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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung
zum Ermitteln des Vorliegens eines Falschanschlusses eines an einer Netzwechselspannungsquelle,
die neben einem Nullleiter eine Mehrzahl von Phasenleitern aufweist, über welche
zueinander phasenverschobene Wechselspannungen bereitstellbar sind,
angeschlossenen bzw. anzuschließenden,
gegebenenfalls eine Mehrzahl von Teilgeräten und/oder Verbrauchern enthaltenden
elektrischen Gerätes,
insbesondere eines elektrischen Hausgerätes, zu dem ein Schaltnetzteil gehört, welches
von der Netzwechselspannungsquelle zu speisen ist.
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Vielfach
werden elektrische Geräte
und insbesondere elektrische Hausgeräte bzw. Haushaltsgeräte nicht über Stecker
sondern über
einzelne Kabelleitungen und Schraubverbindungen an einer Netzwechselspannungsquelle
angeschlossen, die neben einem Nullleiter eine Mehrzahl von Phasenleitern
aufweist, über
welche zueinander phasenverschobene Wechselspannungen bereitstellbar
sind. Bei einem solchen Anschluss eines elektrischen Gerätes kann
es vorkommen, dass dessen Spannungsversorgungsleitungen nicht zwischen
dem Nullleiter und einem Phasenleiter, sondern irrtümlich zwischen zwei
Phasenleitern angeschlossen werden. In diesem Fall wird das betreffende
elektrische Gerät
bei seinem Einschalten mit einer Überspannung versorgt, die schon
nach kurzzeitigem Betrieb zur Gerätebeschädigung oder -zerstörung führen kann.
Ein Nachweis für
das Vorliegen eines Fremdverschuldens war in einem solchen Fall
seitens der Gerätehersteller
bisher nicht möglich.
Es wurde daher empfohlen, vor Anschluss eines elektrischen Gerätes an einer
Netzwechselspannungsquelle, die neben einem Nullleiter über eine
Mehrzahl von Phasenleitern verfügt,
vorab den Nullleiter zu identifizieren und die Spannungen der einzelnen
Phasenleitern gegenüber dem
Nullleiter zu messen. Erst danach sollte das betreffende elektrische
Gerät mit
den jeweils in Frage kommenden richtigen Leitern der Netzwechselspannungsquelle
verbunden werden. Dies stellt jedoch ein relativ aufwendiges Vorgehen
dar, welches allerdings nicht genügt, um das geschilderte Problem
eines Falschanschlusses zu lösen.
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Es
sind bereits eine Falschanschlusserkennungsschaltung und ein Verfahren
zur Erkennung eines Falschanschlusses für ein elektrisches Haushaltsgerät bekannt
(
DE 102 14 738 A1 ).
Dieses elektrische Haushaltsgerät
ist im ordnungsgemäßen Fall zwischen
einem Nullleiter und einem Phasenleiter einer diesen Nullleiter
und eine Mehrzahl von Phasenleitern aufweisenden Netzwechselspannungsquelle anzuschließen. Bei
der betreffenden bekannten Falschanschlusserkennungsschaltung wird
ein von einem Leiter der Netzwechselspannungsquelle, an der das
betreffende Haushaltsgerät
angeschlossen ist, abgenommenes erstes Netzspannungssignal mittels
eines ersten Gleichrichterelements so gleichgerichtet, dass lediglich
Halbwellen einer ersten Polarität
zu einem gemeinsamen Stromknoten durchgeschaltet werden. Ein von
einem zweiten Leiter, an dem das betreffende Haushaltsgerät angeschlossen ist,
abgenommenes zweites Netzspannungssignal wird mittels eines zweiten
Gleichrichters ebenfalls so gleichgerichtet, dass nur solche Halbwellen
zu dem gemeinsamen Stromknoten durchgeschaltet werden, die die erste
Polarität
aufweisen. In dem genannten Stromknoten werden die beiden gleichgerichteten Netzspannungssignale
zu einem Überlagerungssignal
zusammengeführt,
welches von einer Auswerteschaltung bezogen auf Schutzerde (PE)
ausgewertet wird. An Hand des Halbwellen-Pausen-Verhältnisses des Überlagerungssignals
kann erkannt werden, ob – wie
für einen
korrekten Netzanschluss erforderlich – das eine der beiden genannten
Netzspannungssignale vom Nullleiter der Netzwechselspannungsquelle geliefert
wird oder ob ein Falschanschluss des betreffenden Haushaltsgerätes vorliegt.
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Im
Zusammenhang mit der vorstehend betrachteten bekannten Falschanschlusserkennungsschaltung
ist zwar in der angegebenen Offenlegungsschrift erwähnt, dass
das betreffende Gerät
bzw. Haushaltsgerät
gegebenenfalls mit einem Schaltnetzteil zur Bereitstellung der geräteinternen
Versorgungsspannungen ausgestattet sein kann. Bezüglich des
betreffenden Schaltnetzteiles ist jedoch ausgeführt, dass bei diesem dann,
wenn eine zu hohe Netzspannung an die Schaltnetzteil-Primärseite angelegt
wird, dadurch nicht auch automatisch die Ausgangsspannung des Schaltnetzteiles
ansteigen wird. Vielmehr wird der Regelkreis des Schaltnetzteiles das
Impuls-Pause-Verhältnis
beim Zerhacken des aus der Netzwechselspannung gewonnenen Gleichspannungssignals
so verändern,
dass die Schaltnetzteil-Ausgangsspannung wieder einem vorgegebenen
Wert entspricht. Als Schlussfolgerung daraus ist dann angegeben,
dass es bei Verwendung eines Schaltnetzteiles nicht möglich sei,
an Hand einer Messung der sekundärseitig
anliegenden Spannung einen Falschanschluss zu erkennen. Bei Schaltnetzteilen
müssen
daher zur Erkennung eines Falschanschlusses eigene Stromkreise zur
Messung der Pri märspannung
vorgesehen werden, was aber wegen der damit verbundenen Kosten nicht
realisiert wurde.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Weg zu zeigen,
wie bei einem Verfahren und einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten
Art auf relativ einfache Weise und mit relativ geringem schaltungstechnischen
Aufwand das Vorliegen einer Falschanschlusserkennung ermittelt werden
kann.
