DE102007004810A1

DE102007004810A1 - Schnittstelle für Tastersignale und Digitalsignale mit Schutzschaltung

Info

Publication number: DE102007004810A1
Application number: DE102007004810A
Authority: DE
Inventors: Michael Zimmermann
Original assignee: TridonicAtco Schweiz AG
Current assignee: Tridonic AG
Priority date: 2007-01-31
Filing date: 2007-01-31
Publication date: 2008-08-07
Also published as: EP1954104A1; EP1954104B1

Abstract

für Betriebsgeräte zur Ansteuerung von Leuchtmitteln, die einen ersten Anschluss (K-K') aufweist, an den wahlweise von einem mit Netzspannung $I1 versorgten Taster oder Schalter herstammende Signale oder Digitalsignale $I2 angelegt werden können. Die erfindungsgemäße Schnittstelle verfügt darüber hinaus über eine Signalverarbeitungsschaltung (5), die jeweils angelegten Signale $I3 aufbereitet und an einem zweiten Anschluss (K<SUB>S</SUB>) zur Weitergabe an eine Steuereinheit eines angeschlossenen Betriebsgeräts (6) zur Steuerung der Leuchtmittel (7) entsprechend dem jeweils anliegenden Signal bereitstellt. Außerdem umfasst die erfindungsgemäße Schnittstelle eine Schutzschaltung (9 bzw. 9'), die im Normalzustand die Signalverarbeitungsschaltung (5) in einen Zustand versetzt, indem sie zur Aufbereitung von Taster- oder Schaltersignalen $I4 konfiguriert ist. Nur wenn die Schutzschaltung (9 bzw. 9') während einer vorbestimmten Zeitdauer an dem ersten Anschluss (K-K') kein Anliegen eines Netzspannungssignals $I5 erfasst, wird die Signalverarbeitungsschaltung (5) in einen Zustand versetzt, in dem sie zur Aufbereitung von Digitalsignalen $I6 konfiguriert ist.

Description

Die Anmeldung betrifft eine Schnittstelle, der als zulässige Signale einerseits Digitalsignale und andererseits Signale von einem Taster oder Schalter an den gleichen eingangsseitigen Anschlüssen zugeführt werden können. Beide Signaltypen werden ausgangsseitig von der Schnittstelle derart weitergegeben, dass logische Zustände entsprechend dem logischen Zustand des jeweiligen eingangsseitigen Signals an eine Steuereinheit weitergegeben werden können. Da beide Signaltypen zulässig sind, darf beispielsweise auch das Anliegen eines Netzspannungspegels im Falle einer Taster- oder Schalter-Ansteuerung weder zu einer Zerstörung noch zu einer Abschaltung der Schnittstelle führen.
Vorzugsweise weist die Schnittstelle auch einen Empfangszweig für Digitalsignale auf, die an den eingangsseitigen Anschlüssen der Schnittstelle an angeschlossene Busleitungen übertragen werden.
Die ausgangsseitigen Signale der Schnittstelle können, wie gesagt, an eine Steuereinheit weitergegeben werden, die z. B. Teil eines Gebäudetechnikgeräts ist. Derartige Gebäudetechnikgeräte können z. B. Aktoren, Sensoren oder Betriebsgeräte für Leuchtmittel beinhalten. In diesem Zusammenhang bezieht sich die Erfindung insbesondere auf die Ansteuerung von dimmbaren Betriebsgeräten für Leuchtmittel, bei denen ein Dimmen sowohl durch Digitalsignale als auch durch Taster- oder Schaltersignale ausgelöst werden kann.
Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gemacht, eine sichere Ausführung einer derartigen Schnittstelle mit verhältnismäßig wenigen elektronischen Bauteilen zu erreichen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche bilden den zentralen Gedanken der Erfindung in besonders vorteilhafter Weise weiter.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Schnittstelle für Betriebsgeräte für Leuchtmittel. Die Schnittstelle weist dabei einen ersten Anschluss auf, an den wahlweise von einem mit Netzspannung versorgten Taster oder Schalter herstammende Signale oder Digitalsignale angelegt werden können, eine Signalverarbeitungsschaltung, die die jeweils angelegten Signale aufbereitet und an einem zweiten Anschluss zur Weitergabe an eine Steuereinheit eines angeschlossenen Betriebsgeräts zur Steuerung der Leuchtmittel entsprechend dem jeweils anliegenden Signal bereitstellt. Weiterhin ist eine Schutzschaltung vorgesehen, die eine Beschädigung der Schnittstelle bei eingangsseitigem Anliegen eines Netzspannungssignals verhindert. Im Normalzustand versetzt die Schutzschaltung die Signalverarbeitungsschaltung in einen Zustand, in dem sie zur Aufbereitung von Taster- oder Schaltersignalen konfiguriert ist. Nur wenn die Schutzschaltung während einer vorbestimmten Zeitdauer an dem ersten Anschluss kein Anliegen eines Netzspannungssignals erfasst, versetzt sie die Signalverarbeitungsschaltung in einen Zustand, in dem Letztere zur Aufbereitung von Digitalsignalen konfiguriert ist. Die vorbestimmte Zeitdauer kann dabei wenigstens so lang wie eine Halbwelle der Netzspannung sein.
Die Schutzschaltung, bei der es sich z. B. um eine integrierte Schaltung handeln kann, kann die Schnittstelle unverzüglich für Netzspannungssignale konfigurieren, wenn sie ein Anliegen eines Netzspannungssignals erfasst.
Zur Konfigurierung der Schnittstelle für Netzspannungssignale kann ein Strombegrenzungswiderstand geschaltet sein, der durch die Schutzschaltung zur Konfigurierung der Schnittstelle für Digitalsignale durch Schließen eines Schutzschalters überbrückt wird. Der Schalter ist dabei derart ausgelegt, dass die Abschaltung der Netzspannung auf jeden Fall schneller erfolgt als die Netzspannung über einen definierten Referenzspannungspegel ansteigen kann. Darüber hinaus ist der Strombegrenzungswiderstand zur Sicherheit gegen ein dauerhaftes Anliegen der Netzspannung an den Eingangsanschlüssen der Schnittstelle so hochohmig dimensioniert, dass er eine derartige Störung absorbieren kann.
