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Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung mit einer als Kondensator-Netzteil ausgebildeten Konstantstromquelle, welche einen konstanten Strom zur Verfügung stellt und durch welche eine Steuereinheit mit einer elektrischen Steuerspannung versorgt wird, wobei durch die Steuereinheit ein oder mehrere elektromagnetische Schaltrelais ansteuerbar sind und wobei die für die Aktivierung der Schaltrelais erforderliche Schaltspannung ebenfalls vom Kondensator-Netzteil geliefert wird.
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Aus der
DE 10 2011 117 609 A1 ist eine Steuerungsanordnung bekannt, welche sich für eine Vielzahl elektrischer Hausautomatisierungs-Komponenten, insbesondere auch für eine Rollladensteuerung einsetzen lässt. Dabei geht die in der DE 10 2011 117 609 A1 beschriebene Erfindung vom Gegenstand der
DE 10 2010 012 182 A1 aus, wobei eine solche Steuerungsanordnung in einem normalen Betriebszustand und in einem Standby-Zustand betrieben werden kann. Beim Standby-Betrieb handelt es sich regelmäßig um einen stromsparenden Zustand, in dem zumindest ein Teil der stromverbrauchenden Komponenten deaktiviert bzw. abgeschaltet ist, wodurch der Stromverbrauch geringer ist als im normalen Betriebszustand. Beim Gegenstand der DE 10 2011 117 609 A1 soll mit einfachen schaltungstechnischen Mitteln ein besonders geringer Stromverbrauch im Standby-Betrieb erreicht werden. Zu diesen Zweck weist die Schaltungsanordnung nach der DE 10 2011 117 609 A1 ein Netzteil auf, welches eine Zwischenkreisspannung erzeugt. An diese Zwischenkreisspannung ist eine Steuerelektronik und ein weiterer Verbraucher, insbesondere die Steuerseite eines Schaltrelais angeschlossen, wobei die Versorgungsspannung der Steuerelektronik niedriger ist als die Versorgungsspannung des Schaltrelais. Die Steuerelektronik ist dabei über einen Abwärtswandler an die Zwischenkreisspannung angeschlossen. Durch die Steuerelektronik ist die Zwischenkreisspannung derart beeinflussbar, dass diese nach dem Umschalten vom normalen Betriebszustand in den Standby-Betrieb auf eine Spannung zwischen der Versorgungsspannung der Steuerelektronik und der Versorgungsspannung des Schaltrelais herunter gesetzt wird. Durch die Herabsetzung der Zwischenkreisspannung soll die auf die Zwischenkreisspannung zurückgehende Verlustleistung im Standby-Betrieb reduziert werden. Da die Steuerelektronik zum Aufwecken aus dem Standby-Betrieb in den normalen Betriebszustand eine gewisse Mindest-Versorgungsspannung benötigt, kann die Zwischenkreisspannung nicht beliebig reduziert werden, so dass immer noch ein gewisser Rest an Verlustleistung auch im Standby-Betrieb vorliegt. Als Netzteil kann hier ein Kondensator-Netzteil oder alternativ auch ein Schaltnetzteil eingesetzt werden.
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Aus der
DE 10 2009 033 385 A1 ist eine als Netzteil-Schaltungsanordnung bezeichnete Schaltungsanordnung bekannt, bei welcher ebenfalls ein reduzierter Energieverbrauch im Standby-Betrieb erreicht werden soll. Diese Schaltungsanordnung weist eine Konstantstromquelle in Form eines Kondensator-Netzteils auf. Wie aus der DE 10 2009 033 385 A1 weiter hervorgeht, weist ein Kondensator-Netzteil in einer herkömmlichen Schaltungsanordnung einen Ladekondensator, eine Gleichrichterschaltung in Form beispielsweise eines Brückengleichrichters, einen Speicherkondensator und eine Spannungsstabilisierungs-Vorrichtung in Form einer Zenerdiode auf. Der vom Kondensator-Netzteil eingeprägte Strom wird durch die Frequenz der Netzspannung und der Kapazität des Ladekondensators bestimmt. Dieser Strom fließt durch die Gleichrichterschaltung und teilt sich nach der DE 10 2009 033 385 A1 in einen Stromanteil, der durch einen Verbraucher und einen Stromanteil der durch die Zenerdiode fließt auf. Nimmt nun der Strom durch den Verbraucher ab, so erhöht sich der durch die Zenerdiode fließende Strom genau um diesen Betrag. Dies bedeutet nach der DE 10 2009 033 385 A1, dass der Leistungsverbrauch der Schaltungsanordnung unabhängig davon, wie viel Strom tatsächlich durch den Verbraucher aufgenommen wird, konstant ist. Somit kann ein Abschalten des Verbrauchers nicht zu einer Reduzierung der Verlustleistung führen.
