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Die Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der Schnittstellen für Betriebsgeräte der Gebäudetechnik, insbesondere für angeschlossene Leuchtmittel. Die Schnittstelle weist einen Empfangszweig für eingehende Signale, bspw. von einem Bus, und optional auch einen Sendezweig auf. Die Schnittstelle kann zum Empfang von digitalen und/oder analogen Signalen ausgelegt sein. Die Signale können Amplituden im Niedervoltbereich (bspw. unter 15 Volt) und/oder Netzspannungsbereich (220 V bis 250 Volt) aufweisen. Die eingehenden Signale können DC- oder AC-Signale sein.
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Der Empfangszweig der von der Erfindung angesprochenen Schnittstellen weist ein Potentialtrennglied auf.
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Aus der
WO 2006/010416 ist eine bidirektionale Schnittstelle bekannt, über die ein Betriebsgerät für ein Leuchtmittel über einen Bus mit einer Zentrale digitale Daten austäuschen kann. Die Schnittstelle besteht aus einem Empfangszweig mit sich daran anschließendem Potentialtrennglied sowie einem Sendekanal. Der Empfangszweig und der Sendekanal sind an den zur Verbindung mit dem Bus bestimmten Anschlüssen zusammengeführt. Dadurch kann der Empfangszweig die von dem Sendekanal auf den Bus gegeben Daten mitlesen, was auch erwünscht ist. Der Empfangszweig soll nämlich die von dem Sendekanal ausgegeben Daten kontrollieren und – falls Zeitfehler festgestellt werden – korrigieren.
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Die Erfindung befasst sich mit einem anderen Problem, das nicht auf die Kombination des Empfangszweigs mit einem Sendekanal beschränkt ist, wohl aber in Zusammenhang steht mit dem Vorhandensein eines sich an den Empfangszweig anschließenden Potentialtrenngliedes, das für eine galvanische Trennung zwischen Eingang und Ausgang des Empfangszweigs notwendig ist.
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Als Potentialtrennglied wird typischerweise ein Optokoppler verwendet. Es sind jedoch auch andere Realisierungen für ein Potentialtrennglied möglich, beispielsweise ein Transformator, der mit einer Grundfrequenz betrieben wird, wobei zur Signalübertragung auf einer Seite des Transformators eine Frequenz aufmoduliert wird, die dann auf der anderen Seite ausgelesen werden kann. Die Signalzustände können über die aufmodulierte Frequenz in digitaler Weise diskriminiert werden.
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Den Potentialtrenngliedern der hier betrachteten Art, die preiswerte Bauelemente sein sollen, ist die Eigenschaft gemeinsam, dass sie relativ große Fertigungstoleranzen aufweisen und außerdem im Betrieb in starkem Maße temperaturabhängig sind. Bisher hat man dem sehr unterschiedlichen Leistungsbedarf der einzelnen Potentialtrennglieder dadurch Rechnung getragen, dass ihnen stets die maximale Leistung zugeführt wurde, mit der Folge, dass die Verlustleistung entsprechend hoch war.
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Ein anderer Aspekt ist, dass Potentialtrennglieder der hier betrachteten Art, insbesondere Optokoppler nur dann ein akzeptables Übertragungsverhalten in Form von noch tolerierbaren Signalverzerrungen aufweisen, wenn sie mit einer bestimmten Mindestleistung betrieben werden. Im Falle von Optokopplern, die mit einem eingeprägten Strom aus einer Stromquelle betrieben werden, bedeutet das, dass es für jedes Exemplar einen bestimmten Mindest-Betriebsstromwert gibt, der nicht unterschritten werden darf. Andernfalls können die Signalverzerrungen bei der Übertragung dazu führen, dass die empfangenen Nutzsignale nicht ausgewertet werden können.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Empfangszweig einer Schnittstelle mit Potentialtrennglied effizienter zu gestalten.
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Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Die abhängigen Ansprüche bilden den zentralen Gedanken der Erfindung in vorteilhafter Weise weiter.
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Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung eines für den Empfang von vorzugsweise digitalen Signalen ausgelegten Empfangszweigs (1) mit sich daran anschließendem Potentialtrennglied (2) mit aktiver elektrischer Grundleistung, vorzugsweise zum Steuern eines Betriebsgerätes (6) für ein Leuchtmittel (7), aufweisend die Schritte:
- – Empfangen, durch den Empfangszweig, von mehreren Signalen von einer internen oder einer externen Signalquelle, und
- – Absenken oder Erhöhen der dem Potentialtrennglied zugeführten Grundleistung, bis ein definierter Signalparameter auf der mit einer Steuereinheit verbundenen Sekundärseite des Potentialtrennglieds einen Schwellenwert unterschreitet bzw. überschreitet.