Zu dem Strombegrenzungswiderstand kann eine Konstantstromquelle parallel geschaltet sein, die in Serie zu dem Schutzschalter geschaltet ist, um bei eingangsseitigem Anliegen der Digitalsignale einen definierten Stromfluss zu erzeugen.
Der Schutzschalter kann z. B. ein Transistor sein, der optional zusammen mit der Schutzschaltung als integrierte Schaltung ausgeführt ist.
Die Schnittstelle kann weiterhin einen mit dem ersten Anschluss verbindbaren Empfangszweig für Digitalsignale aufweisen, die der Schnittstelle von der Steuereinheit eines angeschlossenen Betriebsgeräts zuführbar sind.
Darüber hinaus kann die Schnittstelle eine Potentialtrennungseinheit (z. B. einen Optokoppler) aufweisen, der primärseitig mit dem ersten Anschluss und sekundärseitig mit dem zweiten Anschluss verbunden ist.
Die Schutzschaltung kann ferner einen Microcontroller aufweisen, dessen Funktion weiter unten im Detail erläutert wird.
Die Erfindung bezieht sich außerdem auf ein System, welches eine Schnittstelle des oben geschilderten Typs und ein Betriebsgerät für Leuchtmittel oder ein anderes steuerbares Gebäudetechnikgerät aufweist. Bei dem Betriebsgerät kann es sich z. B. um ein Vorschaltgerät für Gasentladungslampen oder LEDs handeln.
Darüber hinaus bezieht sich die Erfindung auch auf ein Verfahren zum Betrieb einer Schnittstelle für Betriebsgeräte zur Ansteuerung von Leuchtmitteln, wobei die Schnittstelle einen ersten Anschluss aufweist, an den wahlweise von einem mit Netzspannung versorgten Taster oder Schalter herstammende Signale oder Digitalsignale angelegt werden können, eine Signalverarbeitungsschaltung, die die jeweils angelegten Signale aufbereitet und an einem zweiten Anschluss zur Weitergabe an eine Steuereinheit eines angeschlossenen Betriebsgeräts zur Steuerung der Leuchtmittel entsprechend dem jeweils anliegenden Signal bereitstellt. Im Normalzustand wird die Signalverarbeitungsschaltung in einen Zustand versetzt, in dem sie zur Aufbereitung von Taster- oder Schaltersignalen konfiguriert ist. Nur wenn während einer vorbestimmten Zeitdauer an dem ersten Anschluss kein Anliegen eines Netzspannungssignals erfasst wird, wird die Signalverarbeitungsschaltung in einen Zustand versetzt, in dem sie zur Aufbereitung von Digitalsignalen konfiguriert ist.
Weitere Merkmale, Vorteile und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung sollen nunmehr Bezug nehmend auf die begleitenden Zeichnungen näher erläutert werden.
1a zeigt eine erste schaltungstechnische Realisierung der erfindungsgemäßen Schnittstelle mit einem angeschlossenen Betriebsgerät für ein Leuchtmittel,
1b zeigt eine schematische Darstellung eines digitalen Zeitschaltglieds mit Anzugsverzögerung, das als integrierte Schutzschaltung zum Schalten eines zwischen zwei verschiedenen Betriebsarten umschaltenden steuerbaren Leistungsschalters Teil der in 1a dargestellten Schnittstelle sein kann,
2a zeigt eine zweite schaltungstechnische Realisierung der erfindungsgemäßen Schnittstelle mit einem angeschlossenen Betriebsgerät für ein Leuchtmittel,
2b zeigt den Schaltungsaufbau einer als Fensterkomparator realisierten Diskriminatorschaltung, die als integrierte Schutzschaltung zum Schalten eines zwischen zwei verschiedenen Betriebsarten umschaltenden steuerbaren Leistungsschalters Teil der in 1b dargestellten Schnittstelle sein kann,
3a zeigt eine dritte schaltungstechnische Realisierung der erfindungsgemäßen, zur Ansteuerung eines Betriebsgeräts für ein Leuchtmittel verwendeten Schnittstelle mit einem zum Umschalten zwischen einer getasteten Netzwechselspannung und einem digita len Busspannungssignal dienenden steuerbaren Leistungsschalter, der über ein aus diskreten elektronischen Bauelementen gebildetes passives Verzögerungsglied erster Ordnung zeitverzögert angesteuert wird, und
3b zeigt eine funktionsäquivalente Schaltungsvariante der in 3a skizzierten Schnittstelle.
In 1a ist eine Schnittstelle dargestellt, an deren eingangsseitigen Anschlüssen K-K' ein Signalpegel angelegt werden kann. Das angelegte Signal kann dabei entweder ein digitales Busspannungssignal U _Bus mit Gleichspannungspegeln in einem Amplitudenbereich von bis zu 30 V sein, wie es bei den Industriestandards DALI und DSI der Fall ist. Als weiterer Signaltyp ist auch zulässig vorgesehen, dass ein Signal von einem Taster oder Schalter angelegt wird. Dabei kann dieser Taster oder Schalter zur Bereitstellung einer Netzwechselspannung U _Netz mit einem Spitzenspannungspegel von beispielsweise 220 V ausgelegt sein, so dass potenziell, abhängig von der Taster- oder Schalterbetätigung, diese Netzwechselspannung U _Netz an den Anschlüssen K-K' anliegen kann.
Üblicherweise ist die Information bei Taster- oder Schaltersignalen zeitkontinuierlich über die Dauer der jeweiligen vorzugsweise manuellen Betätigung codiert. Taster- oder Schaltersignale sind daher im Vergleich zu Digitalsignalen von wesentlich niedrigerer Frequenz.