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Gelöst wird
die vorstehend aufgezeigte Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs
genannten Art erfindungsgemäß dadurch,
dass bei Einsatz eines Sperrwandler-Schaltnetzteiles als Schaltnetzteil mit
einem Transformator, in welchem über
dessen Primärseite
durch eine nach Gleichrichtung einer Netzwechselspannung mittels
eines Schaltgliedes erzeugte Impulsspannung Energie jeweils während einer
Leitphase des Schaltgliedes gespeichert wird und dessen Sekundärseite Energie
jeweils während einer
auf eine Leitphase folgenden Sperrphase des betreffenden Schaltgliedes
abgibt, lediglich die Amplitude der während wenigstens einer Leitphase
des Schaltgliedes auf der Primärseite
oder auf der Sekundärseite
des betreffenden Transformators auftretenden Impulsspannung ausgewertet
und gegebenenfalls festgehalten wird.
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Die
Erfindung zeichnet sich durch den Vorteil aus, dass auf besonders
einfache Weise eine Ermittlung des Vorliegens eines Falschanschlusses
eines an einer Netzwechselspannungsquelle, die neben einem Nullleiter
eine Mehrzahl von Phasenleitern aufweist, über welche zueinander phasenverschobene Wechselspannungen
bereitstellbar sind, angeschlossenen oder anzuschließenden elektrischen
Gerätes ermöglicht ist.
Dabei wird nämlich
lediglich eine auf der Primärseite
oder Sekundärseite
des vorhandenen Transformators des eingesetzten Sperrwandler-Schaltnetzteiles
während
wenigstens einer Leitphase des zugehörigen Schaltgliedes auftretende Impulsspannung
für die
genannte Falschanschlussermittlung ausgewertet. Hierbei wird die
Erkenntnis ausgenutzt, dass die Impulsspannung auf der Primärseite und
auf der Sekundärseite
des betreffenden Transformators in jeder Leitphase des genannten Schaltgliedes
in ihrer Amplitude gerade keine Regelung erfährt, so dass diese Amplitude
durchaus repräsentativ
für die
Höhe der
dem Sperrwandler-Schaltnetzteil eingangsseitig zugeführten Wechselspannung
ist und damit sicher erkennen lässt,
ob ein Falschanschluss des das betreffende Sperrwandler-Schaltnetzteil
enthaltenden Gerätes,
insbesondere Hausgerätes
vorliegt oder nicht. Im übrigen
kommt die Erfindung in vorteilhafter Weise ohne den Einsatz von
Schutzerde aus, wie sie bei der oben betrachteten bekannten Falschanschlusserkennungsschaltung
erforderlich ist.
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Zum
anderen wird die aufgezeigte Aufgabe bei einer zur Durchführung des
vorstehend angegebenen Verfahrens dienenden Schaltungsanordnung der
eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass
das Schaltnetzteil ein Sperrwandler-Schaltnetzteil ist, welches
einen Transformator enthält,
in welchem über
dessen Primärseite
durch eine nach Gleichrichtung einer Netzwechselspannung mittels
eines Schaltgliedes erzeugte Impulsspannung Energie jeweils während einer
Leitphase des Schaltgliedes speicherbar ist und dessen Sekundärseite Energie
jeweils während
einer auf eine Leitphase folgenden Sperrphase des betreffenden Schaltgliedes
abgibt, und dass eine lediglich die Amplitude der während wenigstens
einer Leitphase des Schaltgliedes auf der Primärseite oder auf der Sekundärseite des
betreffenden Transformators auftretenden Impulsspannung auswertende
und gegebenenfalls festhaltende Auswerteschaltung vorgesehen ist.
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Hierdurch
ergibt sich der Vorteil eines besonders geringen schaltungstechnischen
Aufwands zum Ermitteln des Vorliegens eines Falschanschlusses eines
an einer Netzwechselspannungsquelle, die neben einem Nullleiter
eine Mehrzahl von Phasenleitern aufweist, über welche zueinander phasenverschobene
Wechselspannungen bereitstellbar sind, angeschlossenen oder anzuschließenden Gerätes. Es
braucht nämlich
lediglich die Höhe
der auf der Primärseite
oder der Sekundärseite
des vorhandenen Transformators des eingesetzten Sperrwandler-Schaltnetzteiles
während
wenigstens einer Leitphase des erwähnten Schaltgliedes auftretende
Impulsspannung für
die genannte Falschanschlussermittlung ausgewertet und gegebenenfalls
festgehalten, das heißt
gespeichert zu werden.
