DE102007040555A1

DE102007040555A1 - Verfahren und Schaltung zum Identifizieren der Art einer Spannung, insbesondere der einem Betriebsgerät für Notlichtleuchten zugeführten Betriebsspannung

Info

Publication number: DE102007040555A1
Application number: DE200710040555
Authority: DE
Inventors: Christian Nesensohn
Original assignee: Tridonicatco GmbH and Co KG
Current assignee: Tridonic GmbH and Co KG
Priority date: 2007-08-28
Filing date: 2007-08-28
Publication date: 2009-03-05
Anticipated expiration: 2027-08-29
Also published as: DE102007040555B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltung zum Identifizieren der Art einer Spannung V<SUB>mains</SUB>, die mindestens in zwei von mindestens drei verschiedenen zeitlichen Verlaufsformen, wie z. B. als Wechselspannung, als pulsierende Gleichspannung oder als konstante Gleichspannung, vorliegen kann, insbesondere zum Identifizieren der einem Betriebsgerät für Notlichtleuchten zugeführten Betriebsspannung. Die Schaltung enthält einen Brückengleichrichter (B), von dem zwei Messstromkreise (M1, M2) ausgehen, wobei in dem einen positive Stromanteile und in dem anderen negative Stromanteile fließen. Die Identifizierung der Art der anliegenden Spannung erfolgt durch einen Auswerteschaltungsteil (C2, K1, K2).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltung zum Identifizieren der Art einer Spannung, insbesondere der einem Betriebsgerät für Notlichtieuchten zugeführten Betriebsspannung, die in mindestens zwei von mindestens drei verschiedenen zeitlichen Verlaufsformen, wie z. B. als Wechselspannung, als pulsierende Gleichspannung oder als konstante Gleichspannung vorliegen kann.
Nach der EP 0 939 476 B1 ist eine Einrichtung zur zentralen Notlichtversorgung bekannt. Diese Einrichtung enthält einen Brückengleichrichter, der in einem ersten Zustand des Notbetriebes in den Sicherheitsstromversorgungszweig eingeschaltet wird. Die Einrichtung enthält Schaltelemente, die bestimmte nur für den Notbetrieb vorgesehene Leuchten nur dann mit der am Eingang anliegenden Versorgungsspannung verbinden, wenn die Versorgungsspannung eine konstante oder nur aus positiven Halbwellen bestehende Gleichspannung ist, nicht aber, wenn die Versorgungsspannung eine Wechselspannung ist. Eine genaue Differenzierung unterschiedlicher Versorgungsspannungen im Gleich- und Wechselspannungsbereich ist nicht möglich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Schaltung der eingangs beschriebenen Art anzugeben, mit dem/der die die Art einer vorliegenden Spannung, insbesondere der einem Betriebsgerät für Notlichtleuchten zugeführten Betriebsspannung identifizierbar ist.
Die Aufgabe ist für das Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst die vorliegende Spannung gleichgerichtet wird, derart, dass sie in eine positive und eine negative Spannungskomponente zerlegt wird, dass die beiden Spannungskomponenten als Spannungsquellen für zwei Messstromkreise verwendet werden, und dass die Ströme in den beiden Messstromkreisen zur Identifizierung der Art der vorliegenden Spannung ausgewertet werden.
Die Lösung für die Schaltung geht von der nach der EP 0 939 476 B1 bekannten Einrichtung aus, also von einer Schaltung zum Identifizieren der Art einer Spannung, insbesondere der einem Betriebsgerät für Notlichtleuchten zugeführten Betriebsspannung, die in mindestens zwei von mindestens drei verschiedenen zeitlichen Verlaufsformen, wie z. B. als Wechselspannung, als pulsierende Gleichspannung oder als konstante Gleichspannung vorliegen kann, mit Gleichrichtungsmitteln für die vorliegende Spannung, und besteht darin, dass die Gleichrichtungsmittel so ausgebildet sind, dass sie die vorliegende Spannung in eine positive und eine negative Spannungskomponente zerlegen, dass jede der beiden Spannungskomponenten eine Spannungsquelle für einen separaten Messstromkreis bildet, und dass eine Auswerteschaltungsteil vorgesehen ist, welcher die Ströme der beiden Messstromkreise zur Identifizierung der Art der anliegenden Spannung auswertet.
Weiterbildende Maßnahmen sind für das Verfahren Gegenstand der Ansprüche 2 und 3 und für die Schaltung Gegenstand der Ansprüche 5 bis 13. Andere Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche 7 bis 10.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben.
