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Die vorliegende Erfindung geht von einem gemäß Oberbegriff des Hauptanspruches konzipierten elektrischen/elektronischen Zentralgerät aus.
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Derartige elektrische/elektronische Zentralgeräte sind in der Regel mit einer Schutzeinrichtung für einen Fehlanschluss ausgerüstet. Die Schutzeinrichtung ist dafür vorgesehen, das elektrische/elektronische Zentralgerät vor einer Beschädigung bzw. Zerstörung durch Fehlanschlüsse zu schützen. Beim vorliegenden Fall ist das zu schützende elektrische/elektronische Zentralgerät an die Netzspannung der Gebäudeinstallation angeschlossen und versorgt ein mit Kleinspannung betriebenes Bussystem mit der zum Betrieb notwendigen Energie. Wird beim Installieren des Zentralgerätes die Netzspannung auf den Anschluss des Bussystems gelegt, kann es zu erheblichen Beschädigungen bzw. zur kompletten Zerstörung des elektrischen/elektronischen Zentralgerätes kommen. Um dies zu verhindern, ist eine Schutzeinrichtung vorgesehen.
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Durch die
DE 10 2004 002 016 A1 ist ein dem Oberbegriff des Hauptanspruches entsprechendes elektrisches/elektronisches Zentralgerät bekannt geworden. Dieses Zentralgerät für die Gebäudesystemtechnik, weist einen ersten Anschluss auf, über den ein mit Kleinspannung betriebenes Bussystem mit Energie versorgt wird, zudem weist dieses einen zweiten Anschluss auf, über welchen das Zentralgerät an die Netzspannung der Gebäudeinstallation anschließbar ist. Zudem ist das Zentralgerät, wie üblich zumindest mit einem Mikrocontroller versehen und weist eine Schutzeinrichtung für einen Fehlanschluss auf, wobei die Schutzeinrichtung als Schaltungsanordnung ausgeführt ist. Außerdem ist zumindest ein als netzspannungsfeste Strombegrenzungsstufe ausgeführter erster Hauptschaltungsteil und zumindest ein als netzspannungsfeste Sendestufe ausgeführter zweiter Hauptschaltungsteil vorhanden.
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Des weiteren ist es durch die Druckschrift DALI-Zentrale „Montage- und Installationsbeschreibung” der Firma Insta vom 04.2002 und entsprechend ausgeführte, auf dem Markt befindliche Produkte bekannt, ein elektrisches/elektronisches Zentralgerät zum Schutz vor Beschädigungen bzw. Zerstörung durch Fehlanschluss mit einer als Feinsicherung ausgebildeten Schutzeinrichtung auszurüsten. Eine solche Schutzeinrichtung bzw. Feinsicherung bedarf jedoch eines Wechseleinsatzes, welcher aus Platz- und Komfortgründen nicht immer zum Einsatz kommen kann. Außerdem zerstört sich eine derartige Schutzeinrichtung im Schutzfalle selbst und muss deshalb vom Anwender ausgetauscht werden.
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Außerdem ist durch die
DE 10 2004 046 823 B3 ein elektronisches Schaltgerät, insbesondere ein Leistungsschalter bekannt geworden, bei dem Transistoren als N-Kanaltyp MOSFET-Transistoren ausgeführt sind.
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Des Weiteren ist es durch die
DE 203 18 766 U1 bekannt geworden, bei einem Umsetzer für Bussysteme eine Pegelanpassung zu verwenden.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektrisches/elektronisches Zentralgerät zu schaffen, bei dem ein hinreichender Schutz gegen Fehlanschlüsse nicht nur realisiert ist, ohne dass dazu eine sich selbst zerstörende Schutzeinrichtung zur Anwendung kommt, sondern bei der die als Schaltungsanordnung ausgeführte Schutzeinrichtung auf besonders geschickte Art und Weise ausgeführt ist.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Hauptanspruch angegebenen Merkmale gelöst.
