DE102006024891A1

DE102006024891A1 - Charge controller for thermal storage heater, has optocoupler for converting output of voltage or frequency converter unit of one voltage range into another voltage range and output of optocoupler is emitted to microprocessor

Info

Publication number: DE102006024891A1
Application number: DE102006024891A
Authority: DE
Inventors: Lutz Kersten
Original assignee: Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Current assignee: Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Priority date: 2006-05-24
Filing date: 2006-05-24
Publication date: 2007-11-29

Abstract

The charge controller has a voltage or frequency converter unit (SFW) for changing the voltage of a power on time signal in a frequency. An optocoupler (OK) is for converting the output of the voltage or frequency converter unit of one voltage range into another voltage range. The other voltage range is lower than the former voltage range. The output of the optocoupler is emitted to a microprocessor for further processing.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Laderegler für ein Speicherheizgerät sowie ein Speicherheizgerät.The The present invention relates to a charge controller for a storage heater as well a storage heater.

Aus der DE 44 47 559 C2 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Aufladesteuervorrichtung für ein Speicherheizgerät bekannt. Hierbei können mehrere Speicherheizgeräte mit einem zentralen Steuergerät gekoppelt sein, wobei das zentrale Steuergerät einen vorgegebenen Einschaltdauerwert übermittelt. Ferner kann die zentrale Steuereinheit eine Nachricht an die jeweiligen Speicherheizgeräte übermitteln, wobei die Nachricht binär durch eine Abfolge von ein- oder ausgeschalteten Vollwellen einer Wechselspannung erfolgen kann. Eine dezentrale Steuereinheit versorgt die jeweiligen Speicherheizgeräte mit einer witterungs- und zeitabhängigen Führungsgröße, dem Einschaltdauersignal. Um den Effektivwert der Übertragungsleistung auf einem Wert zu halten, kann das Einschaltdauersignal korrigiert werden.From the DE 44 47 559 C2 For example, a method of operating a charge controller for a storage heater is known. In this case, several storage heaters can be coupled to a central control unit, wherein the central control unit transmits a predetermined duty cycle value. Furthermore, the central control unit can transmit a message to the respective storage heaters, wherein the message can be carried out in binary form by a sequence of on or off full waves of an alternating voltage. A decentralized control unit supplies the respective storage heaters with a weather-dependent and time-dependent reference variable, the switch-on duration signal. To keep the RMS value of the transmission power at a value, the ON duration signal can be corrected.

Aus der DE 35 00 980 ist eine Steuerschaltung zur Erzeugung einer Steuerspannung, d. h. des Einschaltdauersignals für einen Laderegler eines Speicherheizgerätes bekannt. Hierbei wird die benötigte Steuerspannung erzeugt und etwaige Einflüsse bzw. Veränderungen der Betriebsspannung, welche sich auf die Aufladung des Speicherheizgerätes auswirken könnten, werden entsprechend kompensiert.From the DE 35 00 980 is a control circuit for generating a control voltage, ie the duty cycle for a charge controller of a storage heater known. Here, the required control voltage is generated and any influences or changes in the operating voltage, which could affect the charging of the storage heater are compensated accordingly.

DE 31 09 416 A1 betrifft eine Aufladesteuerung für elektrische Speicherheizgeräte. Hierbei wird ein Einschaltdauersignal für einen Heizkörper im Speicherheizgerät in Abhängigkeit der Außentemperatur erzeugt. In dem Speicherheizgerät ist ein Laderegler angeordnet, welcher sowohl die Restwärme des Speichers als auch die von dem Heizkörper erzeugte Wärme erfasst. Die von dem Heizkörper erzeugte Wärme hängt von dem Tastverhältnis des Einschaltdauersignals ab. Ein hohes Tastverhältnis entspricht hohen Außentemperaturen und ein niedriges Tastverhältnis entspricht niedrigen Außentemperaturen. Wenn jedoch die Netzspannung von ihrem Nennwert abweicht, so kann die Speichertemperatur höher oder niedriger sein als ein Sollwert gemäß der Außentemperatur. DE 31 09 416 A1 relates to a charging control for electric storage heaters. In this case, a switch-on duration signal for a radiator in the storage heater is generated as a function of the outside temperature. In the storage heater, a charge controller is arranged, which detects both the residual heat of the memory and the heat generated by the radiator. The heat generated by the heater depends on the duty cycle of the duty cycle. A high duty cycle corresponds to high outdoor temperatures and a low duty cycle corresponds to low outdoor temperatures. However, if the mains voltage deviates from its rated value, the storage tank temperature may be higher or lower than a setpoint according to the outside temperature.