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Bei
einer zweckmäßigen Weiterbildung
der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung
ist die genannte Auswerteschaltung entweder an einer gesonderten
Sekundärwicklung
des Transformators oder an derselben Sekundärwicklung des Transformators
angeschlossen, an der eine Versorgungsspannungs-Abgabeschaltung
für das
das Sperrwandler-Schaltnetzteil enthaltende elektrische Gerät angeschlossen
ist. Hierdurch ergibt sich der Vorteil einer einfachen galvanischen
Trennung der Auswerteschaltung von der mit der Netzwechselspannungsquelle
verbundenen Eingangsseite des Sperrwandler-Schaltnetzteiles.
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Vorzugsweise
enthält
die Auswerteschaltung eine die in der jeweiligen Leitphase des Schaltgliedes auftretende
Impulsspannung durchlassende Gleichrichterdiode, deren Ausgangsgleichspannung
als Auswertespannung dient. Gegebenenfalls wird die betreffende
Ausgangsgleichspannung der genannten Gleichrichterdiode in ihrer
Polarität
invertiert, bevor sie ausgewertet wird.
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Um
die Ausgangsgleichspannung der genannten Gleichrichterdiode in der
Amplitude möglichst
wenig zu belasten, ist an der Ausgangsseite der genannten Diode
vorzugsweise ein hochohmiger Spannungsteiler angeschlossen.
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Um
in der Auswerteschaltung mit einer möglichst konstanten Ausgangsgleichspannung
arbeiten zu können,
ist der genannten Gleichrichterdiode zweckmäßigerweise eine Spannungsglättungsschaltung
nachgeschaltet, die zumindest einen Kondensator enthält.
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Zweckmäßigerweise
enthält
die genannte Auswerteschaltung einen Mikrocontroller, der über einen
Analog-Digital-Wandler die von der Gleichrichterdiode abgegebene
Ausgangsgleichspannung in ihrer Höhe auszuwerten gestattet und
der gegebenenfalls ein der Höhe
dieser Ausgangsgleichspannung entsprechendes Signal in einem Speicher
festhält.
Hierdurch ergibt sich der Vorteil einer schaltungsmäßig besonders
einfach realisierbaren Auswerteschaltung.
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Von
Vorteil ist es, eine durch den Mikrocontroller ansteuerbare optische
Anzeigeeinrichtung, die eine der Höhe der vorstehend genannten
Ausgangsgleichspannung entsprechende Anzeigegröße anzuzeigen gestattet, und/oder
eine akustische Alarmeinrichtung vorzusehen, die bei Ermittlung
eines Falschanschlusses ein akustisches Alarmsignal abzugeben gestattet.
Dadurch ist ein sehr einfaches und schnelles Erkennen des Vorliegens
eines Falschanschlusses ermöglicht.
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Vorzugsweise
wird die Versorgungsspannung für
den gerade erwähnten
Mikrocontroller sowie den ebenfalls gerade erwähnten Analog-Digital-Wandler
und gegebenenfalls für
die Anzeigeeinrichtung/Alarmeinrichtung von der Versorgungsspannungs-Abgabeschaltung
des Sperrwandler-Schaltnetzteils abgeleitet. Hierdurch ergibt sich
der Vorteil einer einfachen Bereitstellung einer Versorgungsspannung
für die
genannte Auswerteschaltung.
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Anhand
einer Zeichnung wird nachstehend ein Ausführungsbeispiel der Schaltungsanordnung gemäß der vorliegenden
Erfindung näher
erläutert.
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Die
in der Zeichnung dargestellte Schaltungsanordnung dient, wie eingangs
bereits erläutert, zum
Erkennen des Vorliegens eines Falschanschlusses eines gegebenenfalls
eine Mehrzahl von Teilgeräten
und/oder Verbrauchern aufweisenden elektrischen Gerätes, insbesondere
eines elektrischen Hausgerätes
an einer Netzwechselspannungsquelle.
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Bei
dem elektrischen Hausgerät
kann es sich um irgendein elektrisches Hausgerät handeln, welches über ein
mehradriges Anschlusskabel an einer Netzanschlussdose z.B. durch
Schraubverbindungen angeschlossen wird, wie um einen Elektroherd oder
um eine kommerzielle Waschmaschine oder um einen Trockner. Die erwähnte Netzanschlussdose weist
eine Mehrzahl von Anschlussklemmen auf, die mit mehreren Phasenleitern
und einem Nullleiter einer Netzwechselspannungsquelle verbunden
sind, durch die das an der Netzanschlussdose anzuschließende elektrische
Gerät bzw.
Hausgerät
zu speisen ist.
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Zu
dem an die erwähnte
Netzanschlussdose anzuschließenden
elektrische Gerät
bzw. Hausgerät gehört im vorliegenden
Fall ein Sperrwandler-Schaltnetzteil SN, welches aus der dem betreffenden
Gerät bzw.
Hausgerät
zugeführten
Netzwechselspannung eine oder mehrere in der Höhe gegebenenfalls unterschiedliche
Versorgungsgleichspannungen erzeugt. Mit dieser Versorgungsgleichspannung
bzw. mit diesen Versorgungsgleichspannungen werden in dem betreffenden
Gerät bzw.
Hausgerät
z.B. enthaltene Steuerungs-, Überwachungs-
und Anzeigeeinrichtungen gespeist.