Es zeigen:
1 ein Schaltbild der Schaltung zum Identifizieren der Art einer einem Betriebsgerät für Notlichtleuchten zugeführten Betriebsspannung, die als Wechselspannung, als pulsierende Gleichspannung, als konstante Gleichspannung oder als Nullspannung (keine Spannung) vorliegen kann;
2 bis 25 Spannungsverläufe an einzelnen Punkten der Schaltung bei den unterschiedlichen Betriebsspannungsarten.
Die zu prüfende Betriebsspannung V_mains liegt am Eingang der Schaltung an, die Teil eines elektronischen Vorschaltgerätes (EVG) ist. Sie kann als Wechselspannung mit aufeinander folgenden Halbwellen unterschiedlicher Polarität, als pulsierende Gleichspannung mit aufeinander folgenden Halbwellen gleicher Polarität, als konstante Gleichspannung oder als Nullspannung (keine Spannung) vorliegen. Mit der Schaltung soll die Art der Spannung identifiziert werden. Dazu muss sie zunächst ein Störfilter passieren, das aus zwei symmetrischen Längsdrosseln L1 und L2 und einem quer geschalteten Kondensator C1 besteht. Der Ausgang des Störfilters liegt an Anschlüssen 1 und 2 der einen Diagonalen eines Brückengleichrichters B an, der von vier Brückendioden D1, D2, D3 und D4 gebildet ist. Ein Anschluss 4 der anderen Diagonalen des Brückengleichrichters B liegt an Masse M. Der andere Anschluss 3 der anderen Brückendiagonalen führt eine Spannung, die weiterverarbeitet wird, wobei es hier unwichtig, in welcher Weise die Weiterverarbeitung erfolgt.
Für die nachfolgende Beschreibung und die entsprechenden Darstellungen in den einzelnen Figuren wird der Einfachheit unterstellt, dass die am Eingang des Störfilters anliegende Betriebsspannung V_mains durch das Störfilter keine Veränderung erfährt, dass also die Betriebsspannung V_mains auch an den Anschlüssen 1 und 2 des Brückengleichrichters B anliegt.
Die Schaltung enthält zwei Messstromkreise M1 und M2. Der erste Messstromkreis M1 ist in strichpunktierten Linien dargestellt; der zweite Messstromkreis M2 ist in gestrichelten Linien dargestellt.
Der Strom des ersten Messstromkreises M1 geht vom Anschluss 1 des Brückengleichrichters B aus und fließt weiter durch einen separaten Widerstand R1, einen beiden Stromkreisen gemeinsamen Vorwiderstand R3, einen ebenfalls beiden Stromkreisen gemeinsamen Messwiderstand R4, über Masse M, durch die Brückendiode D3 zu dem Anschluss 2 des Brückengleichrichters.
Der Strom des zweiten Messstromkreises M2 geht von dem Anschluss 2 des Brückengleichrichters B aus und fließt weiter durch den separaten Widerstand R2, den gemeinsamen Vorwiderstand R3, den gemeinsamen Messwiderstand R4, über Masse M, durch die Brückendiode D4 zu dem Anschluss 1 des Brückengleichrichters B.
An den Anschlüssen 1 und 2 der einen Brückendiagonalen entstehen zwei Teilspannungen unterschiedlicher Polarität, die die Spannungsquellen für die beiden Messstromkreise M1 und M2 bilden und Ursache für den Fluss der Ströme in den beiden Messstromkreisen sind.
In dem Messstromkreis M1 fließt Strom, solange der Anschluss 1 positiv ist und der Anschluss 2 negativ. Umgekehrt fließt in dem Messstromkreis M2 Strom, wenn der Anschluss 2 positiv und der Anschluss 1 negativ ist.
Wenn V_mains eine Wechselspannung mit wechselnden positiven und negativen Netzhalbwellen ist, so ergibt die Betrachtung, dass ein Strom während der positiven Netzhalbwelle durch den Messstromkreis M1 fließt, während durch den Messstromkreis M2 ein Strom während der negativen Netzhalbwelle fließt. Beide Ströme fließen allerdings – wie die Pfeile andeuten – durch den Vorwiderstand R3 und den Messwiderstand R4 in gleicher Richtung. Um die durch den Messwiderstand R4 fließenden Ströme danach unterscheiden zu können, ob sie zum Messstromkreis M1 oder zum Messstromkreis M2 gehören, sind die Widerstandswerte der separaten Widerstände R1 und R2 unterschiedlich gewählt. Dadurch sind auch die Ströme der beiden Messstromkreise M1 und M2 unterschiedlich, denn der Widerstand R1 gehört nur zum Messstromkreis M1 und der Widerstand R2 nur zum Messstromkreis M2.
