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Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Hilfsschaltung zur Verwendung in Zusammenhang mit einem an einem DALI-Bus angeschlossenen Busteilnehmer, wobei der DALI-Bus zwei Busleitungen und eine zwischen den zwei Busleitungen angeordnete strombegrenzte Spannungsquelle umfasst.
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Der DALI(Digital Addressable Lighting Interface)-Bus ist ein in der Gebäudeautomatisierung verwendetes Bussystem, welches insbesondere zur Steuerung bzw. Regelung von lichttechnischen Betriebsgeräten, wie z. B. Schaltnetzteilen, elektronischen Vorschaltgeräten (EVG) oder elektrischen Leistungsdimmern zum Einsatz kommt. Zu dessen konkreter Implementierung existieren bereits verschiedenste Normen, wie z. B. die IEC 62386 sowie die NEMA 243-2004.
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Der DALI-Bus umfasst eine strombegrenzte Spannungsquelle, die zwischen den beiden Busleitungen (DA+ und DA–) liegt und die eine gewisse Leistung für die Versorgung der angeschlossenen Busteilnehmer (Bus-Interfaces) bereitstellt. Zur digital erfolgenden Übertragung von Daten schließt eine Sendeeinheit des die betreffenden Daten sendenden Busteilnehmers jeweils für kurze Zeiträume die beiden Busleitungen kurz. Dabei werden die Daten werden gemäß Spezifikation des DALI-Bussystems mit dem sogenannten ”Manchester-Code” kodiert, womit gemäß aktuellem DALI-Standard eine Datenübertragungsrate von 1200 bit/s erreicht wird. Da die Manchester-Kodierung jedoch von üblichen Mikrocontrollern nicht hardwareseitig unterstützt wird, wird sie meist in Software implementiert, so dass das zur Datenübertragung notwendige Kurzschließen der als Datenleitungen fungierenden Busleitungen softwaretechnisch realisiert ist (sogenanntes ”Bit-Banging”). Damit können z. B. bei Fehlern in der Software die beiden Busleitungen unbeabsichtigt und dauerhaft kurzgeschlossen werden, womit der gesamte DALI-Bus blockiert ist. Eine Kommunikation über den Bus ist dann auch für andere Busteilnehmer nicht mehr möglich. Ferner kann nicht herausgefunden werden, welcher Busteilnehmer den Bus blockiert, so dass die derzeit einzige Notmaßnahme zur Behebung dieses Zustands das (kurzzeitige) Abschalten der Netzspannung/Sicherung für alle am Bus angeschlossenen Teilnehmer ist. Dies ist erkennbar wenig benutzerfreundlich und führt zudem zu einer vergleichsweise schlechten Betriebssicherheit.
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Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektrische Hilfsschaltung der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit welcher die Benutzerfreundlichkeit und Betriebssicherheit des DALI-Busses erhöht wird.
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Diese Aufgabe wird mit einer elektrischen Hilfsschaltung nach Anspruch 1 gelöst, welche derart gestaltet ist, dass sie einen von der Sendeeinheit des (ihr zugeordneten) Busteilnehmers verursachten Kurzschluss der beiden Busleitungen zeitlich begrenzt. Der Eintritt des vorstehend erläuterten Zustands einer dauerhaften Blockierung des Bussystems wird somit durch zeitliche Begrenzung des von dem betreffenden Busteilnehmer verursachbaren Kurzschlusses wirkungsvoll verhindert.