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Die Steuereinheit kann den definierten Signalparameter auswerten und davon abhängig die Grundleistung des Potentialtrennglieds einstellen.
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Das Potentialtrennglied (2) kann ein Transformator sein, der mit einer Grundfrequenz betrieben wird, welcher zur Signalübertragung eine höhere Frequenz aufmoduliert wird, und
bei dem die Grundfrequenz und/oder deren Amplitude und/oder die Amplitude der Aufmodulation zwecks Minimierung des Leistungsbedarfs des Empfangszweigs (1) eingestellt wird/werden.
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Die Signale können von einem Sendezweig derselben Schnittstelle ausgesendet werden, deren Empfangszweig das Potentialtrennglied aufweist, oder von einer externen Quelle, wie bspw. einer Zentraleinheit oder einem weiteren Betriebsgerät
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Die Einstellung der Grundleistung kann bspw. bei der Fabrikation der Schnittstelle, bei der Inbetriebnahme, und/oder in definierten Abständen ausgeführt werden.
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Die Einstellung der Grundleistung kann durchgeführt werden, wenn eine von der Steuereinheit erfasste Temperaturschwankung einen Grenzwert überschreitet.
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Die Einstellung der Grundleistung kann abhängig von einer erfassten Temperatur erfolgen.
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Die Verzerrung, die ein dem Empfangskanal zugeführter Bit-Impuls beim Passieren des Potentialtrenngliedes erfährt, kann ermittelt und ausgewertet werden, und
die dem Potentialtrennglied zugeführte Leistung kann so gering eingestellt werden, dass der verzerrte Bit-Impuls gerade noch bestimmte Mindestbedingungen hinsichtlich seiner Form, insbesondere hinsichtlich seiner Amplitude und/oder Impulsbreite erfüllt Die vordere Impulsflanke des dem Empfangszweig zugeführten Bit-Impulses (B) kann mit derjenigen des durch das Passieren des Potentialtrenngliedes verzerrten Bit-Impulses (C) verglichen und daraus die Verzögerungszeit (tV) ermittelt werden, und
die dem Potentialtrennglied zugeführte Leistung kann in Abhängigkeit von der Verzögerungszeit eingestellt wird.
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Die Einstellung der dem Potentialtrennglied zugeführten Leistung kann periodisch wiederholt erfolgen.
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Für die Einstellung der dem Potentialtrennglied (2) zugeführten Leistung kann zusätzlich die Temperatur des Potentialtrenngliedes und/oder seiner Umgebung gemessen und berücksichtigt werden.
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Der Bit-Impuls (B) kann ein Testbit-Impuls oder ein Nutzimpuls sein.
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Zweckmäßigerweise wird als Potentialtrennglied ein Optokoppler verwendet, dessen Betriebsstrom zwecks Minimierung des Leistungsbedarfs in dem oben beschriebenen Sinne eingestellt wird.
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In Anwendung des Verfahrens für den bidirektionalen Datenaustausch eines Betriebsgerätes für ein Leuchtmittel über einen Bus mit einer Zentrale kann der Empfangszweig mit sich daran anschließendem Potentialtrennglied zusammen mit einem Sendekanal zusammengeschaltet werden, wobei der Empfangszweig einen Testbit-Impuls erzeugt, den von dem Empfangszweig zwecks Ermittlung der Verzögerungszeit mitliest. Dem Empfangszweig wird außerdem eine Zeit-Information über die Startflanke des Testbit-Impulses übermittelt, so dass das System die Verzögerungszeit ermitteln kann, die zwischen dem Zeitpunkt des Auftretens der Startflanke des originalen Testbit-Impulses und dem Zeitpunkt des Auftretens der Starflanke des durch das Passieren des Potentialtrenngliedes verzerrten Testbit-Impulses liegt.