Digitalsignale sind über hochfrequente Schaltvorgänge codiert.
Das Anliegen dieser Netzwechselspannung U _Netz darf dabei weder zu einem Abschalten noch zu einer Zerstörung oder sonstigen Beeinträchtigung der Schnittstelle führen. Vielmehr muss die Schnittstelle in der Lage sein, unabhängig von dem Anliegen der beiden Signaltypen ein entsprechendes Logiksignal an einem sendeseitigen Ausgangsanschluss K_S bereitzustellen, das beispielsweise zu einem zur Ansteuerung eines Leuchtmittels 7 verwendeten Betriebsgerät 6 weitergegeben werden kann. Im Falle von Tastersignalen wertet eine Steuereinheit des Betriebsgeräts 6 z. B. die Anzahl und/oder die Dauer der jeweiligen Tasterbetätigung aus und erzeugt daraus Ansteuersignale für das angeschlossene Leuchtmittel 7.
Baulich kann die Schnittstelle von dem Betriebsgerät 6 getrennt oder aber auch in das gleiche Gehäuse oder sogar auf der gleichen Platine integriert sein.
Die Schnittstelle benötigt keine eigene separate Spannungsversorgung. Eine Spannungsversorgung kann indessen über die eingangsseitigen Anschlüsse erfolgen, da der Ruhepegel (logisch „Null") beim DALI-Standard ungleich 0 Volt gewählt ist.
Der Sendezweig ist in 1a mit dem Bezugszeichen 5 bezeichnet. Für den Fall, dass auch Digitalsignale gemäß dem DALI-Industriestandard verwertet werden sollen, kann auch ein Empfangszweig vorgesehen sein (in 1a mit dem Bezugszeichen 4 bezeichnet). Der Schnittstelle werden dazu von dem Betriebsgerät 6 Steuersignale an einem Anschluss K_E zugeführt, und die Schnittstelle gibt dann gemäß dem jeweiligen Standard aufbereitete Digitalsignale an den externen Anschlüssen K-K' aus. Wie später erläutert werden wird, schützt die vorliegende Erfindung auch diesen optionalen Empfangszweig gegen eine an den Anschlüssen K-K' anliegende Netzspannung U _Netz.
An die Eingangsklemmen K-K' schließt sich eine Filter- und Überspannungsschutzschaltung 1 an, die eine Drosselspule und einen spannungsabhängigen Widerstand VDR aufweist. Auf diese Filter- und Überspannungsschutzschaltung 1 folgt ein Gleichrichter 8 in Form einer Vollbrücke. Bei Anliegen einer Netzspannung U _Netz an den Eingangsklemmen K-K' liefert der Gleichrichter also eine gleichgerichtete Wechselspannung mit einer Frequenz von beispielsweise 100 Hz.
Das Ausgangssignal des Gleichrichters 8 wird einem Optokoppler 2 zugeführt, der zur Potentialtrennung zwischen den ausgangsseitigen Anschluss K_S des Sendezweigs und den externen Anschlüssen K-K' der Schnittstelle dient. In Serie zu dem Optokoppler 2 ist eine Konstantstromquelle KSQ geschaltet. Wenn nun an den eingangsseitigen Anschlüssen K-K' ein Digitalsignal mit einem maximalen „High"-Pegel von beispielsweise 30 V anliegt, fließt ein Strom durch den Optokoppler 2, der durch die Konstantstromquelle KSQ vorgegeben ist und der ausreichend gewählt ist, um die Ansprechschwelle des Optokopplers 2 zu überschreiten, so dass ausgangsseitig ein entsprechendes Logiksignal an dem Anschluss K_S ausgegeben wird.
Wenn nun in diesem Zustand indessen ein Netzspannungssignal an die Klemmen K-K' angelegt werden würde, wäre aufgrund der hohen Spannungspegel eine Beschädigung der Primärseite des Optokopplers 2 zu befürchten. Daher ist vorgesehen, dass als Grundeinstellung in Serie zum Primärzweig des Optokopplers 2 ein hochohmiger Widerstand R₁ (Schutz- oder Strombegrenzungswiderstand) geschaltet ist. Dieser Widerstand R₁ ist derart dimensioniert, dass bei Anliegen einer Spannung (z. B. einer Netzspannung) an den Anschlüssen K-K' ein Strom durch den Widerstand R₁ und somit auf den Optokoppler 2 primärseitig fließt, der einerseits wiederum die Ansprechschwelle des Optokopplers 2 überschreitet, andererseits aber klein genug ist, um eine Beschädigung des Optokopplers 2 oder anderer Bauteile der Schnittstelle zu vermeiden.
Der Strombegrenzungswiderstand R₁ wird dabei selektiv in Serie zu dem Optokoppler 2 geschaltet und kann selektiv mittels eines Schutzschalters T₁ überbrückt werden. Der Schutzschalter stellt also eine Möglichkeit dar, aktiv zwischen einer Konfigurierung „Digitalsignal" (als Grundeinstellung) und „Tastersignal" (wenn bestimmte Bedingungen erfüllt sind) bzw. umgekehrt zu schalten, wobei dieses aktive Überführen auf Grundlage einer Erfassung und Auswertung der eingangsseitigen Spannungspegel erfolgt.
Bei dem Schutzschalter T₁ kann es sich insbesondere um einen hochspannungsfesten npn-Bipolartransistor oder MOS-Feldeffekttransistor handeln.
Der Schutzschalter T₁ ist dabei Teil einer Schutzschaltung 9, die eine Steuereinheit μC₁ aufweist. Die Steuereinheit μC₁ steuert aktiv durch Ausgabe eines Schaltsignals, z. B. der Gate-Spannung U _G1 eines MOSFETs, den Schutzschalter T₁ an. Die Steuereinheit μC₁ kann eine integrierte Schaltung, wie beispielsweise Mikrocontroller sein. Zusammen mit dieser Steuereinheit kann auch der Schutzschalter T₁ als Transistor mit integriert sein. Die Schutzschaltung kann also diskret aufgebaut und/oder Software-gesteuert sein.