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Mit anderen Worten sorgt die erfindungsgemäße Hilfsschaltung dafür, dass ein von dem der Hilfsschaltung zugeordneten Busteilnehmer verursachter Kurzschluss der beiden Busleitungen nach einer vorgegebenen bzw. indirekt vorgebbaren Zeit wieder vollautomatisch aufgehoben wird, selbst wenn ein fehlerhafter Schaltzustand der Sendeeinheit des Busteilnehmers dauerhaft besteht. Hierdurch kann nach automatisch erfolgender Aufhebung des Kurschlusses zwischen den beiden Busleitungen also wieder über den Bus kommuniziert werden, wodurch einerseits der Weiterbetrieb der übrigen Busteilnehmer gewährleistet ist und andererseits durch geeignete Abfragen ermittelt werden kann, welcher Busteilnehmer den mittels der Hilfsschaltung aufgehobenen Kurzschluss verursacht hatte. Sodann kann z. B. der betreffende Busteilnehmer gezielt abgeschaltet und/oder neu gestartet werden, so dass eine vollautomatische Beseitigung der Störung ohne Deaktivierung der anderen Busteilnehmer und/oder Blockierung des gesamten Bussystems möglich ist. Die Betriebssicherheit und Benutzerfreundlichkeit des Bussystems wird dabei bereits dann signifikant verbessert, wenn lediglich einzelnen Busteilnehmern eine erfindungsgemäße Hilfsschaltung zugeordnet ist.
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Es versteht sich von selbst, dass im Rahmen der vorliegenden Erfindung die erfindungsgemäße Hilfsschaltung derart an die Elektronik des betreffenden Busteilnehmers angebunden bzw. darin integriert sein muss, dass sie auf die von der Sendeeinheit des betreffenden Busteilnehmers verursachten Kurzschlüsse der Busleitungen Einfluss nehmen kann.
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Eine erfindungsgemäße elektrische Hilfsschaltung lässt sich erkennbar auf verschiedene Weise implementieren, wobei im Rahmen einer ersten bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung vorteilhaft vorgesehen ist, dass die Hilfsschaltung eine Diode und einen sich bei nicht kurzgeschlossenen Busleitungen über die Diode aufladenden Kondensator umfasst, welcher im Falle eines Kurschlusses der Busleitungen einen Entladestrom erzeugt, der derart auf einen dem Kondensator nachgeschalteten Schalter (der Hilfsschaltung) einwirkt, dass der Kurzschluss zwischen den beiden Busleitungen nur solange aufrecht erhalten bleibt, wie der Entladestrom eine vorgegebene Stromstärke (die zur Schaltung des Schalters notwendig ist) übersteigt. Bei dem vorstehend erwähnten Schalter handelt es sich bevorzugt um ein Halbleiterschalterelement (z. B. in Art eines Transistors) bzw. eine Schalteranordnung aus mehreren Halbleiterschaltelementen. Dabei kann – unter Berücksichtigung der konkreten Systemanforderungen auf alle gängigen (Halbleiter-)Schaltelemente zurückgegriffen werden.
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Die erfindungsgemäße Hilfsschaltung bzw. ein im Rahmen der vorliegenden Erfindung nutzbarer Schalter muss jedoch erkennbar so ausgestaltet und angeordnet sein, dass die im Normalbetrieb des Systems zum Zwecke eines Datenversands erzeugten Kurzschlüsse, welche stets von geringer Dauer sind, für den jeweiligen Zeitraum zugelassen werden. Die erfindungsgemäß verlangte zeitliche Begrenzung der Dauer eines durch die Sendeeinheit verursachten Kurzschlusses darf also nicht zu kurz gewählt werden, da ansonsten hierdurch die durch – kurzfristige – Kurzschlüsse der Busleitungen erfolgende Datenübertragung nachteilig beeinträchtigt würde. Dies kann z. B. dadurch gewährleistet werden, dass die Kapazität des Kondensators derart in Abhängigkeit vom Strombedarf des Schalters gewählt ist, dass der durch den Kondensator im Falle eines Kurzschlusses der Busleitungen erzeugte Entladestrom wenigsten für einen so langen Zeitraum eine hinreichend hohe Stromstärke aufweist, dass der Schalter während aller zum Zwecke des Datenversands von der Sendeeinheit des Busteilnehmers zu erzeugenden (kurzfristigen) Kurzschlüsse jeweils für die gesamte Dauer des betreffenden Kurzschlusses in dem zur Herstellung des Kurzschlusses benötigten Schaltzustand verbleibt.
