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Anwendungsgebiet und Stand
der Technik
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Die
Erfindung betrifft ein Steuergerät
zur Funktionssteuerung eines Haushaltsgeräts.
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Haushaltsgeräte, beispielsweise
Induktionskochfelder, weisen üblicherweise
ein Steuergerät
zur Funktionssteuerung auf, das verschiedene elektronische Steuergerätebaugruppen
umfasst. Die elektronischen Steuergerätebaugruppen können beispielsweise
eine Steuerung für
einen Leistungsteil in Form einer Umrichterschaltung einer Induktionsheizeinrichtung
und/oder eine Steuerung für
ein Touchdisplay umfassen. Die Steuergerätebaugruppen werden von einem
Netzteil mit Betriebsenergie versorgt. Das Netzteil ist üblicherweise
als so genanntes Schaltnetzteil ausgebildet, das zur Versorgung
der Steuergerätebaugruppen
eine galvanisch von der Netzspannung getrennte Versorgungsspannung
erzeugt.
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Die
Haushaltsgeräte
verfügen üblicherweise über Bedienelemente
zur Bedienung des Haushaltsgeräts,
beispielsweise zur Heizleistungsein stellung einer Kochstelle und
zum Ein- bzw. Ausschalten der Kochstelle bzw. des Kochfelds. Bei
moderneren Haushaltsgeräten
können
zur Bedienung komplexere, elektronische Bedienelemente vorgesehen
sein, wie beispielsweise so genannte Touchscreens und/oder kapazitive
Sensorelemente, die für
ihre Funktion eine dauerhafte Spannungsversorgung benötigen.
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Um
den Energieverbrauch des Haushaltsgeräts zu minimieren, ist es bei
einer Verwendung derartiger komplexer Bedienelemente notwendig,
deren Leistungsaufnahme in einem Stand-By-Betrieb des Haushaltsgerätes, während dessen
das Haushaltsgerät
nicht verwendet wird, zu minimieren. Ein vollständiges Abschalten der Spannungsversorgung
ist jedoch nicht möglich,
da ein Wiedereinschalten des Haushaltsgerätes voraussetzt, dass die hierfür notwendigen
Bedienelemente bzw. Funktionseinheiten mit Betriebsenergie versorgt
werden.
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Aufgabe und Lösung
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Der
Erfindung liegt als Aufgabe die Bereitstellung eines Steuergeräts zur Funktionssteuerung eines
Haushaltsgeräts
zugrunde, das verglichen mit herkömmlichen Steuergeräten eine
reduzierte Leistungsaufnahme im Stand-By-Betrieb aufweist.
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Die
Erfindung löst
diese Aufgabe durch ein Steuergerät nach Anspruch 1. Vorteilhafte
sowie bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der
weiteren Ansprüche
und werden im Folgenden näher
erläutert.