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Die Startflanke des verzerrten Testbit-Impulses ist in der Regel weniger steil als die des originalen Testbit-Impulses. Das bedeutet gleichzeitig, dass die Pulsbreite des verzerrten Testbit-Impulses geringer als die des originalen Testbit-Impulses ist. Wenn die Verzerrung besonders stark ist, kann das auch eine Amplitudenreduzierung zur Folge haben. Dieser Sachverhalt kann genutzt werden, um festzustellen, ob die Amplitude eines verzerrten Testbit-Impulses noch einen bestimmten Mindestwert erreicht. Durch entsprechende Dimensionierung des Mindest-Amplitudenwertes hat man – unabhängig von der Verzögerungszeit – die Möglichkeit eine Entscheidung darüber zu treffen, ob eine Erhöhung der dem Potentialtrennglied zugeführten Leistung notwendig ist oder nicht.
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Die Verzögerungszeit und/oder der Amplitudenwert sind demnach auch zur Validierung der dem Empfangszweig zugeführten Nutzsignale geeignet.
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Die Erfindung betrifft ferner einen Empfangszweig mit sich daran anschließendem Potentialtrennglied, mit dem die oben definierte Aufgabe gerätetechnisch gelöst werden kann.
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Ein Aspekt der Erfindung sieht dabei Messmittel zum Messen der Verzerrung vor, die ein dem Empfangszweig zugeführter Bit-Impuls beim Passieren des Potentialtrenngliedes erfährt, und ferner Verstellmitteln für die dem Potentialtrennglied zugeführte Leistung in Abhängigkeit von dem Messergebnis, derart, dass der verzerrte Bit-Impuls gerade noch bestimmte Mindestbedingungen hinsichtlich seiner Form, insbesondere hinsichtlich seiner Amplitude und/oder Impulsbreite erfüllt.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht vor eine Schnittstelle für Betriebsgeräte für Leuchtmittel, die zur Durchführung eines Verfahrens der oben genannten Art ausgebildet ist.
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Weiterhin sieht die Erfindung vor eine Integrierte Schaltung, insbesondere ASIC, Mikrokontroller oder Hybrid davon, die dazu ausgestaltet ist, an einem Eingang Signale von einem Empfangszweig einer Schnittstelle über ein Potentialtrennglied auszuwerten, und an einem Ausgang einen elektrischen Parameter, insbesondere elektrische eine Grundenergieversorgung des Potentialtrennglieds direkt oder indirekt einzustellen.
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Die Schaltung kann dabei dazu ausgelegt sein, den elektrischen Parameter abhängig von einer Temperaturerfassung und/oder einer Auswertung der von dem Potentialtrennglied übermittelten Signale des Empfangszweigs einzustellen.
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Die Erfindung sieht auch vor ein Betriebsgerät für Leuchtmittel, aufweisend eine Schnittstelle, die eine derartige Integrierte Schaltung aufweist.
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Die Erfindung sieht gemäss einem Aspekt auch vor ein Beleuchtungssystem, aufweisend mehrere Betriebsgeräte für Leuchtmittel, darunter wenigstens eines der oben genannten Art, wobei die Betriebsgeräte untereinander und/oder mit einer Zentraleinheit über eine Signalleitung, insbesondere einen analogen oder digitalen Bus verbunden sind.
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Die Zentraleinheit oder ein Betriebsgerät kann dabei zum Aussenden von Testsignalen über die Signalleitung ausgelegt sein, so dass ein (weiteres) Betriebsgerät für Leuchtmittel unter Auswertung von diesen im Empfangszweig einer unidirektionalen oder bidirektionalen Schnittstelle eines (weiteren) Betriebsgeräts für Leuchtmittel (adaptiv) die elektrische Grundversorgung eines Potentialtrennglieds seines Empfangszweigs einstellen kann.
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In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass – zur Vermeidung von unnötigen Wiederholungen – der Inhalt sämtlicher Ansprüche zu Offenbarungsgehalt der Beschreibung zählen soll.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen beschrieben.
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Es zeigen:
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1 ein schematisiertes Blockschaltbild einer bidirektionalen Schnittstelle mit einem Empfangszweig und einem sich daran anschließenden Potentialtrennglied sowie einem Sendekanal nach dem Stand der Technik,
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2(a) und (b) zeitliche Verläufe von Testbit-Impulsen vor und nach Passieren des Potentialtrenngliedes,
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3 ein Blockschaltbild wie 1, jedoch mit einem zusätzlichen Block zur Minimierung des Leistungsbedarfs des Empfangszweigs mit sich daran anschließendem Potentialtrennglied.