Der Steuereinheit μC₁ wird ebenfalls das an den externen Anschlüssen K-K' der Schnittstelle anliegende Signal zugeführt. Somit erfasst die Steuereinheit μC₁ der Schutzschal tung 9, ob ein potentiell gefährliches Netzspannungssignal an den Anschlüssen K-K' anliegt.
Erfindungsgemäß ist nunmehr vorgesehen, dass als Grundeinstellung der Schalter T₁ geöffnet ist, dass also der hochohmiger Widerstand R₁ in Serie zum Primärzweig des Optokopplers 2 geschaltet ist. Die Steuereinheit μC₁ schließt den Schalter T₁ nur, wenn während einer vorbestimmten Zeitdauer festgestellt wurde, dass kein Netzspannungssignal an den Anschlüssen K-K' anliegt. Diese Zeitdauer ist dabei so gewählt, dass sie wenigstens der Zeitdauer einer halben Periode der Netzspannung beträgt.
Das Überbrücken des Strombegrenzungswiderstands R₁ findet dabei erst dann zeitverzögert statt, wenn sicher keine Netzspannung anliegt. Falls dagegen bei geschlossenem Schalter T₁ das Anliegen einer Netzspannung erfasst wird, wird der Schalter T₁ wieder sofort geöffnet, um den Strombegrenzungswiderstand R₁ wieder in Serie zu dem Optokoppler 2 zu schalten.
Im Übrigen schützt diese Schutzschaltung durch den genannten Mechanismus auch den Empfangszweig davor, dass er aktiviert wird, während ein Netzspannungssignal anliegt.
1b zeigt eine Ausführungsform für die Steuereinheit μC₁. Der Steuereinheit μC₁ wird eingangseitig unter anderem ein Analogsignal U _in zugeführt, das von der an den eingangsseitigen Anschlüssen der Schnittstelle anliegenden digitalen Busspannung U _Bus bzw. von der gleichgerichteten und geglätteten Netzwechselspannung U _Netz abgeleitet ist. Dieses Signal wird mittels einer Verzögerungseinheit um beispielsweise 5 ms verzögert und das verzögerte Signal dann dem Setzeingang S eines RS-Flipflops FF zugeführt. Dem Rücksetzeingang R1 dieses RS-Flipflops FF wird das unverzögerte Signal U _in zugeführt.
Genauer gesagt wird das unverzögerte Signal U _in dem nichtinvertierenden Eingang eines Komparators KP zugeführt, an dessen invertierendem Eingang eine Referenzspannung U _So mit einem Gleichspannungspegel von z. B. 22 V anliegt, also einem Pegel, der etwas niedriger gewählt ist als der maximal zulässige Hochpegel des digitalen Bussignals.
Da es sich bei dem Rücksetzeingang R1 des RS-Flipflops FF um einen dominierenden Rücksetzeingang handelt, das Rücksetzsignal am Eingang R1 der bistabilen Kippstufe also Priorität hat, wird das Ausgangssignal des RS-Flipflops FF ohne zeitliche Verzögerung auf „logisch Null" gesetzt, so dass entsprechend der Schalter T₁ wieder geöffnet wird.
In 2a ist eine zweite schaltungstechnische Realisierung der erfindungsgemäßen Schnittstelle dargestellt, welche sich von dem in 1a skizzierten Ausführungsbeispiel lediglich dadurch unterscheidet, dass der zwischen den beiden Betriebsarten umschaltende Schutzschalter T₁ über eine als Fensterkomparator realisierte Diskriminatorschaltung wertdiskriminiert angesteuert wird, die eingangsseitig über den Strombegrenzungswiderstand R₁ mit dem Analogsignal U _in beaufschlagt wird. Das digitale Ausgangssignal der Diskriminatorschaltung bildet dabei das Steuersignal U _G1 des Schutzschalters T₁. Wie in 2a dargestellt, kann die in den Sendezweig 5 integrierte Diskriminatorschaltung z. B. in Verbindung mit dem steuerbaren Leistungsschalter T₁ oder einzeln als anwendungsspezifischer, monolithisch integrierter Schaltungsbaustein realisiert sein.
Die Diskriminatorschaltung wird dabei über eine zum Betrieb erforderliche Versorgungsspannung U _V gespeist, bei der sich, wie erfindungsgemäß vorgesehen, z. B. um das von der Netzwechselspannung U _Netz bzw. von der digitalen Busspannung U _Bus abhängige Signal U _in handeln kann. Somit wird keine zusätzliche Spannungsquelle zur Spannungsversorgung der Diskriminatorschaltung benötigt.
Darüber hinaus kann bei diesem Ausführungsbeispiel optional vorgesehen sein, dass der mit dem Signal U _in beaufschlagte Eingang K_i' der Diskriminatorschaltung mit der spannungsführenden Ausgangsleitung eines als RC-Glied realisierten passiven Tiefpassfilters erster Ordnung verbunden ist, das aus dem hochohmigen Eingangswiderstand R₁ und einem zwischen K_i' und den Masseknoten der Schnittstelle geschalteten Filterkondensator C gebildet wird und zur Glättung der auf den Eingang K_i' der Diskriminatorschaltung geführten getasteten und gleichgerichteten Netzwechselspannung U _Netz dient.
