den Zustand wechselt. Aufgrund der somit unterschiedlichen Signale beim Empfang von
Fernsteuer-Kommandos durch die Infrarot-Diode 54 einerseits und beim Betätigen des
Tasters 52 andererseits kann die Steuereinheit 28 erkennen, welcher Kategorie ein Signal
am Eingang 3 zuzuordnen ist.
Die Schaltung 55 ermöglicht den Anschluss weiterer Signale an einem Anschluss 53, wobei
sie lediglich eine grobe Überwachung ausführt, ob ein Signal vorhanden ist, oder nicht.
Das Signal steuert über R5 den Transistor Q1 an, der den Eingang 3 ähnlich wie der
Taster auf 0 V schaltet. Hierbei ergibt sich das Problem, dass im Betrieb des Geräts ständig
ein Eingangssignal am Anschluss 53 anliegen wird, so dass über die Schaltung 55 der
Eingang 3 ständig auf Masse liegt. Dann könnten keine weiteren Eingaben - Taster,
Fernsteuersignale, etc. - mehr erkannt werden. Damit das Gerät nach dem Einschalten
Befehle erkennen kann, wird die Schaltung mit Q2 und R9 bei Signal an 6 deaktiviert. Im
Rahmen dieser Ausführungsform wird bei der Ansteuerung des Netzteils von Ausgang 6
davon ausgegangen, dass ein konstantes Ausgangssignal am Ausgang 6 anliegt, solange des
Netzteil eingeschaltet ist. Dieses Ausgangssignal schaltet Q2 ein, wodurch das Signal S3 an
Q1 kurzgeschlossen wird, so dass die Schaltung 55 im Betrieb deaktiviert ist. Falls eine
Burst-Ansteuerung des Netzteils gewünscht wird, kann die Deaktivierung durch einen
separaten Ausgang oder einige zusätzliche diskrete Bauteile realisiert werden.
In Fig. 7 ist eine sehr einfache Verwendung eines ZPS-Schaltmoduls dargestellt. Das
Schaltmodul ZPS dient in diesem Fall zum Ersatz des bisher in elektrischen Geräten häufig
verwendeten Netzschalters, der mechanisch das Netzteil von der Stromversorgung ab
schaltet. Dieser relativ teure Schalter kann durch die Kombination eines Tasters 52, der an
das Schaltmodul ZPS angeschlossen ist und einer wie in den Fig. 3 und 4 dargestellten
gesteuerten Stromversorgung realisiert werden.
Das Schaltmodul ZPS in dieser einfachen Form enthält nur eine Spannungsvorsorgungs-
Baugruppe 22 mit lediglich zwei Komparatoren, eine Steuereinheit 28 und einen Treiber
U7A für die Ansteuerung der Stromversorgung (nicht dargestellt). Als Pufferelement ist
eine auswechselbare (AlkMn) Batterie V1 vorgesehen. Hiermit kann die Schaltung bis zu
sieben Jahre betrieben werden. Eine Datenverbindung mit dem elektronischen Gerät ist in
diesem Fall nicht vorgesehen und auch nicht erforderlich. Eine derartige Minimallösung
kann ohne oder mit nur minimalen Änderungen in bekannte Geräte eingesetzt werden.
In Fig. 8 ist eine vierte Ausführungsform eines elektrischen Geräts 40 dargestellt. Das
Gerät 40 mit seinen Funktionseinheiten 46, dem Eingang 48, der Gerätesteuereinheit 45
und der Vorderseite 56 mit den darauf befindlichen Bedienelementen ist wie in den Fig. 1
bis 4 aufgebaut. Im Unterschied zu diesen enthält das Gerät 40 jedoch eine Netzteil-
Baugruppe 82, in der die Funktionalitäten eines Netzteils und eines ZPS-Schaltmoduls
zusammen integriert sind. Die Netzteil-Baugruppe 82 hat als Ausgänge die Spannungs
versorgungs-Ausgänge 84 für die Funktionseinheiten 46. Ferner ist ein Puffer-Ausgang 86
vorgesehen. Kommunikationsanschlüsse 88 dienen zur bidirektionalen Kommunikation
zwischen dem Schaltmodul ZPS und der Geräte-Steuereinheit 45. Die Netzteil-Baugruppe
82 weist ferner einen Eingang 90 für ein Nutzsignal auf, der mit den Signaleingängen 48
des Geräts 40 verbunden ist.