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Bei einer solchen Ausbildung ist besonders vorteilhaft, dass ein Fehlanschluss automatisch erkannt wird und ein Abschalten des elektrischen/elektronischen Zentralgerätes erfolgt, so dass dessen Beschädigung bzw. Zerstörung automatisch verhindert wird. Nach Behebung des Fehlanschlusses kann je nach Wunsch des Anwenders entweder eine automatische oder eine manuelle Inbetriebsetzung des elektrischen/elektronischen Zentralgerätes erfolgen. Weiterhin ist besonders vorteilhaft, dass ein Austausch einer solchen Schutzeinrichtung nach dem Schutzfall nicht notwendig ist.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Gegenstandes sind in den Unteransprüchen angegeben. Anhand eines Ausführungsbeispiels sei die Erfindung im Prinzip näher erläutert. Dabei zeigt:
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1: prinziphaft den Aufbau eines solchen elektrischen/elektronischen Zentralgerätes als Blockschaltbild;
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2: prinziphaft die Schaltungsanordnung mit Schutzeinrichtung des elektrischen/elektronischen Zentralgerätes, gemäß 1.
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Wie aus den Figuren hervorgeht, weist ein solches elektrisches/elektronisches Zentralgerät 1 der Gebäudesystemtechnik hauptsächlich einen als netzspannungsfeste Strombegrenzungsstufe ausgeführten ersten Hauptschaltungsteil A und einen als netzspannungsfeste Sendestufe ausgeführten zweiten Hauptschaltungsteil B auf, welchen ein Mikrocontroller 2 zugeordnet ist. Über einen ersten Anschluss 3 versorgt das elektrische/elektronische Zentralgerät 1 ein angeschlossenes, mit Kleinspannung betriebenes Bussystem BUS mit der zum Betrieb notwendigen Energie. Außerdem ist das elektrische/elektronische Zentralgerät 1 über einen zweiten Anschluss 4 an die Netzspannung NETZ der Gebäudeinstallation angeschlossen.
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Wie des Weiteren insbesondere aus 1 hervorgeht, ist die Schutzeinrichtung als Schaltungsanordnung ausgeführt und in den als netzspannungsfeste Strombegrenzungsstufe ausgeführten ersten Hauptschaltungsteil A und in den als netzspannungsfeste Sendestufe ausgeführten zweiten Hauptschaltungsteil B integriert. Um auf kostengünstige Art und Weise eine netzspannungsfeste Strombegrenzungsstufe zu realisieren, ist der erste Hauptschaltungsteil A mit einem ersten spannungsfesten Transistor T1 versehen, der als N-Kanaltyp MOSFET-Transistor ausgeführt ist. Um ebenfalls auf kostengünstige Art und Weise eine netzspannungsfeste Sendestufe zu realisieren, ist der zweite Hauptschaltungsteil B mit einem zweiten spannungsfesten Transistor T2 versehen, der als N-Kanaltyp MOSFET-Transistor ausgeführt ist. Durch die Ausführung des ersten spannungsfesten Transistors T1 und des zweiten spannungsfesten Transistors T2 als N-Kanaltyp MOSFET-Transistor, sowie deren lastseitige serielle Anordnung ergibt sich die Notwendigkeit zwei Bezugsmassen zur Verfügung zu stellen. Aus diesem Grund stellt die eine Bezugsmasse die Anschlussmasse des Mikrocontrollers 2 und die andere Bezugsmasse die Anschlussmasse des Bussystems BUS dar. Der Mikrocontroller 2 steht datentechnisch mit dem als netzspannungsfeste Strombegrenzungsstufe ausgeführten ersten Hauptschaltungsteil A in Verbindung. Um auch datentechnisch mit dem als netzspannungsfeste Sendestufe ausgeführten zweiten Hauptschaltungsteil B in Verbindung zu treten, ist diesem eine Pegelanpassung B1 zugeordnet. Das Netzteil 5 ist über den zweiten Anschluss 4 an die Netzspannung NETZ der Gebäudeinstallation angeschlossen und stellt die für den Betrieb des elektrischen/elektronischen Zentralgerätes 1 und darüber auch die zum Betrieb des Bussystems BUS notwendige Energie zur Verfügung. In das Bussystem BUS wird über das Netzteil 5 eine Betriebsspannung von etwa 16 V ausgespeist.