In 2b ist der erfindungsgemäße Schaltungsaufbau der als Fensterkomparator realisierten Diskriminatorschaltung für das Ausführungsbeispiel der in 2a dargestellten Schnittstelle dargestellt. Durch die Diskriminatorschaltung, welche erfindungsgemäß aus zwei ausgangsseitig mit den Signaleingängen eines UND-Gatters G verbundenen Komparatorstufen KP₁ und KP₂ aufgebaut ist, wird gewährleistet, dass der Steuersignaleingang K₂ des Schutzschalters T₁ über ein digitales Steuersignal U _G1, welches von den Amplitudenwerten des von der Netzwechselspannung U _Netz bzw. von der digitalen Busspannung U _Bus abgeleiteten Analogsignals U _in abhängt, wertdiskriminiert angesteuert wird. Im Einzelnen dient eine ausgangsseitig mit einem ersten Signaleingang des UND-Gatters G verbundene erste Komparatorstufe KP₁ des Fensterkomparators, die über einen invertierenden Eingang mit dem von der Netz wechselspannung U _Netz abhängenden Analogsignal U _in beaufschlagt wird, zum Vergleich der Amplitudenwerte dieses Analogsignals mit dem Spannungspotenzial einer an einem nichtinvertierenden Eingang dieser ersten Komparatorstufe KP₁ anliegenden, vorgebbaren Referenzspannung U _So mit einem Gleichspannungspegel von beispielsweise 24 V. Erfindungsgemäß wird diese erste Komparatorstufe KP₁ über U _in mit der zum Betrieb benötigten Energie versorgt. Eine ausgangsseitig mit einem zweiten Signaleingang des UND-Gatters G verbundene zweite Komparatorstufe KP₂ des Fensterkomparators, die über einen nicht-invertierenden Eingang mit dem von der Netzwechselspannung U _Netz abhängenden Analogsignal U _in beaufschlagt wird, dient zum Vergleich der Amplitudenwerte dieses Analogsignals mit dem Spannungspotenzial einer an einem invertierenden Eingang dieser zweiten Komparatorstufe KP₂ anliegenden, vorgebbaren Referenzspannung U _Su mit einem Gleichspannungspegel von beispielsweise 5 V. Dabei wird die zweite Komparatorstufe KP₂ erfindungsgemäß ebenso wie die erste Komparatorstufe KP₁ über U _in mit der zum Betrieb benötigten Energie versorgt. Eine in Sperrrichtung gepolte Zenerdiode D_Z''' mit einer geeignet festgelegten Durchbruchspannung von beispielsweise 30 V, welche zwischen den mit dem nicht-invertierenden Eingang der zweiten Komparatorstufe KP₂ verbundenen invertierenden Eingang der ersten Komparatorstufe KP₁ und den Masseknoten der Schnittstellenschaltung geschaltet ist, dient dabei als Überspannungsschutz.
Liegen die Amplitudenwerte des vorgenannten Analogsignals U _in unterhalb des Spannungspotenzials der Referenzspannung U _So oder oberhalb der Durchbruchspannung von D_Z''', nimmt die Ausgangsspannung U _out1 der ersten Komparatorstufe KP₁ das Spannungspotenzial ihrer positiven Sättigungsspannung +U _Sat an, welche (positive Logik vorausgesetzt) einem „High”-Pegel von U _out1 entspricht. Liegen die Amplitudenwerte des vorge nannten Analogsignals U _in dagegen in einem Wertebereich zwischen dem Spannungspotenzial der Referenzspannung U _So und der Durchbruchspannung von D_Z''', nimmt die Ausgangsspannung U _out1 der ersten Komparatorstufe KP₁ das Spannungspotenzial ihrer negativen Sättigungsspannung –U _Sat an, welche (wiederum positive Logik vorausgesetzt) einem „Low"-Pegel von U _out1 entspricht.
Bei der zweiten Komparatorstufe KP₂ liegen die Verhältnisse anders, da die Rollen der beiden an dem nicht-invertierenden bzw. invertierenden Eingang dieser Komparatorstufe anliegenden Signale, wie vorstehend beschrieben, gegenüber denen der ersten Komparatorstufe KP₁ vertauscht sind. Liegen die Amplitudenwerte des vorgenannten Analogsignals U _in innerhalb eines Wertebereichs zwischen dem Spannungspotenzial der Referenzspannung U _Su und der Durchbruchspannung von D_Z''', nimmt die Ausgangsspannung U _out2 der zweiten Komparatorstufe KP₂ das Spannungspotenzial ihrer positiven Sättigungsspannung +U _Sat an, welche (positive Logik vorausgesetzt) einem „High"-Pegel von U _out2 entspricht. Liegen die Amplitudenwerte des vorgenannten Analogsignals U _in dagegen unterhalb des Spannungspotenzials der Referenzspannung U _Su oder oberhalb der Durchbruchspannung von D_Z''', nimmt die Ausgangsspannung U _out2 der zweiten Komparatorstufe KP₂ das Spannungspotenzial ihrer negativen Sättigungsspannung –U _Sat an, die (wiederum positive Logik vorausgesetzt) einem „Low”-Pegel von U _out2 entspricht.