Die Netzteil-Baugruppe 82 weist ein SMPS-Netzteil 42 mit Optokopplern 66 zur Ein-
/Ausschaltung auf. Primärseitig ist das Netzteil 42 über einen Filter 60 mit einem Netz
anschluss 44 verbunden. Eine Gerätesicherung 62 ist ebenfalls vorgesehen. Als Puffer
element für die Energieversorgung des Schaltmoduls ZPS ist ein Super Cap 92 vorgesehen,
der bei eingeschalteten Netzteil 42 über die Ausgänge 84 und eine Diode geladen wird.
Die Netzteil-Baugruppe 82 weist einen Taster 52 und eine Infrarot-Empfangsdiode 54 auf.
Diese Elemente sind an der Vorderseite des Geräts 40 positioniert. Hierfür muss entweder
die Netzteil-Baugruppe 82 innerhalb des Geräts 40 so angebracht werden, dass die
Elemente 52 und 54 von der Vorderseite her zugänglich sind, oder diese Elemente müssen
separat an der Vorderseite vorgesehen werden und an entsprechende Anschlüsse der Netz-
Baugruppe 82 angeschlossen sein. Von der Funktion her stimmt die Ausführungsform
nach Fig. 8 mit der ersten Ausführungsform eines elektrischen Geräts nach Fig. 3 überein,
so dass das dort gesagte auch hier gilt. Lediglich von der Anordnung der Elemente her ist
die Baugruppe ZPS bereits Bestandteil der Netz-Baugruppe 82. So können das Netzteil 42
und seine Ansteuerung (hier, als Beispiel, der Optokoppler 66) und das Schaltmodul ZPS
bestmöglich aufeinander abgestimmt werden.
Alle vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiele sind als beispielhafte Kombination der
jeweils verwendeten Elemente anzusehen, wobei auch jeweils andere Kombinationen der
Einzelelemente (z. B. Schaltung durch Relais/Schaltung durch Optokoppler, Pufferung
durch Batterie/Kondensator/Super Cap/Akkumulator usw.) möglich sind.
Andere Erweiterungen der Erfindung bzw. der vorstehend genannten Ausführungsformen
sind die folgenden:
- - Statt der Kombination eines Netzteils 42 mit einem Schaltmodul ZPS zu einer Netzteil-Baugruppe 82, wie in Fig. 8 beschrieben, kann auch ein für die Steuerung eines elektrischen Gerätes vorgesehener Mikrocontroller (Geräte- Steuereinheit 45) - beispielsweise durch Integration von Hardware ent sprechender Funktion innerhalb des Mikrocontrollers bzw. durch Integration der beiden Funktionsteile in eine gemeinsames Gehäuse - mit den Funktionen als Schaltmodul ZPS versehen werden. In diesem Fall ist die "Aufwach schaltung" nicht mehr notwendig eine separate Baugruppe eines elektrischen Geräts.
- - In den vorgenannten Ausführungsbeispielen wurde jeweils eine Infrarot-Diode direkt an einen Signaleingang des Schaltmoduls ZPS angeschlossen. Statt einer solchen Diode kann auch ein fertiges Infrarot-Empfängermodul verwendet werden, das bereits eine Vorverarbeitung der empfangenen Signale durchführt und vorzugsweise ein digitales Signal liefert.
- - Eine als Empfänger für Fernsteuer-Signale geschaltete Infrarot-Diode benötigt einen Verstärker und eine Stromversorgung für Bias-Strom. Alternativ kann eine solche Diode aber auch in einer photovoltaiischen Betriebsart betrieben werden. In einer solchen Betriebsart wird die Diode nicht wie ein veränderlicher Widerstand verwendet, sondern beim Auftreffen von infrarotem Licht wird hierdurch an der Diode eine (geringe) Spannung erzeugt. Um im Leerlauf einen besonders niedrigen Stromverbrauch zu erzielen, könnte die Diode so geschaltet sein, dass sie im Leerlauf (d. h. wenn keine Signale vorhanden sind) zunächst im photovoltaiischen Betriebszustand beschaltet ist. Erst wenn die durch ein Signal auftretende Spannung detektiert wird, wird die Diode in den für Empfangs schaltungen üblichen, empfindlicheren photoresistiven Modus umgeschaltet und als herkömmliche IR-Empfängerdiode eingesetzt, so dass die Signale empfangen und verarbeitet werden können.