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Wenn nun – z. B. aufgrund eines Softwarefehlers in der Sendeeinheit des Busteilnehmers – ein unbeabsichtigt langer Kurzschluss der beiden Busleitungen verursacht wird, so wird der Kurzschluss im Sinne der vorliegenden Erfindung lediglich solange aufrecht erhalten, bis der durch die vorherige Aufladung des Kondensators erzeugte Entladestrom denjenigen Wert unterschreitet, der zur weiteren Aufrechterhaltung des Kurzschluss notwendig gewesen wäre. Die hierfür gegebene Zeit kann durch geeignete Wahl der Kapazität des für die Hilfsschaltung verwendeten Kondensators eingestellt werden. Sobald der Entladestrom dann die zur weiteren Aufrechterhaltung des Kurzschlusses notwendige Stromstärke unterschreitet, wird der von dem Busteilnehmer bzw. dessen Sendeeinheit verursachte Kurzschluss der Busleitungen im Sinne der Erfindung vollautomatisch aufgehoben, womit zumindest andere Busteilnehmer wieder über den DALI-Bus kommunizieren können. Ferner kann sodann durch geeignete (ggfs. vollautomatisch erzeugbare) Abfragen an alle Busteilnehmer festgestellt werden, welcher Busteilnehmer letztlich für den Kurzschluss verantwortlich war, womit dann z. B. durch einen vorteilhaft ebenfalls automatisch über das Bussystem ausführbaren Reset des betreffenden Busteilnehmers das den Kurzschluss verursachende Problem ggfs. beseitigt werden kann, sofern dieses z. B. aufgrund einer fehlerhaften Ausführung der Software des Busteilnehmers verursacht war. Im Übrigen ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorteilhaft ein Weiterbetrieb des übrigen Bussystems sogar dann möglich, wenn der Kurzschluss der Busleitungen durch einen Hardware-Defekt der Sendeeinheit des betroffenen Busteilnehmers verursacht war. In diesem Fall muss dann zwar der betreffende Busteilnehmer ausgetauscht oder repariert werden, jedoch kann das übrige System in der Zwischenzeit weiterbetrieben werden, ohne dabei zunächst (dauerhaft) lahm gelegt gewesen zu sein.
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Im Rahmen einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann die Hilfsschaltung gleichzeitig als Strombegrenzerschaltung fungieren, womit ihr eine Doppelfunktion zukommt.
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Ferner kann zum Zwecke der Erzielung einer besonders kompakten Bauform vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Hilfsschaltung in den betreffenden Busteilnehmer, also insbesondere in dessen Gehäuse, integriert ist, was jedoch letztlich nicht zwingend ist. Für Nachrüstzwecke könnte es sich nämlich durchaus anbieten, dass die Hilfsschaltung in einem separaten Gehäuse angeordnet ist. Dabei ist es dann ersichtlich erforderlich, dass die Hilfsschaltung – z. B. über geeignete Anschlusselemente – mit der Elektronik des Busteilnehmers verbindbar ist.
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Die vorliegende Erfindung betrifft jedoch nicht nur die vorliegend beschriebene Hilfsschaltung als solche, sondern insbesondere auch ein elektrisches Gerät (= Busteilnehmer bzw. Bus-Interface) zum Anschluss an einen DALI-Bus umfassend wenigstens eine Sende- und eine Empfangseinheit zum Senden bzw. Empfangen von Daten gemäß dem DALI-Busstandard und eine erfindungsgemäße elektrische Hilfsschaltung der vorstehend beschriebenen Art.
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Und schließlich betrifft die vorliegende Erfindung noch ein System aus einer Mehrzahl an über einen DALI-Bus verbundenen Busteilnehmern, welches sich dadurch auszeichnet, dass wenigstens einem Busteilnehmer, bevorzugt jedoch allen Busteilnehmern, eine erfindungsgemäße elektrische Hilfsschaltung zugeordnet ist.