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1 zeigt eine bidirektionale Schnittstelle nach dem Stand der Technik, wie sie nach der
WO 2006/010416 bekannt ist. Diese Schnittstelle dient zum bidirektionalen Datenaustausch eines Betriebsgerätes (EVG)
6 für ein Leuchtmittel
7 (vorzugsweise eine Leuchtstoffröhre) mit einer entfernten nicht dargestellten Zentrale oder einem weiteren Betriebsgerät über einen Bus
8. An den Anschlussklemmen für den Bus
8 sind der Eingang eines Empfangszweigs
1 und der Ausgang eines Sendekanals
11 zusammengeführt, so dass von dem Sendekanal
11 auf den Bus
8 ausgegebene Daten von dem Empfangszweig
1 mitgelesen werden können. Die ausgetauschten Daten entsprechen alle dem DALI-Standard (DALI = Digital Adressable Lighting Interface).
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An den Ausgang des Empfangszweigs 1 schließt sich ein zur Potentaltrennung dienender Optokoppler 2 an. Dieser wird von einer Stromquelle 3 mit Betriebsenergie versorgt. Zu dem System gehört ferner ein Controller 4, der eine Eingangs-Logik 5 und eine Ausgangs-Logik 9 enthält. Die Ausgangssignale des Optokopplers 2 werden der Eingangs-Logik zugeführt, die ihrerseits diese Signale auswertet und dem Betriebsgerät 6 entsprechende Steuerbefehle zuführt.
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Das Betriebsgerät 6 gibt seinerseits Zustandsinformationen an die Ausgangs-Logik 9 aus, die diese in digitale DALI-Signale umwandelt und über ein weiteres Potentialtrennglied 10 dem Sendekanal 11 zuführt. Letzterer übermittelt die digitalen Ausgangssignale über den Bus 8 an die Zentrale. Die digitalen Ausgangssignale werden – wie oben erwähnt – von dem Empfangszweig 1 mitgelesen, kontrolliert und ausgewertet. Das Auswertungs-Ergebnis kann zu einer Korrektur der auszusendenden digitalen Signale benutzt werden, falls Zeitfehler in den zuvor ausgesendeten Signalen festgestellt wurden.
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Unter der Voraussetzung, dass insbesondere der sich an den Empfangszweig 1 anschließende Optokoppler 2 ein preisgünstiges Bauelement sein soll, muss in Kauf genommen werden, dass er hinsichtlich seiner Leistungsaufnahme beachtliche Herstellungstoleranzen zeigt. Daneben ist die Leistungsaufnahme von Optokopplern ziemlich stark temperaturabhängig. Um das gesamte Spektrum der Leistungsaufnahme abzudecken, hat man den Optokoppler 2, der sich an den Empfangszweig 1 anschließt, bisher mit dem höchstmöglichen Strom betrieben, mit der Folge, dass die Verlustleistung entsprechend hoch war.
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Wie eingangs beschrieben wurde, ist es ein Aspekt der Erfindung, eine Möglichkeit zu schaffen, die von dem Empfangszweig 1 und dem sich daran anschließenden Optokoppler 2 zum Betrieb aufgewendete Leistung auf ein Minimum zu reduzieren, ohne dabei die Übertragungseigenschaften so negativ zu beeinflussen, dass die empfangenen Signale nicht oder nur fehlerhaft lesbar sind. Diese Problematik soll nunmehr anhand der 2(a) und (b) näher erläutert werden.
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In 2(a) ist mit A die Einhüllende einer von der Zentrale über den Bus 8 gesendeten Bit-Signalfolge nach dem DALI-Standard dargestellt. Diese Bit-Signalfolge hat in Abständen eine vorgegebene Lücke von mindestens 10 ms. In diese Lücke sendet der Sendekanal 11 einen in ihm erzeugtes Testbit-Impuls B, den der Empfangszweig 1 mitliest.
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2(b) zeigt nun, wie der Testbit-Impuls beim Passieren des Optokopplers 2 verzerrt wird, und zwar umso stärker, je geringer der dem Optokoppler 2 von der Stromquelle 3 zugeführte Betriebsstrom ist. Der verzerrte Testbit-Impuls C ist demnach das Ergebnis eines relativ hohen Betriebsstromes, während der stärker verzerrte Testbit-Impuls D die Folge eines reduzierten Betriebsstromes für den Optokoppler 2 ist.