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Das
in der Zeichnung dargestellte Sperrwandler-Schaltnetzteil SN enthält auf seiner
Netzeingangsseite eine aus vier Dioden D1, D2, D3 und D4 bestehende
Diodengleichrichterbrücke,
die eingangsseitig mit Eingangsanschlüssen E1, E2 verbunden ist.
Dabei ist der gemeinsame Verbindungspunkt der Kathode der Diode
D1 und der Anode der Diode D2 mit dem Eingangsanschluss E1 verbunden,
und der gemeinsame Verbindungspunkt der Kathode der Diode D3 und
der Anode der Diode D4 ist mit dem Eingangsanschluss E2 verbunden.
Diesen beiden Eingangsanschlüssen
E1, E2 wird eine Netzwechselspannung zugeführt, und zwar normalerweise über einen
Phasenleiter und einen Nullleiter einer Netzwechselspannungsquelle,
die beispielsweise zwischen einem Phasenleiter und dem Nullleiter
eine Effektivspannung von 230V abgibt. Die betreffende Netzwechselspannungsquelle
weist aber im vorliegenden Fall noch weitere Phasenleiter auf, z.B. insgesamt
beispielsweise drei Phasenleiter, die zur Speisung von verschiedenen
Verbrauchern eines elektrischen Gerätes, welches hier insbesondere
ein elektrisches Hausgerät,
wie z.B. ein Elektroherd, sein mag, herangezogen werden.
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Zwischen
dem gemeinsamen Verbindungspunkt der Kathoden der Dioden D2 und
D4 und dem gemeinsamen Verbindungspunkt der Anoden der Dioden D1
und D3 liegt ein Kondensator C1, der zu einer solchen Spannungsglättung dient,
dass an ihm praktisch eine Gleichspannung liegt. Mit diesem Kondensator
C1 ist im vorliegenden Fall eine Primärwicklung w1 eines zu dem Sperrwandler-Netzteil
SN gehörenden
Transformators T über
ein Schaltglied SW verbunden. Dieses Schaltglied SW kann zu einem Steuerbaustein
SB gehören,
der beispielsweise durch eine integrierte Schaltung gebildet ist.
In diesem Steuerbaustein SB wird das Schaltglied SW durch eine Regelschaltung
RS impulsweise geschlossen und geöffnet, und zwar mit einer wesentlich
höheren
Schaltfrequenz als der Frequenz der Netzwechselspannung, die 50Hz
oder 60Hz betragen kann. Die Schaltfrequenz des Schaltgliedes SW kann
beispielsweise zwischen 20kHz und 150kHz liegen. Durch den impulsweisen
Schaltbetrieb des Schaltgliedes SW wird in dessen jeweiliger Leitphase die
Energie des Kondensators C1 impulsweise der Primärwicklung w1 des Transformators
T zugeführt und
in diesem als magnetische Energie gespeichert.
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Der
Transformator T des Sperrwandler-Schaltnetzteils SN weist im vorliegenden
Fall zwei Sekundärwicklungen
w2 und w3 auf. Prinzipiell kommt er jedoch mit einer einzigen Primärwicklung aus.
Die Primärwicklung
w2 ist mit ihrem einen Ende mit der Anode einer Gleichrichterdiode
D5 und über diese
mit einem Ausgangsanschluss A1 des Sperrwandler-Schaltnetzteils
SN verbunden. Mit ihrem anderen Ende liegt die betreffende Sekundärwicklung w2
an der sekundärseitigen
Masse bzw. an einem sekundärseitigen
Masseanschluss A0 des Sperrwandler-Schaltnetzteils SN. Ein zur Spannungsglättung dienender
Kondensator C2 liegt zwischen der Kathode der Gleichrichterdiode
D5 bzw. dem Ausgangsanschluss A1 und dem sekundärseitigen Masseanschluss. Zwischen
dem Ausgangsanschluss A1 und dem sekundärseitigen Masseanschluss A0
kann eine Gleichspannung von beispielsweise +12V abgegeben werden.
Der die Gleichrichterdiode D5 und den Kondensator C2 umfassende
Schaltungsteil stellt somit eine Versorgungsspannungs-Abgabeschaltung dar.
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Die
zuvor erwähnte
Sekundärwicklung
w3 des Transformators T ist mit ihrem einen Ende mit der Anode einer
Gleichrichterdiode D6 und über
diese mit einem Ausgangsanschluss A2 verbunden; mit ihrem anderen
Ende ist die betreffende Sekundärwicklung
w3 mit dem sekundärseitigen
Masseanschluss A0 verbunden. Zwischen der Kathode der Gleichrichterdiode
D6 und dem Ausgangsanschluss A2 einerseits und dem sekundärseitigen
Masseanschluss A0 andererseits liegt ein der Spannungsglättung dienender
Kondensator C3. Die zwischen dem Ausgangsanschluss A2 und dem sekundärseitigen
Masseanschluss A0 abnehmbare Gleichspannung kann ebenfalls beispielsweise
+12V betragen. Der die Gleichrichterdiode D6 und den Kondensator
C3 umfassende Schaltungsteil stellt somit ebenfalls eine Versorgungsspannungs-Abgabeschaltung
dar.