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Wie insbesondere aus 2 hervorgeht, weist der erste als netzspannungsfeste Strombegrenzungsstufe ausgeführte Hauptschaltungsteil A einen ersten Unterschaltungsteil A1 auf, der als Strombegrenzung ausgeführt ist. In diesem Unterschaltungsteil A1 fließt über eine erste Diode D9 und einen ersten Widerstand R17 der Strom über den ersten Anschluss 3 mit seinen beiden Klemmen X1, X2 zum Bussystem BUS. Zur Versorgung des Busystems BUS mit der zum Betrieb notwendigen Energie erzeugt das Netzteil 5 eine Spannung von 17 V. Der erste spannungsfeste Transistor T1 und der dritte Transistor T12 bewirken dabei die Strombegrenzung für das Bussystem BUS. Bei einem ausreichend hohen Strom über das Bussystem BUS wird der Spannungsabfall am zweiten Widerstand R3 so hoch, dass der dritte Transistor T12 die Gatespannung des ersten spannungsfesten Transistors T1 ausreichend reduziert. Das Gate des ersten spannungsfesten Transistors T1 wird vom Netzteil 5 über einen dritten Widerstand R11 angesteuert und die Gatespannung des ersten spannungsfesten Transistors T1 wird durch eine erste Z-Diode D13 begrenzt. Die Strombegrenzung ist auch bei einem Fehlanschluss aktiv, wenn die „falsche”, aus einem Fehlanschluss resultierende Spannung in Serie zum 17 V erzeugenden Netzteil 5 angeschlossen wird oder bei der negativen Halbwelle einer Wechselspannung. Jedoch müsste in diesen Fällen der erste spannungsfeste Transistor T1 eine zu hohe Energie in Wärme umwandeln, was längerfristig zu seiner Zerstörung führen würde.
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Um eine derartige thermische Überlastung des ersten spannungsfesten Transistors T1 zu verhindern, weist der Hauptschaltungsteil A einen zweiten Unterschaltungsteil A2 auf. Der zweite Unterschaltungsteil A2 ist zu diesem Zweck als Schutz vor thermischer Überlastung ausgeführt. Von diesem wird die Spannung an der Klemme X2 des ersten Anschlusses 3 bezogen auf die Anschlussmasse des Bussystems BUS überwacht. Diese Spannung entspricht bis auf die Spannung am zweiten Widerstand R3 dem Spannungsabfall, welcher am ersten spannungsfesten Transistor T1 entsteht. Bei ausreichend hoher Spannung wird ein vierter Transistor T5 über eine zweite Z-Diode D7 angesteuert. Der vierte Transistor T5 reduziert dann über weitere Dioden D2, D3, D4 die Gatespannung am ersten spannungsfesten Transistors T1, so dass dieser den Strom über dem Bussystem BUS sperrt. Bei einem Fehlanschluss wird üblicherweise Netz-Wechselspannung an die beiden Klemmen X1, X2 des ersten Anschlusses 3 angeschlossen. Die erste Diode D9 verhindert jedoch dann einen Stromfluss durch den ersten Unterschaltungsteil A1, während der positiven Halbwelle. Um auch bei dieser positiven Halbwelle die Gatespannung am ersten spannungsfesten Transistor T1 klein genug zu halten, wird der Spannungsabfall während der negativen Halbwelle an den weiteren Dioden D2, D3, D4 in einem ersten Kondensator C2 gespeichert. Diese Spannung steuert einen fünften Transistor T4 an. Durch den fünften Transistor T4 wird dann verhindert, dass sich die Gatespannung am ersten spannungsfesten Transistor T1 während der, für den ersten Hauptschaltungsteil A unwirksamen positiven Halbwelle wieder aufbaut. Ein sechster Transistor T8 wird ebenfalls von der Spannung am ersten Kondensator C2 angesteuert. Dieser sechste Transistor T8 meldet dann einen entsprechenden Alarm bezüglich eines vorliegenden Fehlanschlusses, an den Mikrocontroller 2.