Um den benötigten Ladegrad zu bestimmen, kann eine Messung des Einschaltdauersignals in einem Laderegler eines Speicherheizgerätes erfolgen. Wie oben beschrieben, wird das Einschaltdauersignal von einer Aufladesteuerung zur Steuerung der einzelnen Speicher in dem Speicherheizgerät vorgesehen. Das Einschaltdauersignal besteht aus geschalteten Netzhalbwellen oder Netzvollwellen, wobei das Verhältnis von geschalteten zu nicht geschalteten Halbwellen dem gewünschten Ladegrad entspricht. Die Aufladesteuerung kann jedoch dieses Verhältnis basierend auf der Höhe der Netzspannung verändern. Somit ist es notwendig für den Laderegler, die Spannung zu messen, um etwaige Veränderungen korrigieren zu können. Die Messung der Spannung des Einschaltdauersignals erfolgt beispielsweise über Optokoppler, um die für die Steuerung benötigte Elektronik zu schützen, welche auf einer Sicherheits-Kleinspannung betrieben wird. Hierbei muss jedoch der Streuwert der Koppelfaktoren des Optokopplers berücksichtigt werden, welcher teilweise hoch sein kann. Dies kann zur Folgen haben, dass die Elektronik im Werk kalibriert werden muss. Ferner kann ein Optokoppler eine starke Temperaturabhängigkeit aufweisen. Um diese Temperaturabhängigkeit zu kompensieren, kann ein NTC-Widerstand zur Temperaturmessung und zur Kompensation des Signals verwendet werden.Around the needed To determine charging level, a measurement of the duty cycle done in a charge controller of a storage heater. As described above, becomes the on-duration signal from a charge controller to the controller the individual memory provided in the storage heater. The switch-on duration signal consists of switched mains half-waves or mains full waves, wherein The relationship switched from switched to unswitched half-waves the desired Loading level corresponds. However, the charge control may be based on this ratio at the height change the mains voltage. Thus it is necessary for the charge controller to measure the voltage to any changes to be able to correct. The measurement of the voltage of the duty cycle takes place for example via optocouplers, around the for the controller needed To protect electronics which is operated on a safety extra-low voltage. in this connection However, the scatter value of the coupling factors of the opto-coupler must be considered which can be partly high. This can have consequences that the electronics must be calibrated at the factory. Furthermore, can an optocoupler have a strong temperature dependence. Around Temperature dependence too can compensate, an NTC resistor for temperature measurement and be used to compensate for the signal.

Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Laderegler für ein Speicherheizgerät sowie ein Speicherheizgerät vorzusehen, welche eine effektive und sichere Messung eines Einschaltdauersignals ermöglichen.It Thus, it is an object of the present invention to provide a charge controller for a storage heater and a storage heater provide an effective and safe measurement of a duty cycle enable.

Diese Aufgabe wird durch einen Laderegler für ein Speicherheizgerät gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Speicherheizgerät gemäß Anspruch 5 gelöst.These The object is achieved by a charge controller for a storage heater according to claim 1 and solved by a storage heater according to claim 5.

Somit wird ein Laderegler für ein Speicherheizgerät vorgesehen. Der Laderegler weist eine Spannungs/Frequenzwandlereinheit zum Wandeln der Spannung eines Einschaltdauersignals in eine Frequenz auf. Die Frequenz hängt dabei von der Höhe der Spannung des Einschaltdauersignals ab. Ein Optokoppler dient zum Umwandeln des Ausgangs der Spannungs/Frequenzwandlereinheit von einem ersten Spannungsbereich in einen zweiten Spannungsbereich. Der zweite Spannungsbereich ist dabei niedriger als der erste Spannungsbereich. Der Ausgang des Optokopplers kann an einen Mikroprozessor zur weiteren Verarbeitung ausgegeben werden.Consequently becomes a charge controller for a storage heater intended. The charge controller has a voltage / frequency converter unit for converting the voltage of a power-on signal into a frequency on. The frequency depends thereby from the height the voltage of the duty cycle from. An optocoupler serves for converting the output of the voltage / frequency converter unit from a first voltage range to a second voltage range. The second voltage range is lower than the first voltage range. The output of the optocoupler can be connected to a microprocessor for further Processing are output.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung erfolgt die Spannungsversorgung der Spannungs/Frequenzwandlereinheit durch die Spannung des Einschaltdauersignals. Somit kann eine effektive und einfache Spannungsversorgung der Spannungs/Frequenzwandlereinheit sichergestellt werden, ohne dass eine weitere Spannungsversorgung benötigt wird.According to one Aspect of the present invention is the power supply the voltage / frequency converter unit by the voltage of the duty cycle. Thus, an effective and simple power supply to the voltage / frequency converter unit be ensured without a further power supply is needed.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird lediglich eine Halbwelle des Einschaltdauersignals von der Spannungs/Frequenzwandlereinheit ausgewertet.According to one Another aspect of the present invention is only a half-wave the on-duration signal from the voltage / frequency converter unit evaluated.