Der Spannungsabfall über den Messwiderstand R4 wird durch eine Auswerteschaltung ausgewertet, die einen Entstörkondensator C2 und zwei Komparatoren K1 und K2 umfasst. Die an dem Messwiderstand R4 abfallende Spannung ist mit V_ac/dc bezeichnet. Dem Komparator 1 wird einerseits die über R4 abfallende Messspannung zugeführt und andererseits als Schwellwert die Spannung V_ref/high. Dem Komparator K2 wird ebenfalls die über den Messwiderstand R4 abfallende Messspannung V_ac/dc zugeführt und dazu als Schwellwert die Spannung V_ref/low. Die Ausgangsspannung des Komparators K1 ist mit V_out/high bezeichnet, während die Ausgangsspannung des Komparators K2 mit V_out/low bezeichnet ist.
Für die weiteren Betrachtungen sei vorausgesetzt, dass der separate Widerstand R2 größer als der separate Widerstand R1 ist. Das bedeutet, dass der Strom in den ersten Messstromkreis M1 größer ist, als der Strom in dem zweiten Messstromkreis M2.
In 2 ist ein erster Fall für die Betriebsspannung V_mains gezeigt, bei dem diese aus positiven und negativen Netzhalbwellen besteht. An dem Messwiderstand R4 fällt dadurch eine Spannung ab, die aus positiven Halbwellen besteht, und zwar wechselweise aus solchen mit höherer und solchen mit niedrigerer Amplitude. Die Halbwellen mit höherer Amplitude sind kennzeichnend für den Strom in dem zweiten Messstromkreis M1, während die Halbwellen mit niedrigerer Amplitude kennzeichnend für den Strom im ersten Messstromkreis M2 sind. Dies ist in 3 dargestellt.
4 zeigt nun die Bewertung des Spannungsverlaufes gemäß 3 in den beiden Komparatoren K1 und K2. Die Ausgangsspannung des Komparators K1 ist in 5 gezeigt, und die Ausgangsspannung des Komparators K2 ist in 4 gezeigt. Man erkennt, dass der Komparator K2 mit dem niedrigeren Schwellwert V_ref/low an seinem Ausgang eine Impulsfolge entstehen lässt, die derjenigen der Netzhalbwellen in 3 entspricht. Dagegen können am Ausgang des Komparators K1 mit dem höheren Schwellwert V_ref/high nur die Halbwellen mit der höheren Amplitude eine Reaktion hervorrufen, so dass gemäß 5 nur jede zweite Halbwelle, und zwar die mit der höheren Amplitude, einen Ausgangsimpuls produziert. Wenn die Betriebsspannung V_mains eine gewöhnliche Netzspannung mit der Frequenz von 50 Hz ist, so treten am Ausgang des Komparators K1 Impulse mit der Pulsfolgefrequenz von 50 Hz auf, während am Ausgang des Komparators K2 Impulse mit der Pulsfolgefrequenz von 100 Hz auftreten. Diese Kombination erlaubt es also, eine gewöhnliche Netzspannung als Betriebsspannung zu identifizieren.
6 zeigt nun eine Betriebsspannung V_mains, die nur aus positiven Netzhalbwellen besteht. Eine solche Betriebsspannung wird beispielsweise durch einen Brückengleichrichter erzeugt. Die nur positiven Netzhalbwellen bewirken, dass nur in dem Messstromkreis M1 mit dem größeren separaten Widerstand R1 ein Strom fließt, und zwar aufgrund beider Halbwellen. In dem Messstromkreis M2 fließt dagegen kein Strom. Die über den Messwiderstand R4 abfallende Messspannung ist in 7 gezeigt. Die Ausgangsspannung des Komparators K2 ist in 8 gezeigt, und die Ausgangsspannung des Komparators K1 ist in 9 gezeigt. Man erkennt, dass am Ausgang beider Komparatoren K1 und K2 Impulse mit einer Pulsfolgefrequenz von 100 Hz auftreten. Dieses Spannungsmuster ist kennzeichnend für die in 6 gezeigte Betriebsspannung V_mains. Mit anderen Worten, die in 6 gezeigte Betriebsspannung kann aufgrund des in den 8 und 9 gezeigten Impulsfolgemusters identifiziert werden.