Da über den Ausgang des UND-Gatters G nur dann ein Binärsignal mit einem „High"-Pegel bereitgestellt wird, wenn beide Eingangssignale dieses UND-Gatters, bei denen es sich um die beiden digitalen Ausgangsspannungen U _out1 bzw. U _out2 der Komparatorstufen KP₁ und KP₂ handelt, „High"-Pegel führen, befindet sich der Schutzschalter T₁ nur dann in einem Durchschaltbetrieb, wenn die Amplitudenwerte des Analogsignals U _in dem Betrage nach in den durch die beiden Referenzspannungen U _Su und U _So des Fensterkomparators begrenzten Wertebereich hineinfallen und damit die Ungleichungskette U _Su < U _in < U _So erfüllt ist. Wie aus 2b zu entnehmen ist, ist zwischen den Ausgang des UND-Gatters G und den Steuersignaleingang K₂ des Schutzschalters T₁ eine monostabile Kippstufe SR geschaltet, deren Ausgangssignal A', bei dem es sich um das digitale Steuersignal U _G1 des Schutzschalters T₁ handelt, bei Anliegen eines Binärsignals E' mit einem „High"-Pegel an ihrem Eingang nach einer gewissen Umschaltverzögerung von wenigen Nanosekunden Dauer von einem stabilen „Low"-Zustand (Ruhezustand) für eine Verweildauer Δt' von ein paar Millisekunden in einen instabilen „High"-Zustand übergeht, bevor sie wieder von selbst in ihren Ruhezustand zurückkehrt. Hierbei hat eine Änderung des Eingangssignal E' während der Verweildauer Δt' keinerlei Auswirkungen auf den Schaltzustand der monostabilen Kippstufe SR. Durch die Verwendung dieses Univibrators wird gewährleistet, dass auch bei Erfüllung der durch die obige Ungleichungskette U _Su < U _in < U _So vorgegebenen Bedingung zum Durchschalten des Schutzschalters T₁ ein dadurch erzwungenes Kurzschließen der netzspannungsführenden Leitung über den Sendezweig 5 der erfindungsgemäßen Schnittstelle nur für eine durch die Verweildauer Δt' der monostabilen Kippstufe SR vorgegebene Zeit andauert.
Nach dem Zurückkehren des Ausgangssignals A' in den Ruhezustand des Univibrators SR wird der Schutzschalter T₁ wieder zum Umschalten in den Sperrzustand veranlasst. Die Schnittstelle arbeitet bei Einhaltung der Bedingung also nur für eine durch die Verweildauer Δt' der monostabilen Kippstufe SR vorgegebene Zeit in einem DALI/DSI-Betriebsmodus, in dem die über die netzspannungsführende Leitung bereitgestellte Netzwechselspannung U _Netz kurzgeschlossen ist. Um den steuerbaren Leistungsschalter T₁ zum Umschalten in einen in Bezug auf die Netzspannungsfestigkeit der Schnittstelle sicheren Betriebsmodus zu veranlassen, braucht lediglich abgewartet zu werden, bis der Univibrator SR wieder seinen stabilen Zustand annimmt.
Ist die durch die vorstehende Ungleichungskette vorgegebene Bedingung nicht erfüllt, wird am Ausgang des UND-Gatters G ein Binärsignal mit einem „Low"-Pegel bereitgestellt, der unverändert auf den Ausgang der monostabilen Kippstufe SR weitergeschaltet wird, was dazu führt, dass der Schutzschalter T₁ in diesem Falle sperrt und die netzspannungsführende Leitung nicht über den Sendezweig 5 der erfindungsgemäßen Schnittstelle kurzgeschlossen wird. Dies führt dazu, dass die Schnittstelle in einem Betriebsmodus verbleibt, in dem die an ihrem Netzspannungseingang K-K' anliegende Netzwechselspannung U _Netz nicht über T₁ kurzgeschlossen werden kann. In dieser Betriebsart ist nur über den hochohmigen Eingangswiderstand R₁ der Schutzschaltung 9, den Primärzweig des sendeseitigen Optokopplers 2 sowie über den Sekundärzweig des empfangsseitigen Optokopplers 3 ein Stromfluss möglich.
In 3a ist eine dritte schaltungstechnische Realisierung der erfindungsgemäßen Schnittstelle dargestellt, welche sich von den in 1a und 2a skizzierten Ausführungsbeispielen dadurch unterscheidet, dass der zwischen den beiden Betriebsarten umschaltende Schutzschalter T₁ über ein in den Sendezweig 5 der Schnittstelle integriertes, aus diskreten elektronischen Bauelementen aufgebautes passives Verzögerungsglied zeitverzögert angesteuert wird, welches eingangsseitig mit der Netzwechselspannung U _Netz oder der digitalen Busspannung U _Bus beaufschlagt wird. Das passive Verzögerungsglied kann dabei z. B. ein ausgangsseitig mit dem Steuersignaleingang K₂ des Schutzschalters T₁ und dem Masseknoten der Schnittstelle verbundenes passives Tiefpassfilter erster Ordnung umfassen, das durch ein RC-Glied, bestehend aus einer mit dem vorgenannten Masseknoten verbundenen Gatekapazität C _G1 des als MOSFET realisierten Schutzschalters T₁ und einem zwischen den Steuersignaleingang von T₁ und den Verbindungsknoten zwischen der Konstantstromquelle KSQ und dem Primärzweig des sendeseitigen Optokopplers 2 geschalteten Ohmschen Widerstand R₂ (Entladewiderstand), gebildet wird. Das Produkt aus der Gatekapazität C _G1 und dem Entladewiderstand R₂ des MOSFETs T₁ bildet dabei ein Maß für die erzielbare Einschaltverzögerungszeit seines Steuersignals U _G1. Diese Zeitkonstante τ kann dabei durch eine geeignete Dimensionierung der ohmschen und kapazitiven Bauelemente des RC-Glieds so bemessen sein, dass das Spannungspotenzial an einem über einen Strombegrenzungswiderstand R₁ mit dem Primärzweig des sendeseitigen Optokopplers 2 und über eine in Sperrrichtung gepolte Diode D mit dem Steuersignaleingang K₂ des Schutzschalters T₁ verbundenen Knoten K₁ im Sperrbetrieb des Schutzschalters T₁ schneller die Schaltspannung von T₁ erreicht als das an dessen Steuersignaleingang K₂ anliegende Spannungspotenzial von U _G1.
Der Wirkwiderstandsanteil der Gesamtimpedanz des RC-Glieds kann erfindungsgemäß aber auch aus dem äquivalenten Widerstandswert der Parallelschaltung der beiden Ohmschen Widerstände R₁ und R₂ gebildet werden, die an einem Ende jeweils mit dem Primärzweig des sendeseitigen Optokopplers 2 und an einem anderen Ende mit dem vorgenannten Knoten K₁ bzw. mit dem Steuersignaleingang K₂ des Schutzschalters T₁ verbunden sind. Der äquivalente Widerstandswert der Parallelschaltung kann dabei durch eine geeignete Dimensionierung der beiden Ohmschen Widerstände R₁ und R₂ so bemessen sein, dass im Sperrbetrieb des Schutzschalters, abhängig vom Effektivwert der gleichgerichteten Netzwechselspannung U _Netz, genügend Strom zum Betrieb des sendeseitigen Optokopplers 2 durch den Sendezweig 5 fließt.