Die Erfindung betrifft die Idee, das Einschaltdauersignal in eine Frequenz umzuwandeln, welche der Höhe der momentanen Spannung des Einschaltdauersignals entspricht. Diese Frequenz kann über einen Optokoppler auf die Kleinspannungsseite übertragen und anschließend von einem Mikroprozessor ausgewertet werden.The invention relates to the idea of converting the on-duration signal into a frequency which the height of the instantaneous voltage of the duty cycle corresponds. This frequency can be transmitted via an optocoupler to the low voltage side and then evaluated by a microprocessor.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Further Embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Die Ausführungsbeispiele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.The embodiments and advantages of the present invention will be hereinafter made by reference closer to the drawing explained.

1 zeigt ein Blockschaltbild eines Ladereglers für ein Speicherheizgerät. 1 shows a block diagram of a charge controller for a storage heater.

1 zeigt ein Blockschaltbild eines Ladereglers für ein Speicherheizgerät gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Laderegler weist einen ersten, zweiten und dritten Widerstand R1, R2 und R3, zwei Dioden D1 und D2 sowie zwei Zenerdioden D3, D4 auf. Ferner weist der Laderegler eine Spannungs/Frequenzwandlereinheit SFW sowie einen Optokoppler OK auf. Der Ausgang des Optokopplers OK kann mit einem Mikroprozessor gekoppelt werden, welcher vorzugsweise eine entsprechende Auswertung des Signals vornimmt. Der Spannungs/Frequenzwandler SFW wandelt die Spannung des Einschaltdauersignals in eine Frequenz um, wobei die Frequenz von der Höhe der Spannung abhängt. Diese Frequenz wird dann dem Optokoppler zugeführt, um auf die Kleinspannungsseite übertragen zu werden. 1 shows a block diagram of a charge controller for a storage heater according to a first embodiment of the invention. The charge controller has a first, second and third resistor R1, R2 and R3, two diodes D1 and D2 and two Zener diodes D3, D4. Furthermore, the charge controller has a voltage / frequency converter unit SFW and an optocoupler OK. The output of the optocoupler OK can be coupled to a microprocessor, which preferably carries out a corresponding evaluation of the signal. The voltage / frequency converter SFW converts the voltage of the on-duration signal into a frequency, the frequency depending on the magnitude of the voltage. This frequency is then supplied to the optocoupler to be transmitted to the low voltage side.

Der Spannungsfrequenzwandler kann durch einen Standardtimerbaustein oder durch einen speziellen VFC-Baustein wie beispielsweise der LM131 von National Semiconductors implementiert werden. Die Spannungsversorgung des Spannungs/Frequenzwandlers erfolgt entweder unmittelbar über das Einschaltdauersignal bzw. die Spannung dieses Signals oder durch eine entsprechende Spannungsversorgung. Durch die Ausgestaltung und Anordnung der Dioden wird lediglich eine Halbwelle ausgewertet. Dies reicht aus, da die Aufladesteuerungen eine symmetrische Verteilung der Halbwellen aufweisen. Da nur eine Halbwelle ausgewertet wird, wird der Spannungs/Frequenzwandler SFW nur während einer der Messphasen mit der entsprechenden Einschaltdauersignalspannung versorgt.Of the Voltage frequency converter can by a standard timer module or by a special VFC module such as the LM131 to be implemented by National Semiconductors. The power supply the voltage / frequency converter takes place either directly via the switch-on duration signal or the voltage of this signal or by a corresponding power supply. Due to the design and arrangement of the diodes is only evaluated a half-wave. This is enough as the charge controls have a symmetrical distribution of the half-waves. Because only one Half-wave is evaluated, the voltage / frequency converter SFW only during one of the measuring phases with the corresponding switch-on signal voltage provided.