In 10 ist nun der Fall gezeigt, dass die Betriebsspannung V_mains nur aus negativen Netzhalbwellen besteht. 11 zeigt die Messspannung V_ac/dc, die über dem Messwiderstand R4 abfällt. Diese besteht aus nur positiven Halbwellen, die alle eine geringe Amplitude haben, die durch den größeren separaten Widerstand R2 bestimmt ist. 13 zeigt nun, dass am Ausgang des Komparators K1 mit dem höheren Schwellwert V_ref/high keine Spannung auftritt, während gemäß 12 die Ausgangsspannung des Komparators K2 mit dem niedrigeren Schwellwert V_ref/low aus Impulsen mit der Pulsfolgefrequenz von 100 Hz besteht. Dieses Spannungsmuster ist kennzeichnend für die in 10 gezeigte Betriebsspannung V_mains.
Gemäß 14 besteht die Betriebsspannung V_mains aus einer konstanten positiven Gleichspannung. Gemäß 15 hat dies an dem Messwiderstand R4 einen konstanten Spannungsabfall V_ac/dc zur Folge. Dieser ist höher als die beiden Schwellwerte V_ref/low und V_ref/high für die Komparatoren K1 und K2. Dementsprechend tritt am Ausgang beider Komparatoren eine konstante Gleichspannung auf. Die beiden Gleichspannungen sind gleich. Dieses Spannungsmuster ist demnach kennzeichnend für die in 14 gezeigte Betriebsspannung V_mains.
18 zeigt den Fall, dass die Betriebsspannung eine negative konstante Gleichspannung V_mains ist. Diese hat gemäß 19 an dem Messwiderstand R4 einen Spannungsabfall V_ac/dc zur Folge, der ebenfalls eine konstante Gleichspannung ist. Diese ist niedriger als der höhere Schwellwert V_ref/high für den Komparator K1, aber höher als der niedrigere Schwellwert V_ref/low für den Komparator K2. Das hat zur Folge, dass am Ausgang des Komparators K2 gemäß 20 eine konstante Gleichspannung auftritt, während am Ausgang des Komparators K1 gemäß 21 keine Spannung auftritt. Dieses Spannungsmuster ist demnach kennzeichnend für die in 18 gezeigte Betriebsspannung V_mains.
22 zeigt nun den Fall, dass am Eingang der Prüfschaltung überhaupt keine Spannung anliegt. V_mains ist also Null. Das hat gemäß 23 zur Folge, dass auch an dem Messwiderstand R4 der Spannungsabfall V_ac/dc gleich Null ist. Dementsprechend ist auch die Spannung am Ausgang beider Komparatoren gemäß den 25 und 24 Null. Dieses Spannungsmuster ist demnach kennzeichnend für den Fall, dass am Eingang der Prüfschaltung keine Betriebsspannung vorhanden ist. Wenn die Betriebsspannung abgeschaltet ist, gilt dies für den Fall, dass sich noch genügend Energie in der Zwischenkreisspannung des EVG befindet, um dieses weiter zu betreiben. Als Reaktion auf die Feststellung, dass die Betriebsspannung abgeschaltet wurde, werden in der Regel alle wichtigen Daten gespeichert, bevor die Energie im Zwischenkreis ebenfalls gegen Null geht.
Ergänzend zu 1 sei noch hinzugefügt, dass es nicht erforderlich ist, für die Auswerteschaltung zwei Komparatoren vorzusehen. Es ist auch möglich, statt der beiden Komparatoren K1 und K2 einen einzigen vorzusehen, dessen Eingang für die Bezugsspannung über einen Umschalter wechselweise eine höhere und eine niedrigere Bezugsspannung V_ref/high bzw. V_ref/low zugeführt wird. Um die Ausgangsspannung des einzigen Komparators auszuwerten zu können, muss dann zusätzlich noch die Umschaltfrequenz des Umschalters berücksichtigt werden. Dieser Fall ist in den Zeichnungen nicht dargestellt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 0939476 B1 [0002, 0005]

Claims

Verfahren zum Identifizieren der Art einer Spannung (V_mains), die mindestens in zwei von mindestens drei verschiedenen zeitlichen Verlaufsformen, wie z. B. als Wechselspannung, als pulsierende Gleichspannung oder als konstante Gleichspannung vorliegen kann, dadurch gekennzeichnet, dass die vorliegende Spannung gleichgerichtet wird, derart, dass sie in eine positive und eine negative Spannungskomponente zerlegt wird, dass die beiden Spannungskomponenten als Spannungsquellen für zwei Messstromkreise (M1, M2) verwendet werden, und dass die Ströme in den beiden Messstromkreisen zur Identifizierung der Art der vorliegenden Spannung ausgewertet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Strom in mindestens einem der Messstromkreise (M1, M2) so beeinflusst wird, dass die Stromstärken der Ströme in den beiden Messstromkreisen unterschiedlich sind.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Messstromkreise (M1, M2) in einem gemeinsamen Stromkreisabschnitt zusammengeführt werden, um eine gemeinsame Messspannung zu erzeugen, die zur Identifizierung der Art der vorliegenden Spannung ausgewertet wird.