Der Steuersignaleingang K₂ des Schutzschalters T₁ ist bei diesem Ausführungsbeispiel über die in Sperrrichtung gepolte Schutzdiode D mit einer weiteren Konstantstromquelle KSQ' verbunden, die den über die Parallelschaltung der beiden Ohmschen Widerstände R₁ und R₂ fließenden Strom auf einem näherungsweise konstanten Niveau hält. Eine kathodenseitig über einen Kollektorwiderstand R_C3 eines zum Betrieb dieser Konstantstromquelle KSQ' benötigten Bipolartransistors T_3b mit dem Knoten K₁ und anodenseitig mit dem Masseknoten der Schnittstelle verbundene, in Sperrrichtung gepolte Zenerdiode D_Z' mit einer geeignet dimensionierten Durchbruchspannung dient dabei als Überspannungsschutz für den Steuersignaleingang von T₁.
Da die beiden Konstantstromquellen KSQ und KSQ' in dem skizzierten Ausführungsbeispiel gleich aufgebaut sind, werden sie im Folgenden gemeinsam beschrieben, wobei sich die nicht eingeklammerten Bezugszeichen auf die elektronischen Bauelemente der Konstantstromquelle KSQ beziehen und die in runden Klammern angegebenen Bezugszeichen auf die elektronischen Bauelemente der baugleichen Konstantstromquelle KSQ'. Wie in 3a dargestellt, können die beiden Konstantstromquellen KSQ und KSQ' zwei zueinander in Wechselwirkung stehende Bipolartransistoren T_2a und T_2b (bzw. T_3a und T_3b) umfassen, die über ihre Basiselektroden mit dem Kollektor bzw. mit dem Emitter des jeweils anderen Bipolartransistors verschaltet sind, sowie einen zwischen die Emitterelektroden der jeweiligen Bipolartransistoren T_2a und T_2b (bzw. T_3a und T_3b) geschalteten Ohmschen Widerstand R_E2 (R_E3) (Emitterwiderstand). Bei einem Anstieg des durch T_2b (T_3b) fließenden Kollektorstroms I _C2b (I _C3b), bei dem es sich um einen durch einen Span nungsabfall der amplitudengetasteten und gleichgerichteten Netzwechselspannung U _Netz bzw. um einen Spannungsabfall der digitalen Busspannung U _Bus an einem Kollektorwiderstand R_C2 (R_C3) des Bipolartransistors T_2b (T_3b) hervorgerufenen Strom handelt, wird der Emitter in seiner Spannung gegenüber der Basis von T_2b (T_3b) angehoben, was dazu führt, dass die Basis-Emitter-Spannung U _BE2b (U _BE3b) von Transistor T_2b (T_3b) sinkt. Dies steuert den Bipolartransistor T_2b (T_3b) in einen hochohmigen Zustand und lässt den Kollektorstrom I _C2b (I _C3b) sofort wieder sinken. Bei einer Abnahme des Kollektorstroms I _C2b (I _C3b) wird dagegen die Basis-Emitter-Spannung U _BE2b (U _BE3b) größer, wodurch T_2b (T_3b) in einen niederohmigen Zustand gesteuert wird und der Kollektorstrom I _C2b (I _C3b) wieder ansteigt. Die Konstantstromquelle KSQ hält auf diese Weise die Stromstärke des durch den Primärzweig des sendeseitigen Optokopplers 2 fließenden Stroms auf einem näherungsweise konstanten Niveau, während die Konstantstromquelle KSQ', wie bereits erwähnt, dazu dient, den über die Parallelschaltung der beiden Ohmschen Widerstände R₁ und R₂ fließenden Strom auf einem näherungsweise konstanten Niveau zu halten.
In 3b ist eine funktionsäquivalente Schaltungsvariante der in 3a abgebildeten Schnittstelle dargestellt, bei der der Entladewiderstand R₂ des RC-Glieds nicht, wie in 3a dargestellt, ebenso wie der Strombegrenzungswiderstand R₁ mit dem Verbindungsknoten zwischen der Konstantstromquelle KSQ und dem Primärzweig des sendeseitigen Optokopplers 2 verbunden ist, sondern direkt mit der spannungsführenden Ausgangsleitung des Vollweg-Gleichrichters 8.

Claims

Schnittstelle für Betriebsgeräte (6) zur Ansteuerung von Leuchtmitteln (7), wobei die Schnittstelle aufweist: – einen ersten Anschluss (K-K'), an den wahlweise von einem mit Netzspannung (U _Netz) versorgten Taster oder Schalter herstammende Signale oder Digitalsignale (U _Bus) angelegt werden können, – eine Signalverarbeitungsschaltung (5), die die jeweils angelegten Signale (U _Netz bzw. U _Bus) aufbereitet und an – einem zweiten Anschluss (K_S) zur Weitergabe an eine Steuereinheit eines angeschlossenen Betriebsgeräts (6) zur Steuerung der Leuchtmittel (7) entsprechend dem jeweils anliegenden Signal (U _Netz bzw. U _Bus) bereitstellt, und – eine Schutzschaltung (9), die im Normalzustand die Signalverarbeitungsschaltung (5) in einen Zustand versetzt, indem sie zur Aufbereitung von Taster- oder Schaltersignalen (U _Netz) konfiguriert ist, und die Signalverarbeitungsschaltung (5) nur dann in Zustand versetzt, in dem sie zur Aufbereitung von Digitalsignalen (U _Bus) konfiguriert ist, wenn die Schutzschaltung (9) während einer vorbestimmten Zeitdauer an dem ersten Anschluss (K-K') kein Anliegen eines Netzspannungssignals (U _Netz) erfasst.