Da eine Temperaturkompensation des Optokopplers nicht mehr benötigt wird, kann zum einen der Temperatur-abhängige Widerstand und zum anderen ein zusätzlicher Eingang am Mikroprozessor für die Ergebnisse des Temperaturabhängigen Widerstands entfallen. Des Weiteren können übliche Optokoppler verwendet werden, da eine Temperaturdrift und der Koppelfaktor keinen Einfluss auf die Messgröße aufweisen. Die Toleranz der Spannungs/Frequenzwandlung und somit der Messung des Einschaltdauersignals hängt von der Toleranz der Widerstände und eines Kondensators ab. Da jedoch die Widerstände sowie der Kondensator mit einer hinreichenden Genauigkeit vorgesehen werden, kann auf eine Kalibrierung des Ladecontrollers im Werk verzichtet werden.There a temperature compensation of the optocoupler is no longer needed, On the one hand, the temperature-dependent resistance and, on the other hand an additional one Input at the microprocessor for the results of the temperature-dependent Resistance eliminated. Furthermore, conventional optocouplers can be used be since a temperature drift and the coupling factor has no effect to the measured value. The tolerance of the voltage / frequency conversion and thus the measurement of the On-duration signal hangs from the tolerance of the resistors and a capacitor. However, since the resistors and the capacitor with can be provided with sufficient accuracy, can on a Calibration of the charge controller in the factory are dispensed with.

Die Zenerdiode D3, welche mit der Spannungs/Frequenzwandlereinheit SFW gekoppelt ist, dient dazu, die Versorgungsspannung für die Wandlereinheit innerhalb derjenigen Halbwelle stabil zu halten, in welcher die Messung erfolgt. Eine derartige Zenerdiode weist ebenfalls eine EMV-Schutzfunktion auf. Durch die Zenerdiode können energiereiche Störungen reduziert werden, indem die Energie in dieser Diode verbraucht wird.The Zener diode D3, which with the voltage / frequency converter unit SFW coupled, serves to supply the supply voltage for the converter unit stable within the half-wave in which the Measurement takes place. Such a Zener diode also has a EMC protection function on. The Zener diode can reduce high-energy interference be consumed by the energy in this diode.

Die weitere Zenerdiode D4, welche an den Spannungsteiler R2, R3 gekoppelt ist, dient ebenfalls als ein EMV-Schutz. Wenn diese Schutzfunktion nicht vorhanden ist, dann kann eine Überspannung, welche in dem Einschaltdauersignal vorhanden ist, über den Spannungsteiler R2, R3 an den Eingang der Spannungs/Frequenzwandlereinheit SFW gelangen und diesen ggf. beschädigen. Durch die Zenerdiode wird eine derartige Überspannung jedoch begrenzt.The another zener diode D4, which is coupled to the voltage divider R2, R3 is also serves as an EMC protection. If this protection does not work is present, then can an overvoltage, which is present in the on-duration signal, via the voltage divider R2, R3 get to the input of the voltage / frequency converter unit SFW and damage it if necessary. However, such overvoltage is limited by the Zener diode.

Claims

Charge controller for a storage heater, With a voltage / frequency converter unit (SFW) for conversion the voltage of Einschaltdauersignals in a frequency, wherein the frequency of the altitude the voltage of the on-duration signal depends, and an optocoupler (OK) to convert the output of the voltage / frequency converter unit (SFW) from a first voltage range to a second voltage range, wherein the second voltage range is lower than the first voltage range is the output of the optocoupler (OK) to a microprocessor is output for further processing.

Charge controller according to claim 1, wherein the power supply of the voltage / frequency converter unit (SFW) by the voltage of the On duration signal takes place.

Charge controller according to claim 1 or 2, wherein only one Half-wave of the on-duration signal from the voltage / frequency converter unit (SFW) is evaluated.

A charge controller according to claim 3, wherein the voltage / frequency converter unit (SFW) only during the a half-wave is supplied with voltage.

storage heater with a charge controller according to one of claims 1 to 4.