Der Wortlaut der Ansprüche wird
durch ausdrückliche
Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
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Das
erfindungsgemäße Steuergerät zur Funktionssteuerung
eines Haushaltsgeräts
umfasst Steuergerätebaugruppen,
ein aktivierbares/deaktivierbares Hauptnetzteil zur Versorgung der
Steuergerätebau gruppen
mit Betriebsenergie, ein Bedienelement, welches von einem Benutzer
zum Aktivieren und/oder Deaktivieren des Steuergeräts betätigbar ist,
eine dem Bedienelement zugeordnete Bedienelementschaltung, die mit
dem Hauptnetzteil gekoppelt ist und die dazu ausgebildet ist, den
Betätigungszustand
des Bedienelements zu bestimmen und in Abhängigkeit von dem bestimmten
Betätigungszustand bei
einem vom Benutzer gewünschten
Aktivieren das Hauptnetzteil zu aktivieren oder bei einem vom Benutzer
gewünschten
Deaktivieren das Hauptnetzteil zu deaktivieren, und ein Hilfsnetzteil,
wobei die Bedienelementschaltung ausschließlich durch das Hilfsnetzteil
mit Betriebsenergie versorgt ist. Bevorzugt nimmt das Hilfsnetzteil
im Betrieb weniger Leistung auf als das Hauptnetzteil. Das Hauptnetzteil
kann in Form eines Schaltnetzteils realisiert sein, das aus einer
Netzeingangsspannung eine galvanisch von der Netzeingangsspannung
getrennte Versorgungsspannung zur Versorgung der Steuergerätebaugruppen
erzeugt. Da nach einem Deaktivieren, d. h. in einem Stand-By-Betrieb,
lediglich das Hilfsnetzteil zur Versorgung der Bedienelementschaltung
aktiv ist, d. h. die Steuergerätebaugruppen
nicht mit Betriebsenergie versorgt sind, kann die Leistungsaufnahme
im Stand-By-Betrieb reduziert werden. Ein Wiedereinschalten des
Steuergeräts
bzw. des Haushaltsgeräts ist
problemlos möglich,
da die Bedienelementschaltung durch das Hilfsnetzteil versorgt ist
und bei einer Bedienung des Bedienelements durch einen Benutzer,
der ein Einschalten des Haushaltsgeräts anfordert, eine Aktivierung
des Hauptnetzteils und damit aller Funktionen des Steuergeräts problemlos
möglich
ist.
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In
einer Weiterbildung des Steuergeräts umfasst das Hilfsnetzteil
einen Brückengleichrichter
mit einem ersten und einem zweiten Eingangsanschluss, einen ersten
Kondensator, der zwischen einen Anschluss zum Anschluss an mindestens
einen Außenleiter
eines Wechselstromnetzes und einen der Eingangsanschlüsse des
Brückengleichrichters
eingeschleift ist, und einen zweiten Kondensator, der zwischen einen
An schluss zum Anschluss mindestens eines Nullleiters des Wechselstromnetzes
und den anderen der Eingangsanschlüsse des Brückengleichrichters eingeschleift
ist.
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In
einer Weiterbildung des Steuergeräts ist die Bedienelementschaltung
mit dem Hauptnetzteil mittels mindestens eines Optokopplers gekoppelt. Dies
ermöglicht
eine galvanisch getrennte Ansteuerung des Hauptnetzteils.
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In
einer Weiterbildung des Steuergeräts ist das Bedienelement als
kapazitives Sensorelement ausgebildet, dessen Kapazität sich in
Abhängigkeit von
seinem Betätigungszustand ändert.
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In
einer Weiterbildung des Steuergeräts umfasst die Bedienelementschaltung
einen astabilen Multivibrator, wobei das kapazitive Sensorelement Bestandteil
des astabilen Multivibrators ist, wobei sich eine Betriebsfrequenz
eines Ausgangssignals des astabilen Multivibrators in Abhängigkeit
von der Kapazität
des kapazitiven Sensorelements verändert.
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In
einer Weiterbildung des Steuergeräts umfasst die Bedienelementschaltung
einen Phasenregelkreis (PLL) mit einem Eingangsanschluss, an den das
Ausgangssignal des astabilen Multivibrators angelegt ist, einem
spannungsgesteuerten Oszillator, der ein Oszillationssignal erzeugt,
dessen Frequenz von einer Steuerspannung abhängt, einem Phasendetektor,
der eine Phasendifferenz zwischen dem Ausgangssignal des astabilen
Multivibrators und dem Oszillationssignal bestimmt und in Abhängigkeit von
der Phasendifferenz die Steuerspannung erzeugt, und eine Betätigungsauswerteschaltung,
welche die Steuerspannung zur Bestimmung des Betätigungszustands auswertet.
Da sich die Steuerspannung in Anhängigkeit von der Frequenz des
Ausgangssignals des astabilen Multivibrators verändert, wobei die Frequenz wiederum
vom Betätigungszustand
des kapazitiven Sensorelements abhängt, kann die Steuerspannung
zur Auswertung des Betätigungszustands
verwendet werden.