- - Insbesondere bei der dritten Ausführungsform (Fig. 5) ist der Kommuni kationsanschluss 9, 10 mit dem bidirektionalen Optokoppler 78, 80 eine relativ aufwendige Lösung. Alternativ hierzu kann auch ein lediglich unidirektionales Interface vorgesehen sein, mit dem nur vom Schaltmodul ZPS zur Geräte- Steuereinheit 45 Daten übertragen werden können. Bei dieser kostensparenden Lösung wird das Schaltmodul ZPS bei Aktivierung durch den Fernsteuer eingang 5 nach einer ausreichend bemessenen Einschaltverzögerung (zum Starten der Geräte-Steuereinheit 45) die empfangenen Fernsteuer-Codes über das unidirektionale Interface verschicken. Alle danach empfangenen Fern steuersignale werden im weiteren Betrieb direkt über das unidirektionale Interface versendet. Diese Lösung lässt sich auch gut mit der Ausführungsform nach Fig. 8 (Schaltmodul ZPS integriert in Netzteilbaugruppe 82) kombi nieren. Als weitere Alternative kann für das Interface auch der in vielen SMPS ohnehin vorhandene Optokoppler genutzt werden.
- - Die Zeitschaltuhr-Funktion kann verwendet werden, um auch solche Geräte in den Ruhezustand zu versetzen, die zu bestimmten, festgelegten Zeiten einge schaltet werden müssen. Beispielsweise Set-Top-Boxen, die zu vorbestimmten Zeiten Programminformationen erhalten oder Videorecorder, deren Timer nach Art des VPS-Systems gesteuert sind, können so ebenfalls in einen Ruhezustand versetzt werden, in dem das entsprechende Netzteil ausgeschaltet ist.
- - Die Fernsteuer-Funktionalität wurde hier am Beispiel der gängigen Infrarot- Fernsteuerung erläutert. Der Fachmann kann dies problemlos auch auf andere Formen der Fernsteuerung (z. B. Funk, Ultraschall, etc.) übertragen, wobei er je nach gewählter Signalart die jeweiligen Besonderheiten und Erfordernisse (Signalform, Detektion, Empfang, Verarbeitung, En- und Decodierung, etc.) beachten wird.
Claims (25)
1. Aufwachschaltung für ein elektrisches Gerät (40) mit
einem oder mehreren Signaleingängen (3, 4, 5) und
einer Steuereinheit (28) und
einem Steuerausgang (8) zur Steuerung eines Netzteils (42),
bei der die Steuereinheit (28) beim Auftreten eines vordefinierten Aufwachereignisses an dem Signaleingang (3, 4, 5) eine Aufwachprozedur einleitet,
bei der am Steuerausgang (8) ein Signal zum Einschalten eines Netzteils (42) erzeugt wird.
einem oder mehreren Signaleingängen (3, 4, 5) und
einer Steuereinheit (28) und
einem Steuerausgang (8) zur Steuerung eines Netzteils (42),
bei der die Steuereinheit (28) beim Auftreten eines vordefinierten Aufwachereignisses an dem Signaleingang (3, 4, 5) eine Aufwachprozedur einleitet,
bei der am Steuerausgang (8) ein Signal zum Einschalten eines Netzteils (42) erzeugt wird.
2. Aufwachschaltung nach Anspruch 1, bei der einer der Signaleingänge ein Nutzsignal-
Eingang (4) für ein Nutzsignal eines elektrischen Geräts (40) ist.
3. Aufwachschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der einer der
Signaleingänge ein Taster-Eingang (3) für den Anschluss eines Tasters ist.
4. Aufwachschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der einer der
Signaleingänge ein Fernsteuereingang (5) für die Signale einer drahtlosen Fernsteuerung
ist.
5. Aufwachschaltung nach Anspruch 4, bei der der Signaleingang (5) zum Anschluss eines
Infrarot-Sensorelements (54) geeignet ist, um die Signale einer Infrarot-Fernsteuerung zu
empfangen.
6. Aufwachschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der einer der
Signaleingänge ein digitaler Dateneingang ist, der an beliebige digitale Schnittstellen, wie
beispielsweise Computernetzwerke anschließbar ist.
7. Aufwachschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der ein Speicher (30)
vorgesehen ist.
8. Aufwachschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der eine Uhr (26)
vorgesehen ist.
9. Aufwachschaltung nach Anspruch 8, bei der
die Steuereinheit (28) eine Zeitschalt-Funktion realisiert,
bei der ein Aufwachzeitpunkt voreingestellt ist,
und bei dem Erreichen des Aufwachzeitpunktes die Aufwachprozedur eingeleitet wird.
die Steuereinheit (28) eine Zeitschalt-Funktion realisiert,
bei der ein Aufwachzeitpunkt voreingestellt ist,
und bei dem Erreichen des Aufwachzeitpunktes die Aufwachprozedur eingeleitet wird.
10. Aufwachschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der ein oder
mehrere Takt-Eingänge (6, 7) vorgesehen sind.
11. Aufwachschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der ein oder
mehrere Kommunikationsanschlüsse (9, 10) zum Versenden und/oder Empfangen von
Daten von/zu der Steuereinheit (28) und/oder dem Speicher (30) vorgesehen sind.
12. Aufwachschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Schaltung
(ZPS) als ein einziger integrierter Baustein aufgebaut ist.
13. Aufwachschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Steuereinheit
(28) die am Fernsteuer-Eingang (5) eintreffenden Signale über einen
Kommunikationsanschluss (9, 10) weiterleitet.
14. Aufwachschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der
Kein Speicher Fernsteuer-Aufwachsignale speichert,
wobei die Steuereinheit (28) am Fernsteuereingang (5) eintreffende Signale mit den gespeicherten Aufwachsignalen vergleicht
und bei Übereinstimmung die Aufwachprozedur einleitet.
Kein Speicher Fernsteuer-Aufwachsignale speichert,
wobei die Steuereinheit (28) am Fernsteuereingang (5) eintreffende Signale mit den gespeicherten Aufwachsignalen vergleicht
und bei Übereinstimmung die Aufwachprozedur einleitet.
15. Elektrisches Gerät mit
einer oder mehreren Funktionseinheiten (46)
und einem Netzteil (42) zum Anschluss an eine Stromversorgung (44) und zur Speisung der Funktionseinheiten (46) mit elektrischer Energie,
dadurch gekennzeichnet,
dass
das Gerät (40) in einen Ruhezustand schaltbar ist,
in dem das Netzteil (42) abgeschaltet ist,
wobei eine Aufwachschaltung (ZPS) aktiv bleibt,
die beim Eintritt eines Aufwachereignisses das Netzteil (42) des Geräts (40) einschaltet.
einer oder mehreren Funktionseinheiten (46)
und einem Netzteil (42) zum Anschluss an eine Stromversorgung (44) und zur Speisung der Funktionseinheiten (46) mit elektrischer Energie,
dadurch gekennzeichnet,
dass
das Gerät (40) in einen Ruhezustand schaltbar ist,
in dem das Netzteil (42) abgeschaltet ist,
wobei eine Aufwachschaltung (ZPS) aktiv bleibt,
die beim Eintritt eines Aufwachereignisses das Netzteil (42) des Geräts (40) einschaltet.
16. Elektrisches Gerät nach Anspruch 15 mit einer Aufwachschaltung (ZPS) nach einem
der Ansprüche 1-14.
17. Elektrisches Gerät nach einem der Ansprüche 15 oder 16, bei dem
reine Stromversorgungsschaltung (66) zur Versorgung der Aufwachschaltung (ZPS) mit elektrischer Energie vorgesehen ist,
wobei die Stromversorgungsschaltung elektrische Energie direkt aus dem Stromversorgungsnetz entnimmt.
reine Stromversorgungsschaltung (66) zur Versorgung der Aufwachschaltung (ZPS) mit elektrischer Energie vorgesehen ist,
wobei die Stromversorgungsschaltung elektrische Energie direkt aus dem Stromversorgungsnetz entnimmt.
18. Elektrisches Gerät nach einem der Ansprüche 15 oder 17, bei dem ein Energiespeicher
(50) zur Versorgung der Aufwachschaltung (ZPS) mit elektrischer Energie vorgesehen ist.
19. Elektrisches Gerät nach Anspruch 18, bei dem
der Energiespeicher ein wiederaufladbares Element (58, 72) ist,
wobei bei eingeschaltetem Netzteil (42) der Energiespeicher aufgeladen wird.
der Energiespeicher ein wiederaufladbares Element (58, 72) ist,
wobei bei eingeschaltetem Netzteil (42) der Energiespeicher aufgeladen wird.
20. Elektrisches Gerät nach Anspruch 19, bei dem
beim Umschalten des Geräts (40) in den Ruhezustand die Steuereinheit (28) der Aufwachschaltung (ZPS) so programmiert wird,
dass sie das Gerät (40) nach einer vorbestimmten Zeitspanne wieder in den Betriebszustand versetzt, so dass der Energiespeicher (58, 72) wieder aufgeladen wird,
wobei die Zeitspanne so bemessen ist, dass das wiederaufladbare Element (58, 72) für diese Zeitspanne ausreichend elektrische Energie für den Betrieb der Aufwachschaltung (ZPS) liefert.
beim Umschalten des Geräts (40) in den Ruhezustand die Steuereinheit (28) der Aufwachschaltung (ZPS) so programmiert wird,
dass sie das Gerät (40) nach einer vorbestimmten Zeitspanne wieder in den Betriebszustand versetzt, so dass der Energiespeicher (58, 72) wieder aufgeladen wird,
wobei die Zeitspanne so bemessen ist, dass das wiederaufladbare Element (58, 72) für diese Zeitspanne ausreichend elektrische Energie für den Betrieb der Aufwachschaltung (ZPS) liefert.