Schnittstelle nach Anspruch 1, bei der die Schutzschaltung (9) die Schnittstelle unverzüglich für Netzspannungssignale (U _Netz) konfiguriert, wenn sie ein Anliegen eines Netzspannungssignals (U _Netz) erfasst.
Schnittstelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Schutzschaltung (9) eine integrierte Schaltung ist.
Schnittstelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der zur Konfigurierung der Schnittstelle für Netzspannungssignale (U _Netz) ein Strombegrenzungswiderstand (R₁) geschaltet ist, der durch die Schutzschaltung (9) zur Konfigurierung der Schnittstelle für Digitalsignale (U _Bus) durch Schließen eines Schutzschalters (T₁) überbrückt wird.
Schnittstelle nach Anspruch 4, bei der eine Konstantstromquelle (KSQ) parallel zu dem Strombegrenzungswiderstand (R₁) und in Serie zu dem Schutzschalter (T₁) geschaltet ist.
Schnittstelle nach Anspruch 4 oder 5, bei der Schutzschalter (T₁) eine Transistor ist, der zusammen mit der Schutzschaltung (9) als integrierte Schaltung ausgeführt ist.
Schnittstelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die vorbestimmte Zeitdauer wenigstens so lang wie eine Halbwelle der Netzspannung ist.
Schnittstelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin aufweisend einen mit dem ersten Anschluss (K-K') verbindbaren Empfangszweig (4) für Digitalsignale, die der Schnittstelle von der Steuereinheit eines angeschlossenen Betriebsgeräts (6) zuführbar sind.
Schnittstelle nach Anspruch 8, bei der die Schnittstelle den Empfangszweig (4) nur dann freigibt, wenn während einer vorbestimmten Zeitdauer die Schutzschaltung (9) an dem ersten Anschluss (K-K') kein Anliegen einer Netzspannung (U _Netz) erfasst.
Schnittstelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die eine Potentialtrennungseinheit (2) aufweist, die primärseitig mit dem ersten Anschluss (K-K') und sekundärseitig mit dem zweiten Anschluss (K_S) verbunden ist.
Schnittstelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Schutzschaltung (9) einen Microcontroller (μC₁ bzw. μC₂) aufweist.
System, aufweisend eine Schnittstelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche und ein Betriebsgerät (6) für Leuchtmittel (7).
System nach Anspruch 10, bei dem das Betriebsgerät (6) eine Vorschaltgerät für Gasentladungslampen oder LEDs ist.
Schnittstelle für Betriebsgeräte (6) zur Ansteuerung von Leuchtmitteln (7), wobei die Schnittstelle aufweist: – einen Sendezweig (5), an den wahlweise von einem mit Netzspannung (U _Netz) versorgten Taster oder Schalter herstammende Signale oder Digitalsignale (U _Bus) eingehen können, – eine Signalverarbeitungsschaltung (5), die die jeweils angelegten Signale (U _Netz bzw. U _Bus) aufbereitet, – einen Empfangszweig (4) zum Aussenden von Digitalsignalen und – eine Schutzschaltung (9), die den Empfangszweig (4) nur dann freigibt, wenn die Schutzschaltung (9) während einer vorbestimmten Zeitdauer an dem ersten Anschluss (K-K') kein Anliegen eines Netzspannungssignals (U _Netz) erfasst.
Schnittstelle für Betriebsgeräte (6) zur Ansteuerung von Leuchtmitteln (7), wobei die Schnittstelle aufweist: – einen ersten Anschluss (K-K'), an den wahlweise von einem mit Netzspannung (U _Netz) versorgten Taster oder Schalter herstammende Signale oder Digitalsignale (U _Bus) angelegt werden können, – eine Signalverarbeitungsschaltung (5), die die jeweils angelegten Signale (U _Netz bzw. U _Bus) aufbereitet und an – einem zweiten Anschluss (K_S) zur Weitergabe an eine Steuereinheit eines angeschlossenen Betriebsgeräts (6) zur Steuerung der Leuchtmittel (7) entsprechend dem jeweils anliegenden Signal bereitstellt, und – eine Schutzschaltung (9), die die Schnittstelle aktiv von einer Konfigurierung „Digitalsignal” (U _Bus) in eine Konfigurierung „Tastersignal” (U _Netz) bzw. umgekehrt überführt.
Verfahren zum Betrieb einer Schnittstelle für Betriebsgeräte (6) zur Ansteuerung von Leuchtmitteln (7), wobei die Schnittstelle aufweist: – einen ersten Anschluss (K-K'), an den wahlweise von einem mit Netzspannung (U _Netz) versorgten Taster oder Schalter herstammende Signale oder Digitalsignale (U _Bus) angelegt werden können, – eine Signalverarbeitungsschaltung (5), die die jeweils angelegten Signale (U _Netz bzw. U _Bus) aufbereitet und an – einem zweiten Anschluss (K_S) zur Weitergabe an eine Steuereinheit eines angeschlossenen Betriebsgeräts (6) zur Steuerung der Leuchtmittel (7) entsprechend dem jeweils anliegenden Signal bereitstellt, wobei im Normalzustand die Signalverarbeitungsschaltung (5) in einen Zustand versetzt wird, in dem sie zur Aufbereitung von Taster- oder Schaltersignalen (U _Netz) konfiguriert ist, und die Signalverarbeitungsschaltung (5) nur dann in einen Zustand versetzt wird, in dem sie zur Aufbereitung von Digitalsignalen (U _Bus) konfiguriert ist, wenn während einer vorbestimmten Zeitdauer an dem ersten Anschluss (K-K') kein Anliegen eines Netzspannungssignals (U _Netz) erfasst wird.