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Bereits die verringerte Amplitude des verzerrten Testbit-Impulses kann als Kriterium für die Übertragungsqualität des Empfangszweigs 1 mit sich daran anschließendem Optokoppler 2 verwendet werden. Allerdings eignet sich die Amplitudenhöhe nur zur Beurteilung, ob eine vorgegebener Amplituden-Schwellenwert über- oder unterschritten wird.
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Eine genauere Auswertung erlaubt die Verzögerungszeit tV, die dem zeitlichen Abstand zwischen der Startflanke des originalen Testbit-Impulses und der Startflanke des verzerrten Testbit-Impulses entspricht, und zwar für eine bestimmte Referenzspannung Uref.
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Die analogen oder digitalen Signale zur Einstellung des Potentialtrennglieds können also erzeugt werden:
- – Intern, bspw. durch den Sendezweig der Schnittstelle selbst, und/oder
- – Extern, bspw. von einer Zentrale und/oder einem weiteren Betriebsgerät.
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Gemäss der Schaltungsanordnung in dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 ist nunmehr vorgesehen, dass ein zusätzlicher Schaltungsblock 13 vorgesehen ist, der mit der Eingangs-Logik 5 und der Ausgangs-Logik 9 kommuniziert und ein Steuersignal für die Stromquelle 3 erzeugt, die den Optokoppler 2 mit Betriebsenergie versorgt. Die Ausgangs-Logik 9 meldet dem Block 13 den zeitlichen Beginn der Startflanke des in der Ausgangs-Logik 9 erzeugten Testbit-Impulses B, während der Block 13 von der Eingangs-Logik die Information über den Zeitpunkt erhält, zu dem die Amplitude des verzerrte Testbit-Impulses C die Referenzspannung Uref erreicht. Auf diese Weise kann der Block 13 die Verzögerungszeit tV bestimmen und die Stromquelle 3 für den Optokppler so einstellen, dass eine bestimmter Grenzwert für die Verzögerungszeit tV gerade noch nicht unterschritten wird. Dabei wird der Betriebstrom für den Optokoppler erhöht, wenn eine Verlängerung der Verzögerungszeit tV festgestellt wird, und umgekehrt wird der Betriebsstrom erniedrigt, wenn sich die Verzögerungszeit tV verkürzt.
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Das Einstellen der Stromquelle 3 für den Optokoppler 2 kann einmalig oder aber kontinuierlich wiederholt erfolgen.
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Da der Strombedarf von Optokopplern in starkem Maße temperaturabhängig ist, kann man auch eine zusätzliche oder alternative Stromregelung für die Stromquelle 3 vorsehen, bei der als Istwert-Parameter zusätzlich oder alternativ die dann zu messende Temperatur des Optokopplers und/oder die seiner Umgebung berücksichtigt wird.
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Falls die Verzögerungszeit tV dauerhaft zu lang ist, kann dies zur Validierung der von der Zentrale empfangenen Signale ausgenutzt werden, dahingehend, dass der Wahrheitsgehalt dieser Signale nicht mehr als gesichert anzusehen ist. Umgekehrt kann davon ausgegangen werden, dass die von der Zentrale empfangenen Signale als verlässlich zu bewerten sind.
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Wenn von der Zentrale eine Statusanfrage kommt, so kann ein Bit-Impuls der von dem Sendekanal 11 ausgegebene Antwort anstelle eines separat erzeugten Testbit-Impulses zur Messung der Verzögerungszeit tV verwendet werden.
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Die Leistungsreduzierung durch das verstehend beschriebene erfindungsgemäße Verfahren lässt sich durch die folgenden Zahlen eindrucksvoll belegen:
Der Betriebsstrom für einen Optokoppler, der erforderlich ist, um das gesamte Spektrum der Herstellungstoleranzen und der möglichen Betriebstemperaturen abzudecken, musste bisher ohne die erfinderische Maßnahme mit 400 μA angesetzt werden
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Der Betriebsstrom für einen entsprechend der Erfindung betriebenen Optokoppler beträgt unter normalen Bedingungen etwa 50 μA.
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Daraus ergibt sich eine eingesparte Leistung von 230 V·350 μA = 80 mW. Das sind 30% der Gesamtverluste von 250 mW im Standby-Betrieb.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2006/010416 [0003, 0039]