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In
einer Weiterbildung des Steuergeräts umfassen die Steuergerätebaugruppen
eine Steuerung für
eine Induktionsheizeinrichtung bzw. einen Umrichter zur Ansteuerung
einer Induktionsheizspule der Induktionsheizeinrichtung und/oder
eine Steuerung für
ein Touchdisplay.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Vorteilhafte
Ausführungsformen
der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt und
werden nachfolgend beschrieben. Hierbei zeigt:
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1 ein
Prinzip-Blockschaltbild eines Steuergeräts zur Funktionssteuerung eines
Haushaltsgeräts
und
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2 ein
Prinzip-Blockschaltbild einer Bedienelementschaltung und eines zugehörigen Hilfsnetzteils
des Steuergeräts
von 1.
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Detaillierte Beschreibung
der Zeichnungen
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1 zeigt
ein Prinzip-Blockschaltbild eines Steuergeräts 100 zur Funktionssteuerung
eines Haushaltsgeräts
in Form eines nicht dargestellten Induktionskochfelds.
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Das
Steuergerät 100 umfasst
Steuergerätebaugruppen 101 bis 103,
ein aktivierbares/deaktivierbares Hauptnetzteil 104 zur
Versorgung der Steuergerätebaugruppen 101 bis 103 mit
Betriebsenergie, ein Bedienelement in Form eines kapazitiven Sensorelements
bzw. kapazitiven Tasters 105, dessen Kapazität sich in
Abhängigkeit
von seinem Betäti gungszustand ändert und
das von einem nicht dargestellten Benutzer zum Aktivieren und/oder
Deaktivieren des Steuergeräts 100 bzw.
Kochfelds betätigbar
ist, eine dem kapazitiven Sensorelement 105 zugeordnete Bedienelementschaltung 106,
die mit dem Hauptnetzteil 104 gekoppelt ist und die dazu
ausgebildet ist, den Betätigungszustand
des kapazitiven Sensorelements 105 zu bestimmen und in
Abhängigkeit
von dem bestimmten Betätigungszustand
bei einem vom Benutzer gewünschten
Aktivieren des Kochfelds das Hauptnetzteil 104 zu aktivieren
oder bei einem vom Benutzer gewünschten
Deaktivieren des Kochfelds das Hauptnetzteil 104 zu deaktivieren,
und ein Hilfsnetzteil 107, wobei die Bedienelementschaltung 106 ausschließlich durch
das Hilfsnetzteil 107 mit Betriebsenergie versorgt ist.
Das Hilfsnetzteil 107 bleibt auch in einem deaktivierten
Zustand bzw. einem Stand-By-Betrieb des Steuergeräts 100 aktiv,
d. h. versorgt die Bedienelementschaltung 106 mit Betriebsenergie.
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Die
Steuergerätebaugruppe 101 dient
zur Steuerung einer nicht dargestellten Induktionsheizeinrichtung
bzw. eines Umrichters zur Ansteuerung einer Induktionsheizspule
der Induktionsheizeinrichtung. Die Steuergerätebaugruppe 102 dient
zur Steuerung eines nicht gezeigten Touchdisplays und/oder weiterer
kapazitiver Sensorelemente, über
das bzw. die eine über
das Ein- bzw. Ausschalten hinausgehende Bedienung des Kochfelds
möglich
ist. Die Die Steuergerätebaugruppe 103 dient
exemplarisch zur Steuerung weiterer Funktionen des Induktionskochfelds.
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Das
Hauptnetzteil 104 ist als Schaltnetzteil ausgeführt und
erzeugt eine von einer Netzspannung UN galvanisch getrennte Versorgungsspannung
für die
Steuergerätebaugruppen 101 bis 103.