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Zwischen
der Kathode der Gleichrichterdiode D5 bzw. zwischen dem Ausgangsanschluss
A1 einerseits und der sekundärseitigen
Masseverbindung mit dem Masseanschluss A0 andererseits ist im vorliegenden
eine Rückkopplungsschaltung
mit einem zu einem hier nicht näher
ausgeführten
Regelkreis gehörenden
Optokoppler Op vorgesehen, der an den genannten Anschlüssen A1
und A0 mit seiner Leuchtdiode angeschlossen ist. Dieser Optokoppler Op
ist mit seinem durch die erwähnte
Leuchtdiode steuerbaren Fototransistor zum einen mit einem nicht näher bezeichneten
Steuer- bzw. Regeleingang des Steuerbausteins SB und innerhalb dieses
Steuerbausteins mit einem Steuer- bzw. Regeleingang der erwähnten Regelschaltung
RS verbunden; zum anderen ist der betreffende Fototransistor mit
dem gemeinsamen Verbindungspunkt der Anoden der Dioden D1 und D3
sowie des einen Endes des Kondensators C1 und des einen Endes der
Primärwicklung des
Transformators T verbunden. Dieser gemeinsame Verbindungspunkt kann
auch als primärseitiger Masseanschluss
des Sperrwandler-Schaltnetzteiles SN bezeichnet werden; er ist von
dem sekundärseitigen
Masseanschluss galvanisch getrennt. An dieser Stelle sei noch angemerkt,
dass zur Erzielung dieser galvanischen Trennung der erwähnte Regelkreis
anstelle des Optokopplers Op einen Transformator mit Primär- und Sekundärwicklung
enthalten kann.
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Über den
vorstehend betrachteten Optokoppler Op erfolgt in an sich bekannter
Weise eine solche Ansteuerung des Schaltgliedes SW, dass die zwischen
dem Ausgangsanschluss A1 und dem sekundärseitigen Masseanschluss A0
des Sperrwandler-Schaltnetzteiles SN bereitgestellte Gleichspannung
auf einem von Schwankungen der zwischen diesen Anschlüssen A1
und A0 angeschlossenen Lasten unabhängigen konstanten Wert gehalten wird.
Dazu wird in dem betrachteten Regelkreis in an sich bekannter Weise
das Verhältnis
von jeweiliger Schließungsdauer
zu jeweiliger Öffnungsdauer
des Schaltglie des SW, also das Verhältnis von Dauer der jeweiligen
Leitphase zur Dauer der jeweiligen Sperrphase dieses Schaltgliedes
SW entsprechend eingestellt.
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Das
vorstehend erläuterte,
in der Zeichnung dargestellte Sperrwandler-Schaltnetzteil SN ist
nun durch eine Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung zum Ermitteln
des Vorliegens eines Falschanschlusses des betreffenden, an einer
Netzwechselspannungsquelle angeschlossenen bzw. anzuschließenden Sperrwandler-Schaltnetzteils
SN ergänzt, welches
zu einem elektrischen Gerät
und insbesondere zu einem elektrischen Hausgerät gehört, das ebenfalls über die
Eingangsanschlüsse
E1 und EO mit Netzwechselspannung gespeist wird. Dabei kann die
betreffende Netzwechselspannungsquelle, wie erwähnt, neben einem Nullleiter
eine Mehrzahl von Phasenleitern aufweisen, über welche zueinander phasenverschobene
Wechselspannungen bereitstellbar sind und an die ein oder mehrere
Teilgeräte oder
Verbraucher des betreffenden Gerätes
bzw. Hausgerätes
anzuschließen
sind.
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Die
Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung
zum Ermitteln des Vorliegens eines Falschanschlusses umfasst eine
im rechten unteren Teil der Zeichnung dargestellte Auswerteschaltung
AS. Diese Auswerteschaltung AS ist zum einen über eine Gleichrichterdiode
D7 mit demjenigen Ende der Sekundärwicklung w2 des Transformators
T, mit dem die Gleichrichterdiode D5 verbunden ist, und zum anderen
direkt mit dem sekundärseitigen
Masseanschluss A0 des Sperrwandler-Schaltnetzteiles SN verbunden.
Die Gleichrichterdiode D7 ist dabei mit ihrer Kathode mit dem betreffenden
Ende der erwähnten
Sekundärwicklung
w2 des Transformators T2 verbunden; sie ist also gesperrt, wenn
die Gleichrichterdiode D5 leitend ist, und sie ist umgekehrt leitend, wenn
die Gleichrichterdiode D5 gesperrt ist.
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Die
Auswerteschaltung AS ist somit an derselben Sekundärwicklung
w2 des Transformators T angeschlossen, an der eine Versorgungsspannungs-Abgabeschaltung
mit den Elementen D5 und C2 angeschlossen ist. Die betreffende Auswerteschaltung
AS könnte
im übrigen
auch an der Sekundärwicklung
w3 des Transformators T angeschlossen sein; dabei wäre die Spannungsversorgungsschaltung
mit der Gleichrichterdiode D6 und dem Kondensator C3 entbehrlich.
In diesem Fall wäre
die Auswerteschaltung AS an einer gesonderten Sekundärwicklung
des Transformators T angeschlossen.
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Zwischen
der Anode der Gleichrichterdiode D7 und dem Masseanschluss A0 liegt
im vorliegenden Fall ein Kondensator C4, der zur Spannungsglättung dient.