Schaltung zum Identifizieren der Art einer Spannung (V_mains), insbesondere der einem Betriebsgerät für Notlichtleuchten zugeführten Betriebsspannung, die in mindestens zwei von mindestens drei verschiedenen zeitlichen Verlaufsformen, wie z. B. als Wechselspannung, als pulsierende Gleichspannung oder als konstante Gleichspannung vorliegen kann, mit Gleichrichtungsmitteln für die vorliegende Spannung, dadurch gekennzeichnet, dass dass die Gleichrichtungsmittel so ausgebildet sind, dass sie die vorliegende Spannung in eine positive und eine negative Spannungskomponente zerlegen, dass jede der beiden Spannungskomponenten eine Spannungsquelle für einen separaten Messstromkreis (M1, M2) bildet, und dass eine Auswerteschaltungsteil (C2, K1, K2) vorgesehen ist, welcher die Ströme der beiden Messstromkreise zur Identifizierung der Art der anliegenden Spannung auswertet.
Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichrichtungsmittel von einem Brückengleichrichter (B) gebildet sind, dass die Spannung, deren Art zu identifizieren ist, an den Anschlüssen (1, 2) der einen Diagonalen des Brückengleichrichters anliegt, und dass beide separaten Messstromkreise (M1, M2) zwischen den Anschlüssen (1, 2) der einen Diagonalen des Brückengleichrichters verlaufen.
Schaltung nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der beiden separaten Messstromkreise (M1, M2) einen separaten Widerstand (R1, R2) enthält, dass die Widerstandswerte der beiden separaten Widerstände (R1, R2) voneinander abweichen, und dass beiden Messstromkreise (M1, M2) mindestens einen gemeinsamen Messwiderstand (R3) enthalten.
Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Auswerteschaltungsteil (C2, K1, K2) mindestens einen die Messspannung (V_ac/dc) über dem gemeinsamen Messwiderstand (R4) der beiden Messstromkreise (M1, M2) auswertenden Schwellwertgeber (K1, K2) enthält.
Schaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellwertgeber (K1, K2) bei einem unteren (V_ref/low) und einem oberen Schwellwert (V_ref/high) anspricht.
Schaltung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellwertgeber von zwei parallel geschalteten Komparatoren (K1, K2) gebildet ist, von denen dem einen neben der Messspannung (V_ac/cd) der untere Schwellwert (V_ref/low) und von denen dem anderen neben der Messspannung (V_ac/cd) der obere Schwellwert (V_ref/high) zugeführt wird.
Schaltung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellwertgeber von einem Komparator gebildet ist, dem neben der Messspannung (V_ac/dc) einer der beiden Schwellwerte (V_ref/high, V_ref/low) zugeführt wird, dass die beiden Schwellwerte (V_ref/high, V_ref/low) dem Komparator wechselweise über einen Umschalter zugeführt werden, und dass die Auswerteschaltung die am Ausgang des Komparators auftretenden Spannung unter Berücksichtigung der Umschaltfrequenz auswertet.
Schaltung nach einem Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der gemeinsame Widerstand (R4) der beiden Messstromkreise (M1, M2) von einem Entstörkondensator (C2) überbrückt ist.
Schaltung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den separaten Widerstanden (R1, R2) der beiden Messstromkreise (M1, M2) und dem gemeinsamen Messwiderstand (R4) ein weiterer gemeinsamer Vorwiderstand (R3) geschaltet ist.
Schaltung nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die vorliegende Spannung (V_mains), deren Art zu identifizieren ist, dem Brückengleichrichter (B) über zwei in Serie vorgeschaltete Entstörungsdrosseln (D1, D2) und einen quer liegenden Entstörungskondensator (C1) zugeführt ist.