Wenn das Hauptnetzteil 104 durch die Bedienelementschaltung 106 während eines
Stand-By-Betriebs deaktiviert wird, erzeugt das Hauptnetzteil 104 keine
Versorgungsspannung für
die Steuergerätebaugruppen 101 bis 103, wodurch
die Steuergerätebaugruppen 101 bis 103 und
das Hauptnetzteil 104 während
des Stand-By-Betriebs im Wesentlichen keine Leistung aufnehmen.
Während
des Stand-By-Betriebs nimmt folglich lediglich das Hilfsnetzteil 107 Leistung
zur Versorgung der Bedienelementschaltung 106 auf.
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2.
zeigt ein Prinzip-Blockschaltbild der Bedienelementschaltung 106 und
des zugehörigen Hilfsnetzteils 107 des
Steuergeräts 100 von 1. Das
Hilfsnetzteil 107 umfasst einen Brückengleichrichter 108 mit
einem ersten Eingangsanschluss E1 und einem zweiten Eingangsanschluss
E2, erste Kondensatoren C1 und C2, die zwischen Anschlüsse A1 bzw.
A2 zum Anschluss eines Außenleiters
L1 bzw. L2 eines Wechselstromnetzes und den Eingangsanschluss E1
des Brückengleichrichters 108 eingeschleift
sind, und zweite Kondensator C3 und C4, die zwischen Anschlüsse A3 bzw.
A4 zum Anschluss eines Nullleiters N1 bzw. N2 des Wechselstromnetzes
und den anderen Eingangsanschluss E2 der Eingangsanschlüsse E1 und
E2 des Brückengleichrichters 108 eingeschleift
sind. Das Hilfsnetzteil 107 kann weitere, nicht dargestellte
Baugruppen umfassen, beispielsweise einen Spannungsregler und einen
Glättungskondensator
zur Aufbereitung einer durch den Brückengleichrichter erzeugten
Ausgangsspannung UV, wobei die derart geregelte bzw. stabilisierte
Spannung zur Versorgung der Bedienelementschaltung 106 dient.
Es versteht sich, dass aus der vom Brückengleichrichter 108 erzeugten Spannung
UV noch weitere Spannungen, beispielsweise mit anderen Pegeln oder
umgekehrter Polarität,
erzeugt werden können,
falls diese in der Bedienelementschaltung 106 benötigt werden.
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Die
Bedienelementschaltung 106 umfasst einen astabilen Multivibrator 110,
wobei das kapazitive Sensorelement 105 Bestandteil des
astabilen Multivibrators 110 ist. Eine Betriebsfrequenz
eines Ausgangssignals U1 des astabilen Multivibrators 110 ändert sich
in Abhängigkeit
von der Kapazität
des kapazitiven Sensorelements 105, d. h. abhängig vom
Betäti gungszustand
des kapazitiven Sensorelements 105. Der astabile Multivibrator 110 umfasst
weiter einen Inverter 115, einen Rückkopplungswiderstand R1, der
den Ausgang des Inverters mit seinem Eingang verbindet, und eine
Grundkapazität
C5, die dem kapazitiven Sensorelement 105 parallel geschaltet und
zwischen einen Eingang des Inverters 115 und Masse eingeschleift
ist.
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Zur
Auswertung der Frequenz bzw. der Frequenzänderung des Ausgangssignals
U1 des astabilen Multivibrators 110 umfasst die Bedienelementschaltung 106 einen
Phasenregelkreis 114 mit einem spannungsgesteuerten Oszillator 111,
der ein Oszillationssignal U2 erzeugt, dessen Frequenz von einer Steuerspannung
U3 abhängt,
die von einem Phasendetektor 112 erzeugt wird. Der Phasendetektor 112 ermittelt
eine Phasendifferenz zwischen dem Ausgangssignal U1 des astabilen
Multivibrators 110 und dem Oszillationssignal U2 und erzeugt
die Steuerspannung U3 in Abhängigkeit
von der ermittelten Phasendifferenz.