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Bei einem Fehlanschluss sperrt dann der Mikrocontroller 2 über einen siebten Transistor T10 die Gatespannung des ersten spannungsfesten Transistors T1 dauerhaft. Dieser siebte Transistor T10 ist Bestandteil eines dritten Unterschaltungsteils A3 des ersten Hauptschaltungsteils A. Der dritte Unterschaltungsteil A3 ist somit als Sperrschaltung ausgeführt. Nach Behebung eines Fehlanschlusses kann das elektrische/elektronische Zentralgerät wieder in Betrieb gesetzt werden, indem vom Anwender ein Reset-Vorgang vorgenommen wird.
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Auf einfache und kostengünstige Art und Weise ist somit eine netzspannungsfeste Strombegrenzungsstufe realisiert, die ohne weiteres eingesetzt werden kann, um verschiedenartig ausgeführte Bussysteme mit der zu ihrem Betrieb notwendigen Energie zu versorgen.
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Wie des weiteren insbesondere aus 2 hervorgeht, ist neben dem ersten Hauptschaltungsteil A ein zweiter Hauptschaltungsteil B vorgesehen, welcher als netzspannungsfeste Sendestufe ausgeführt ist. Im Gegensatz zum ersten Hauptschaltungsteil A ist für den, als netzspannungsfeste Sendestufe ausgeführten zweiten Hauptschaltungsteil B die positive Halbwelle bei einem Fehlanschluss von Bedeutung. Die negative Halbwelle kann durch den Einsatz einer zweiten Diode D8 keinen Stromfluss durch diesen zweiten Hauptschaltungsteil B bewirken. Im normalen Betrieb ist im Ruhezustand die Gatespannung des zweiten spannungsfesten Transistors T2 der Sendestufe nahezu Null Volt. Zum Senden kann über einen achten Transistor T6 die Spannung vom einem zweiten Kondensator C1 auf das Gate des zweiten spannungsfesten Transistors T2 geschaltet werden. Um einen Bezug zur Anschlussmasse des Mikrocontrollers 2 herzustellen, wird der achte Transistor T6 durch einen neunten Transistor T9 angesteuert. Dies passiert in der Pegelanpassung B1 des zweiten Hauptschaltungsteils B. In dem Fall, dass ein Fehlanschluss vorliegt, der noch nicht an den Mikrocontroller 2 gemeldet wurde und die netzspannungsfeste Sendestufe bzw. der zweite Hauptschaltungsteil B aktiv ist, fällt an einem vierten Widerstand R7 eine Spannung ab, die den Basisanschluss eines zehnten Transistors T3 ansteuert. Der zehnte Transistor T3 verringert dann die Gatespannung des zweiten spannungsfesten Transistors T2. Zusätzlich wird bei einer ausreichend großen Spannung am ersten Anschluss 3 für das Bussystem BUS über eine dritte Z-Diode D10 ein elfter Transistor T7 angesteuert. Der elfte Transistor T7 entlädt den zweiten Kondensator C1 und verhindert so, dass der zweite spannungsfeste Transistor T2 an seinem Gateanschluss über den achten Transistor T6 angesteuert werden kann.
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Wenn dem Mikrocontroller 2 ein Fehlanschluss über einen sechsten Transistor T8 gemeldet wird, darf der Mikrocontroller 2 die netzspannungsfeste Sendestufe bzw. den zweiten Hauptschaltungsteil B nicht zum Senden veranlassen. Eine dritte Diode D14 verhindert den Stromfluss über die Strecke einer vierten Diode D1, einem fünften Widerstand R12, der ersten Diode D9 und dem ersten Widerstand R17 wenn an den beiden Klemmen X1, X2 des ersten Anschlusses 3 fälschlicherweise eine negative Spannung anliegt. Der erste Widerstand R17 reduziert zudem auch schädliche Stromspitzen.
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Auf kostengünstige Art und Weise ist somit eine netzspannungsfeste Sendestufe realisiert, die bei einem elektrischen/elektronischen Zentralgerät in Kombination mit der vorstehend beschriebenen netzspannungsfesten Strombegrenzungsstufe bzw. dem ersten Hauptschaltungsteil A eingesetzt werden kann.