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Ersichtlich gelten für das erfindungsgemäße elektrische Gerät (= Busteilnehmer) und das erfindungsgemäße System die gleichen Aspekte, Vorteile und bevorzugten Ausgestaltungen, wie sie weiter oben in Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Hilfsschaltung bereits erläutert wurden, so dass zu den Vorteilen und bevorzugten Ausgestaltungen eines solchen elektrischen Geräts bzw. Systems auf die obigen Ausführungen verwiesen werden darf.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in Art eines Schaltplans verschiedene Elektronik-Komponenten eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Busteilnehmers mit erfindungsgemäßer Hilfsschaltung, wobei der Busteilnehmer 1 an die zwei Busleitungen DA+, DA– eines DALI-Busses anschließbar ist.
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Dabei ist im links oberen Bereich der Schaltskizze unmittelbar folgend auf die Anschlüsse für die beiden Busleitungen DA+ und DA– zunächst eine übliche Schutzschaltung gegen Überspannung vorgesehen, welche aus den beiden Varistoren U4, U5 und dem Widerstand R15 gebildet wird. Dieser Überspannungsschutzschaltung schließt sich sodann ein aus den vier Dioden D1–D4 gebildeter Brückengleichrichter üblicher Bauart an, an dessen in der Zeichnung rechts dargestelltem Ausgang das gleichgerichtete Potential DAint+ anliegt, welches in der dargestellten Schaltung verschiedenen Funktionsblöcken 2, 3, 4a der Elektronik des Busteilnehmers 1 zugeführt wird.
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Der in der Zeichnung rechts oben dargestellte Funktionsblock 2, welcher mit der Bezeichnung ”Receive circuit” versehen ist und welcher eingangsseitig mit dem Potential DAint+ beaufschlagt ist, stellt einen Teil der Empfangseinheit das Busteilnehmers 1 dar, mit welcher unter Zuhilfenahme des darin verbauten Optokopplers (engl.: photocoupler) U1 die – durch kurzzeitige Kurzschlüsse in den Busleitungen DA+, DA– übertragenen Daten – verarbeitet werden können. Dabei wird aus dem anodenseitig anliegenden Eingangssignal der Fotodiode des Optokopplers U1 ein – am emitterseitigen Ausgang des Fototransistors des Optokopplers U1 ausgegebenes – Signal RX erzeugt, das dann durch geeignete (nicht dargestellte) Elektronikelemente des Busteilnehmers 1 digital weiterverarbeitet werden kann. Auf eine weitergehende Erläuterung der Funktionsweise des in üblicher Bauart ausgestalteten ”Receive circuit” und der nachgeschalteten (nicht dargestellten) Elektronik zur Datenverarbeitung kann im Rahmen der Beschreibung der vorliegenden Erfindung jedoch mangels näherer Relevanz verzichtet werden.
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Der in der Zeichnung rechts mittig dargestellte Funktionsblock 3, welcher mit der Bezeichnung ”Transmit circuit” versehen ist und welcher eingangsseitig ebenfalls mit dem Potential DAint+ beaufschlagt ist, stellt einen Teil der Sendeeinheit des Busteilnehmers 1 dar, mit dessen Hilfe die zum Empfang durch andere Busteilnehmer bestimmten Daten bzw. Bitfolgen durch Herstellen kurzzeitiger Kurzschlüsse der Busleitungen DA+, DA– erzeugt werden können. Dabei wird ein digitales Signal TX, welches die Taktfolge der zum Zwecke des Datenversands zu erzeugenden Kurzschlüsse vorgibt, über einen Widerstand R8 dem anodenseitigen Eingang der Photodiode des dortigen Optokopplers U2 zugeführt. Mit dem von der Photodiode erzeugten Lichtsignal wird sodann der Fototransistor des Optokopplers U2 geschaltet, d. h. bei Vorliegen eines ausreichenden Lichtsignals werden dessen Kollektor und Emitter durchgeschaltet. Hierdurch wird sodann auf die Basis des im ”Transmit Circuit” angeordneten Transistors Q3 eingewirkt, wobei bei durchgeschaltetem Transistor bzw. Schalter Q3 die beiden Busleitungen DA+, DA– kurzgeschlossen werden.