Diesem Kondensator C4 ist ein aus relativ hochohmigen ohmschen Widerständen R1
und R2 bestehender Spannungsteiler parallelgeschaltet, von dessen
Widerstand R2 eine Messgleichspannung dem Analogteil A eines Analog-Digital-Wandlers ADC
bereitgestellt wird. Der betreffende Spannungsteiler mit den ohmschen
Widerständen
R1 und R2 wird hier deshalb benötigt,
weil in der Auswerteschaltung AS, wie noch ersichtlich werden wird,
mit einer Versorgungsspannung von +5V gearbeitet wird, entsprechend
der die an dem Kondensator C4 während der
jeweiligen Leitphase des Schaltgliedes SW sich ausbildende Gleichspannung
für eine
Verarbeitung heruntergeteilt werden muss.
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An
dieser Stelle sei noch angemerkt, dass gemäß den vorstehenden Ausführungen
die an dem Kondensator C4 sich ausbildende Messgleichspannung – gegebenenfalls
nach Invertierung – als
Messspannung herangezogen wird. Diese Gleichspannung bildet sich
an dem Kondensator über
mehrere Schaltzyklen des Schaltgliedes SW aus. Grundsätzlich kommt
die vorliegende Erfindung jedoch mit der Auswertung der Amplitude
der in wenigstens einer Leitphase des Schaltgliedes SW auf der Primärseite (w1)
oder der Sekundärseite
(w2) des Transformators T des Sperrwandler-Schaltnetzteiles SN auftretenden
Impulsspannung aus, um das Vorliegen eines Falschanschlusses dieses
Sperrwandler-Schaltnetzteiles SN und damit des mit diesem an einer
Netzspannungsquelle angeschlossenen elektrischen Gerätes bzw.
Hausgerätes
ermitteln zu können.
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Der
Digitalteil D des Analog-Digital-Wandlers ADC ist im vorliegenden
Fall mit der Eingangsseite eines Mikrocontrollers MC verbunden,
der aus der digitalisierten Messgleichspannung ein Auswertesignal erzeugt.
Der erwähnte
Analog-Digital-Wandler ADC kann gegebenenfalls in dem Mikrocontroller
enthalten bzw. integriert sein. Im übrigen kann der Mikrocontroller
MC gegebenenfalls auch durch eine andere Steuereinrichtung gebildet
sein, wie durch einen Mikroprozessor mit zugehörigen ROM- und RAM-Speichern.
Das erwähnte
Auswertesignal kann in einem zum Mikrocontroller MG oder dem Mikroprozessor
gehörenden
oder durch diesen ansteuerbaren Speicher gespeichert werden, vorzugsweise
permanent.
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Das
zuvor erwähnte
Auswertesignal kann hier mittels einer optischen Anzeigeeinrichtung
bzw. mittels eines Displays DI angezeigt werden. Das Display DI
kann beispielsweise die absolute Höhe der Messgleichspannung oder
die Höhe
der dazu in Beziehung stehenden Wechselspannung zwischen den Eingangsanschlüssen E1
und E2 des Sperrwandler-Schaltnetzteiles
SN anzeigen; sie kann aber auch eine andere Größe anzeigen und z.B. bei Vorliegen eines
Falschanschlusses des das Sperrwandler-Schaltnetzteiles SN enthaltenden
elektrischen Gerätes
bzw. Hausgerätes,
also in dem Fall, dass beide Eingangsanschlüsse E1 und E2 des Sperrwandler-Schaltnetzteiles
SN jeweils mit einem Phasenleiter der einen Nullleiter und mehrere
Phasenleiter aufweisenden Netzwechselspannungsquelle verbunden sind,
ein Meldesignal FALSCH oder FALSCHANSCHLUSS liefern. Gegebenenfalls
kann zusätzlich
oder anstelle des Displays DI eine Alarmeinrichtung vorgesehen sein,
die bei Vorliegen eines Falschanschlusses ein akustisches Melde-
bzw. Alarmsignal abgeben kann.
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Für die Spannungsversorgung
des Analog-Digital-Wandlers ADC, des Mikrocontrollers MC und des
Displays DI ist im vorliegenden Fall noch ein Spannungsregler SR
vorgesehen, der eingangsseitig an den Anschlüssen A1 und A0 angeschlossen
ist und der ausgangsseitig beispielsweise eine Speisespannung von
+5V bezogen auf den sekundärseitigen
Masseanschluss A0 des Sperrwandler-Schaltnetzteiles SN liefern kann.
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Nachdem
zuvor der Aufbau des in der Zeichnung dargestellten Sperrwandler-Schaltnetzteiles
SN und der ebenfalls in der Zeichnung dargestellten Schaltungsanordnung
gemäß der Erfindung
mit der Auswerteschaltung AS zum Erkennen des Vorliegens eines Falschanschlusses
erläutert
worden ist, wird nunmehr auf die Arbeitsweise dieser Schaltungsanordnung
gemäß der Erfindung
eingegangen.
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Beim
Sperrwandler-Schaltnetzteil SN wird während der jeweiligen Leitphase
des primärseitig vorgesehenen
Schaltgliedes SW elektrische Energie über die Primärwicklung
w1 in den Transformator T1 geleitet und in diesem als magnetische
Energie gespeichert. Die beiden Sekundärwicklungen w2 und w3 des Sperrwandler-Schaltnetzteiles
AN weisen jeweils einen solchen Wicklungssinn auf, dass während der
jeweiligen Leitphase des Schaltgliedes SW die Sekundärwicklung
w2 des Transformators T eine die mit ihr verbundene Gleichrichterdiode
D5 sperrende Impulsspannung abgibt und dass die Sekundärwicklung
w3 des Transformators T eine die mit ihr verbundene Gleichrichterdiode
D6 ebenfalls sperrende Impulsspannung abgibt. Wenn das Schaltglied SW
auf seine jeweilige Leitphase hin geöffnet wird, sich also in seiner
jeweiligen Sperrphase befindet, gibt die Sekundärwicklung w2 des Transformators
T dessen gespeicherte magnetische Energie als elektrische Energie
in Form einer Impulsspannung ab, bei der die Gleichrichterdiode D5
durchlässig
ist und den Kondensator C2 lädt.