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Eine
Betätigungsauswerteschaltung 113 wertet
die durch den Phasendetektor 112 erzeugte Steuerspannung
U3 zur Bestimmung des Betätigungszustands
aus. Die Betätigungsauswerteschaltung 113 steuert
einen Optokoppler 109 an, dessen Ausgang mit einem nicht
gezeigten Aktivierungs/Deaktivierungseingang des Hauptnetzteils 104 gekoppelt
ist.
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Nachfolgend
sei der Betrieb des Steuergeräts
nochmals kurz zusammengefasst. Während
eines Stand-By-Betriebs ist lediglich das Hilfsnetzteil 107 aktiv
und versorgt die Bedienelementschaltung 106. Das Hauptnetzteil 104 ist
deaktiviert, d. h. die Steuergerätebaugruppen 101 bis 103 werden
nicht mit Betriebsenergie versorgt.
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Wenn
ein Benutzer das kapazitive Sensorelement 105 betätigt, ändert sich
die Frequenz des Signals U1, wodurch eine Spannungsänderung der Steuerspannung
U3 hervorgerufen wird. Die Betätigungsauswerteschaltung 113 aktiviert
in Reaktion auf die Änderung
der Steuerspannung U3 das Hauptnetzteil 104, wodurch das
Steuergerät 100 bzw.
die Induktionskochstelle vom Stand-By-Betrieb in den normalen Betrieb
wechselt.
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Wenn
der Benutzer während
des normalen Betriebs das kapazitive Sensorelement 105 erneut betätigt, deaktiviert
die Betätigungsauswerteschaltung 113 in
Reaktion auf die Änderung
der Steuerspannung U3 das Hauptnetzteil 104, wodurch das Steuergerät 100 bzw.
die Induktionskochstelle vom normalen Betrieb in den Stand-By-Betrieb
wechselt. Durch Betätigung
des kapazitiven Sensorelements 105 erfolgt folglich eine
Umschalten oder Toggeln zwischen dem normalen Betrieb und den Stand-By-Betrieb.
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Alternativ
kann zum Umschalten vom normalen Betrieb in den Stand-By-Betrieb ein weiteres, nicht
gezeigtes Bedienelement vorgesehen sein, das beispielsweise durch
die Steuergerätebaugruppe 102 angesteuert
und/oder von dieser umfasst sein kann. Für diesen Fall ist ein weiterer,
nicht gezeigter Optokoppler vorzusehen, der an seinem Eingang durch
die Steuergerätebaugruppe 102 angesteuert ist
und der an seinem Ausgang mit der Bedienelementschaltung 106 gekoppelt
ist bzw. in diese eingreift. Wenn im normalen Betrieb ein Abschalten
des Induktionskochfelds durch einen Benutzer angefordert wird, der
hierzu das Bedienelement der Steuergerätebaugruppe 102 betätigt, wird
diese Anforderung über
den Optokoppler an die Bedienelementschaltung 106 übertragen.
Die Bedienelementschaltung 106 bzw. die Betätigungsauswerteschaltung 113 steuert
dann den Optokoppler 109 derart an, dass das Hauptnetzteil 104 deaktiviert
wird. Eine Aktivierung erfolgt, wie weiter oben bereits beschrieben, durch
Betätigen
des Sensorelements 105. Für diesen Fall dient das Bedienelement 105 lediglich
zum Einschalten bzw. zum Überführen in
den normalen Betrieb und das weitere, nicht gezeigte Bedienelement dient
zum Ausschalten bzw. zum Überführen in
den Stand-By-Betrieb.
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Die
gezeigten Ausführungsformen
weisen im Vergleich zu herkömmlichen
Steuergeräten
eine reduzierte Leistungsaufnahme im Stand-By-Betrieb auf, da im Stand-By-Betrieb
lediglich ein solcher Schaltungsteil des Steuergeräts durch
ein separates Netzteil mit Betriebsenergie bzw. Spannung versorgt wird,
der zum Wiedereinschalten bzw. zum Überführen des Steuergeräts bzw.
des Kochfelds in einen normalen Betrieb notwendig ist.