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Dies ergibt sich daraus, dass bei durchgeschaltetem Transistor bzw. Schalter Q3 das im ”Transmit circuit” gemäß Funktionsblock 3 eingangsseitig anliegende Potential DAint+ zu einem Kurzschlussstrom führt, welcher über den mit der Bezeichnung ”TX current limiter” versehenen Funktionsblock 4b, nämlich über den darin enthaltenen und grundsätzlich ebenfalls durchgeschalteten Transistor Q5 und den niedrig dimensionierten Widerstand R6 zu einem Bezugspotential abgeleitet wird. Dieses Bezugspotential wird vorteilhaft durch das zwischen den Dioden D2 und D4 der Brückengleichrichterschaltung anliegende Potential definiert.
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Durch diesen Stromfluss, welcher nicht durch die strombegrenzte Spannungsquelle des DALI-Busses ausgeglichen werden kann, fällt das Potential DAint+ in kurzer Zeit auf Null ab. Dies führt dann – in Rückwirkung über den aus den Dioden D1, D2, D3, D4 gebildeten Brückengleichrichter – letztlich zu dem gewünschten Kurzschluss der Busleitungen DA+, DA–, womit in Entsprechung des DALI-Standards Daten übertragen werden können.
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Erwähnt sei an dieser Stelle, dass die aus dem Stand der Technik bekannte Elektronik von an einen DALI-Bus anschließbaren Busteilnehmern nicht über die beiden nachstehend noch näher erläuterten Funktionsblöcke 4a und 4b verfügt, sondern dass dort stattdessen der untere Ausgang des den ”Transmit circuit” darstellenden Funktionsblocks 3 über einen niedrig dimensionierten Widerstand (entsprechend dem Widerstand R6 im ”TX current limiter”) mit dem Bezugspotential verbunden ist. Wenn nun also im Stand der Technik z. B. durch eine fehlerhafte Erzeugung des Signals TX, welches – wie bereits weiter oben erläutert – in der Regel softwaretechnisch erzeugt wird, ein dauerhafter Kurzschluss der Busleitungen DA+, DA– erzeugt wird (durch permanent durchgeschalteten Transistor Q3), so ist der Bus dauerhaft blockiert und kann auch nicht mehr von anderen Busteilnehmern zur Kommunikation genutzt werden.
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Das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel eines mit einer erfindungsgemäßen Hilfsschaltung ausgestatteten Busteilnehmers 1 verschafft nun zu dieser Problematik im erfindungsgemäßen Sinn Abhilfe. Die Hilfsschaltung umfasst dabei im vorliegenden Ausführungsbeispiel die beiden links mittig und unten dargestellten Funktionsblöcke 4a, 4b, wobei letzter wegen seiner erweiterten Funktionalität als ”TX current limiter” bezeichnet ist.
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Dabei ist zunächst zu verweisen auf den ebenfalls eingangsseitig mit dem Potential DAint+ beaufschlagten Funktionsblock 4a, welcher eine Diode D8, einen Widerstand R4 und einen gegen das Bezugspotential aufladbaren Kondensator C1 umfasst. Der Kondensator C1 wird bei Betrieb des Systems mit von Null verschiedenem (und stets positivem) Potential DAint+, also wenn DA+ und DA– nicht kurzgeschlossen sind, stets aufgeladen, so dass er im Kurzschlussfall eine den späteren Entladestrom erzeugende Pufferspannung VBuf bereitstellen kann.
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Der weitere Funktionsblock 4b (”TX current limiter”) weist zwei Eingänge E1, E2 auf, von welchen der links dargestellte Eingang E1 mit dem Potential des Kondensators C1 beaufschlagt ist, während der rechts dargestellte Eingang E2 mit dem Emitter des Transistors Q3 des ”Transmit circuits” (Funktionsblock 3) verbunden ist. Von zentraler Bedeutung für die Funktionsweise des dargestellten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung ist, dass über einen Schalter Q5, Q6, der vorliegend zwei in einer Darlington-Schaltung angeordnete Transistoren Q5, Q6 aufweist, der durch den ”TX current limiter” fließende Kurzschlussstrom geschalten werden kann.