Bei Auftreten dieser Impulsspannung ist die Gleichrichterdiode D7
gesperrt. Auch die Sekundärwicklung
w3 des Transformators T gibt hierbei dessen gespeicherte magnetische
Energie als elektrische Energie in Form einer Impulsspannung ab,
bei der die Gleichrichterdiode D6 durchlässig ist und den Kondensator
C3 lädt.
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Wie
oben bereits erwähnt,
wird die so in der jeweiligen Sperrphase des Schaltgliedes SW von dem
Transformator T abgegebene magnetische Energie zur Ausbildung einer
Gleichspannung an dem Kondensator C2 führen; diese Gleichspannung
wird hier über
den den Optokoppler Op umfassenden Regelkreis zur Regelung der Öffnungs-
und Schließdauer
und damit der Dauer der jeweiligen Leitphase und der Dauer der jeweiligen
Sperrphase des Schaltgliedes SW in dem Steuerbaustein SB herangezogen. Die
in der jeweiligen Leitphase des Schaltgliedes SW von der Sekundärwicklung
w2 des Transformators T abgegebene Impulsspannung kann indessen
nicht für
die betreffende Regelung herangezogen werden, da bei Auftreten dieser
Ausgangsspannung die Gleichrichterdiode D5 gesperrt ist. Diese Ausgangsspannung – sie ist
von negativer Polarität – wird aber über die
in der jeweiligen Leitphase des Schaltgliedes SW leitend werdende
Gleichrichterdiode D7 – gegebenenfalls
nach Invertierung – von
der erläuterten
Auswerteschaltung AS ausgewertet.
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Übrigens
können
die Gleichrichterdioden D5 und D7 auch am anderen, in der Zeichnung
unteren Ende der Sekundärwicklung
w2 des Transformators T angeschlossen sein, und zwar mit anderer
Polung als in der Zeichnung dargestellt. In diesem Falle wäre die Gleichrichterdiode
D5 mit ihrer Kathode an dem betreffenden anderen Ende der Sekundärwicklung w2
des Transformators T angeschlossen und ihre Anode wäre mit dem
sekundärseitigen
Masseanschluss A0 verbunden; die Gleichrichterdiode D7 wäre hierbei
mit ihren Anode an dem betreffenden anderen Ende der Sekundärwicklung
w2 des Transformators T angeschlossen und mit ihrer Kathode mit dem
gemeinsamen Verbindungspunkt des Kondensators C4 und des ohmschen
Widerstands R1 verbunden.
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Zunächst führt die
betreffende negative Impuls- bzw. Ausgangsspannung von der Sekundärwicklung
w2 des Transformators T zur Aufladung des Kondensators C4, dem der
aus den relativ hochohmigen Widerständen R1 und R2 bestehende Spannungsteiler
parallelgeschaltet ist. Aufgrund der Hochohmigkeit dieses Spannungsteilers
wird die am Kondensator C4 sich aufbauende Gleichspannung in ihrer
Höhe kaum
merklich beeinträch tigt.
Dadurch kann dann durch die eine Messeinrichtung der Auswerteeinrichtung
AS darstellenden Schaltungsglieder, umfassend den Analog-Digital-Wandler
ADC, den Mikrocontroller MC und das Display DI, praktisch eine der
von der Sekundärwicklung
w2 des Transformators T gelieferten negativen Impuls- bzw. Ausgangsspannung
während
der jeweiligen Leitphase des Schaltgliedes SW des Sperrwandler-Schaltnetzteiles
entsprechende Spannung gemessen werden. Diese Spannung entspricht
im übrigen
der Höhe
bzw. Amplitude der zwischen den Eingangsanschlüssen E1 und E2 des Sperrwandler-Schaltnetzteiles
SN anliegenden Netzwechselspannung. Die betreffende Messspannung
ist dabei höher,
wenn die beiden Eingangsanschlüsse
E1 und E2 des Sperrwandler-Schaltnetzteiles
fälschlicherweise
an zwei Phasenleitern einer einen Nullleiter und eine Mehrzahl von
Phasenleitern aufweisenden Netzwechselspannungsquelle angeschlossen
sind als in dem Fall, dass die betreffenden Eingangsanschlüsse E1 und E2
lediglich zwischen einem Phasenleiter und dem Nullleiter der betreffenden
Netzwechselspannungsquelle angeschlossen sind. Bei Vorliegen eines
normalen, das heißt
ordnungsgemäßen Anschlusses der
Eingangsanschlüsse
E1 und E2 an einer Netzwechselspannungsquelle, die neben einem Nullleiter beispielsweise
drei Phasenleiter mit gegeneinander um jeweils 120° phasenverschobenen
Wechselspannungen mit einem Effektivwert von jeweils z.B. 230V bezogen
auf den Nullleiter führenden
Phasenleitern aufweist, liegt zwischen den beiden Eingangsanschlüssen E1
und E2 sodann eine Wechselspannung von 230Veff. Hingegen liegt zwischen
diesen beiden Eingangsanschlüssen
E1 und E2 im Falle eines Falschanschlusses, wenn also beide Anschlüsse E1 und
E0 jeweils an einem Phasenleiter angeschlossen sind, eine Netzwechselspannung
von 230 also von rund 398Veff.