21. Elektrisches Gerät nach einem der Ansprüche 15-20, oder Aufwachschaltung nach
einem der Ansprüche 1-14, mit einer Schaltung zur Überwachung des verbleibenden
Inhalts des Energie-Speichers (50) vorgesehen ist.
22. Verfahren zur Steuerung eines elektrischen Geräts, bei dem
mein elektrisches Gerät (40), das eine oder mehrere Funktionseinheiten (46) und mindestens ein Netzteil (42) zur Speisung der Funktionseinheiten (46) mit elektrischer Energie aufweist,
von einem Betriebszustand in einen Ruhezustand umgeschaltet wird,
wobei im Betriebszustand mindestens ein Netzteil (42) eingeschaltet ist, während im Ruhezustand alle Netzteile (42) ausgeschaltet sind,
wobei im Ruhezustand jedoch eine Aufwachschaltung (ZPS) aktiv bleibt,
die einen oder mehrere Signaleingänge (3, 4, 5) auf das Auftreten eines Aufwachereignisses überwacht,
und bei Auftreten eines Aufwachereignisses das Gerät (40) vom Ruhezustand wieder in den Betriebszustand umschaltet.
mein elektrisches Gerät (40), das eine oder mehrere Funktionseinheiten (46) und mindestens ein Netzteil (42) zur Speisung der Funktionseinheiten (46) mit elektrischer Energie aufweist,
von einem Betriebszustand in einen Ruhezustand umgeschaltet wird,
wobei im Betriebszustand mindestens ein Netzteil (42) eingeschaltet ist, während im Ruhezustand alle Netzteile (42) ausgeschaltet sind,
wobei im Ruhezustand jedoch eine Aufwachschaltung (ZPS) aktiv bleibt,
die einen oder mehrere Signaleingänge (3, 4, 5) auf das Auftreten eines Aufwachereignisses überwacht,
und bei Auftreten eines Aufwachereignisses das Gerät (40) vom Ruhezustand wieder in den Betriebszustand umschaltet.
23. Verfahren nach Anspruch 22, bei dem
in der Aufwachschaltung (ZPS) das auslösende Aufwachereignis abgespeichert wird,
und nach dem Einschalten von dem Gerät (40) abgefragt wird.
in der Aufwachschaltung (ZPS) das auslösende Aufwachereignis abgespeichert wird,
und nach dem Einschalten von dem Gerät (40) abgefragt wird.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 oder 23, bei dem
die Aufwachschaltung (ZPS) über eine Kommunikationsschnittstelle programmiert wird,
wobei eingestellt wird, welche an den Eingängen auftretenden Ereignisse Aufwachereignisse darstellen sollen.
die Aufwachschaltung (ZPS) über eine Kommunikationsschnittstelle programmiert wird,
wobei eingestellt wird, welche an den Eingängen auftretenden Ereignisse Aufwachereignisse darstellen sollen.
25. Netzteil-Baugruppe für ein elektrisches Gerät mit
einem Netzteil (42),
dadurch gekennzeichnet,
dass
Schaltmittel (66, 70) zum Ein-/Ausschalten des Netzteils (42) vorgesehen sind,
und eine Aufwachschaltung (ZPS) mit einem oder mehreren Signaleingängen (3, 4, 5) vorgesehen ist,
wobei die Aufwachschaltung (ZPS) bei ausgeschaltetem Netzteil (42) aktiv ist und beim Auftreten eines Aufwachereignisses an einem der Signaleingänge das Schaltelement (66, 70) so steuert, dass das Netzteil (42) eingeschaltet wird.
einem Netzteil (42),
dadurch gekennzeichnet,
dass
Schaltmittel (66, 70) zum Ein-/Ausschalten des Netzteils (42) vorgesehen sind,
und eine Aufwachschaltung (ZPS) mit einem oder mehreren Signaleingängen (3, 4, 5) vorgesehen ist,
wobei die Aufwachschaltung (ZPS) bei ausgeschaltetem Netzteil (42) aktiv ist und beim Auftreten eines Aufwachereignisses an einem der Signaleingänge das Schaltelement (66, 70) so steuert, dass das Netzteil (42) eingeschaltet wird.
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