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Solange die beiden Busleitungen DA+, DA– nicht durch den als Schalter fungierenden Transistor Q3 des ”Transmit Circuit” (Funktionsblock 3) kurzgeschlossen werden, sorgt der vom Eingang E1 des ”TX current limiter” (Funktionsblock 4b) über den Widerstand R5 kontinuierlich zur Basis des Transistors Q6 fließende Strom dafür, dass der Transistor Q6 durchgeschaltet bleibt, wodurch in Folge auch der Transistor Q5 durchgeschaltet ist.
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Wenn nun jedoch der Transistor Q3 des ”Transmit Circuit” (Funktionsblock 3) zum Zwecke der Herstellung eines Kurzschlusses der Busleitungen DA+, DA– (oder aufgrund eines Softwarefehlers bzw. eines Hardwaredefekts) durchgeschaltet wird, so führt dies – wie bereits weiter oben beschrieben – zu einem den Kurzschluss der beiden Busleitungen DA+, DA– herbeiführenden Strom durch den ”TX current limiter” (Funktionsblock 4b) von dessen Eingang E2 durch den Transistor Q5 und durch den Widerstand R6 zum Bezugspotential. Gleichzeitig beginnt sich dann der Kondensator C1 über den ”TX current limiter” (Funktionsblock 4b) zu entladen. Der Entladestrom sorgt dafür, jedenfalls solange er die zur Durchschaltung des Kondensators Q6 notwendige Stromstärke überschreitet, dass der aus den beiden Transistoren Q6 und Q5 gebildete Schalter trotz des gegen Null fallenden Potentials DAint+ noch für einen gewissen Zeitraum durchgeschaltet bleibt. Sobald dann jedoch der Kondensator C1 so weit entladen ist, dass der Transistor Q6 (und damit auch der Transistor Q5 bzw. der aus beiden Transistoren gebildete Schalter) nicht mehr durchgeschaltet ist, wird der gegebene Kurzschluss der Busleitungen DA+, DA– aufgehoben, sodass – selbst im Falle einer weiterhin dauerhaften Durchschaltung des Transistors Q3 – der DALI-Bus wieder frei gegeben wird und der Busbetrieb weiterlaufen kann. Dabei kommt es ggfs. zur Durchschaltung des weiteren Transistors Q4 im ”TX current limiter”, wodurch ein nachteiliges Durchschalten des aus den zwei Transistoren Q5, Q6 bestehenden Schalters unterbunden werden kann, solange die ungewünschte und dauerhafte Durchschaltung des Transistors Q3 im ”Transmit circuit” nicht abgestellt ist.
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In diesem Zusammenhang sei erwähnt, dass die weiteren Komponenten (Widerstände R9, R10, R11, Kondensator C2) des ”TX current limiter” gemäß Funktionsblock 4b eine Schaltung zur Begrenzung des durch den ”TX Current limiter” fließenden Stroms darstellen, dessen Schwellwert vorliegend jedoch (deutlich) über dem üblichen Schwellwert für die Strombegrenzung der Spannungsquelle des DALI-Busses liegt. Ferner sei zur Vermeidung von Missverständnissen erwähnt, dass aufgrund der im Vergleich zum Widerstandswert des Widerstands R6 deutlich höheren Widerstandswerte der Widerstände R9, R10 und R11 gesichert ist, dass der hierdurch – bei nicht durchgeschaltetem Schalter Q5, Q6 – ggfs. gegen das Bezugspotential abfließende Strom so gering ist, dass der hierdurch gegebene Leistungsverlust durch die strombegrenzte Spannungsquelle des DALI-Busses nachgeliefert werden kann, mithin also selbst bei dauerhaft durchgeschaltetem Transistor Q3 im ”Transmit circuit” dann der Kurzschluss der Busleitungen DA+, DA– tatsächlich im erfindungsgemäßen Sinne begrenzt ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- IEC 62386 sowie die NEMA 243-2004 [0002]