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Nachdem
das vorstehend betrachtete und in der Zeichnung dargestellte Sperrwandler-Schaltnetzteil SN
zu einem elektrischen Gerät
bzw. Hausgerät gehört und üblicherweise
die Versorgungsgleichspannungen für in diesem gegebenenfalls
enthaltene Teilgeräte,
wie für
Steuereinrichtungen von Verbrauchern liefert, wird das betreffende
Sperrwandler-Schaltnetzteil
SN zusammen mit dem genannten elektrischen Gerät bzw. Hausgerät mit der
Netzwechselspannungsquelle zu verbinden sein. Damit kann aber durch
die vorliegende Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung sehr schnell
erkannt werden, ob das betreffende elektrische Gerät bzw. Hausgerät an der
Netzwechselspannungsquelle korrekt oder falsch angeschlossen ist.
Die bei der Überprüfung des
Vorliegens eines korrekten oder falschen Anschlusses des betreffenden
elektrischen Gerätes
an der Netzwechselspannungsquelle ermittelte Messgleichspannung
und/oder das daraufhin gebildete Anzeige- bzw. Meldesignal kann,
wie erwähnt,
beispielsweise in einer zu dem Mikrocont roller MC gehörenden oder
von diesem ansteuerbaren Speichereinrichtung permanent abgespeichert
werden, um so einen Nachweis für
einen korrekten oder falschen Anschluss des betreffenden Gerätes an der
Netzwechselspannungsquelle führen
zu können.
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Abschließend sei
noch angemerkt, dass die vorstehend erläuterte Ermittlung des Vorliegens
eines Falschanschlusses eines mit der in der Zeichnung dargestellten
Schaltungsanordnung und einem Sperrwandler-Schaltnetzteil SN ausgestatteten
elektrischen Gerätes,
insbesondere Hausgerätes
vorzugsweise erfolgen wird, bevor zu diesem Gerät bzw. Hausgerät gehörende Teilgeräte, wie
Steuereinrichtungen, und Verbraucher mit der Netzwechselspannung
gespeist werden, die den in der Zeichnung dargestellten Eingangsanschlüssen E1
und E2 zugeführt
wird. Dadurch lässt
sich eine Beschädigung oder
Zerstörung
dieser Teilgeräte
und Verbraucher bei Vorliegen eines Falschanschlusses sicher vermeiden.
Es ist aber auch vorstellbar, dass die Teilgeräte, wie Steuereinrichtungen,
und Verbraucher über gesonderte
Schaltglieder mit der an den erwähnten Eingangsanschlüssen E1
und E2 zur Verfügung
stehenden Netzwechselspannung gespeist werden. In diesem Falle können diese
Schaltglieder von dem Mikrocontroller MC gesteuert geschlossen werden,
falls durch die Spannungsmessung mittels der erläuterten Auswerteschaltung AS
ein korrekter Anschluss des elektrischen Geräts bzw. Hausgerätes an der
Netzwechselspannungsquelle ermittelt ist.
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Im Übrigen dürfte einzusehen
sein, dass die vorliegende Erfindung auf die Verwendung der oben erläuterten
Auswerteschaltung AS mit ihrem in der Zeichnung näher dargestellten
Aufbau nicht beschränkt
ist. Vielmehr kann auch eine gänzlich
anders aufgebaute Auswerteschaltung eingesetzt werden, beispielsweise
eine gänzlich
analog arbeitende Auswerteschaltung mit einem oder mehreren Operationsverstärkern, welche
eine Spannungsauswertung vornehmen, wie sie oben erläutert worden
ist. In einer solchen Auswerteschaltung könnten der oder die Operationsverstärker ab
einer bestimmten Spannungshöhe
der jeweils ausgewerteten Spannung des Sperrwandler-Schaltnetzteiles
SN ein solches Auswertesignal abgeben, dass daraufhin die erwähnten Teilgeräte und Verbraucher über gesonderte,
im Normalfall von einem Mikrocontroller aktivierbare Schaltglieder,
wie Relais, zum Schutz vor schädlichen Überspannungen
abgeschaltet werden können.
-
- A
- Analogteil
- A0
- sekundärseitiger
Masseanschluss
- A1,
A2
- Ausgangsanschlüsse
- ADC
- Analog-Digital-Wandler
- AS
- Auswerteschaltung
- C1,
C2, C3, C4
- Kondensatoren
- D
- Digitalteil
- DI
- Display
- D1,
D2, D3, D4
- Dioden
- D5,
D6, D7
- Gleichrichterdioden
- E1,
E0
- Eingangsanschlüsse
- MC
- Mikrocontroller
- Op
- Optokoppler
- R1,
R2
- ohmsche
Widerstände
- RS
- Regelschaltung
- SB
- Steuerbaustein
- SN
- Sperrwandler-Schaltnetzteil
- SR
- Spannungsregler
- SW
- Schaltglied
- T
- Transformator
- w1
- Primärwicklung
- w2,
w3
- Sekundärwicklungen