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Zur Reduzierung der Verlustleistung, wenn der Verbraucher nicht benötigt wird, sind in der
DE 10 2009 033 385 A1 weitere Schriften zum Stand der Technik genannt, welche nachfolgend kurz gewürdigt sind. Nach der
EP 1 154 344 A1 wird bei nicht benötigtem, angeschlossenem Verbraucher vorgeschlagen, die Betriebsspannung über dem Verbraucher mit einem geeigneten Taktverhältnis zwischen kurzgeschlossenem und nicht kurzgeschlossenem Verbraucher zu verringern, so dass der vom Kondensator-Netzteil konstant gelieferte Strom über eine kleine Spannungsdifferenz abließt und so vom Verbraucher auch nur eine geringe elektrische Leistung verbraicht wird.
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Die
DE 100 02 650 C2 zeigt hingegen eine Schaltungsanordnung, die eine positive und eine negative Betriebsspannung bereitstellt. Bei einem vorgegebenen positiven oder negativen Spannungsschwellwert wird zum Begrenzen des Stromflusses über der Zenerdiode der Ladekondensator gegen Masse kurgeschlossen. Bei höheren Niederspannungen und bei großen und häufigen Lastwechseln kann so die Wirkleistung der Zenerdiode und damit die Verlustleistung der Schaltungsanordnung reduziert werden.
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Weiter beschreibt die
DE 100 01 711 A1 eine Schaltungsanordnung, bei welcher die Zenerdiode entfällt. Stattdessen ist ein Bypass mit einem Schalter vorgesehen. Über den Bypass sollen Stromhalbwellen abgeleitet werden, welche die Spannungsstabilisierung stören. Im Bypass soll dabei nur eine geringe Verlustleistung entstehen.
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Nach der
DE 10 2009 033 385 A1 offenbaren diese weiter genannten Schriften Netzteil-Schaltungsanordnungen, bei welchen die Verlustleistungen während des Betriebes des Verbrauchers reduziert werden können. Somit hat sich die DE 10 2009 033 385 A1 zur Aufgabe gemacht, eine Netzteil-Schaltungsanordnung mit einer Konstantstromquelle nebst einem Verfahren zum Betrieb dieser Schaltungsanordnung derart zu verbessern, dass die Verlustleistung im Fall eines nicht benötigten Verbrauchers reduziert werden kann.
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Nach der
DE 10 2009 033 385 A1 ist dazu bei dieser Netzteil-Schaltungsanordnung eine Konstantstromquelle, eine Steuereinrichtung und ein an der Betriebsspannung der Konstantstromquelle anliegender Verbraucher vorgesehen. Die Konstantstromquelle weist dabei eine Spannungsstabilisierungs-Vorrichtung zum Bestimmen der Betriebsspannung auf. Des Weiteren ist der Spannungsstabilisierungs-Vorrichtung ein Schaltelement zugeordnet, welches zur Reduzierung des Spannungsabfalls über der Spannungsstabilisierungs-Vorrichtung dient. Dabei dient die Steuereinrichtung zur Ansteuerung des Schaltelementes zum wahlweisen Reduzieren eines Spannungsabfalls, wenn der Verbraucher abgeschaltet ist.
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Wird der Verbraucher abgeschaltet, so kann die Steuervorrichtung den Spannungsabfall über der Spannungsstabilisierungs-Vorrichtung mit Hilfe des Schaltelements reduzieren. Allerdings reduziert sich die Verlustleistung der Spannungsstabilisierungs-Vorrichtung nur teilweise.
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Somit liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde eine Schaltungsanordnung mit einer als Kondensator-Netzteil ausgebildeten Konstantstromquelle derart zu verbessern, dass die Verlustleistung auf ein Minimum reduziert wird und gleichzeitig die Energieversorgung der Steuereinheit sicher gewährleistet ist.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß zusammen mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 dadurch gelöst, dass dem Schaltrelais eine erste TVS-Diode TVS1 parallel geschaltet ist und dass der Steuereinheit eine zweite TVS-Diode TVS2 parallel geschaltet ist und dass die beiden TVS-Dioden TVS1 und TVS2 in Reihe hintereinander und parallel zur Konstantstromquelle geschaltet sind und dass die erste TVS-Diode TVS1 und die zweite TVS-Diode TVS2 derart bemessen sind, dass bei Durchfluss des konstanten Stromes durch die beiden TVS-Dioden TVS1 und TVS2 an der ersten TVS-Diode TVS1 die Schaltspannung und an der zweiten TVS-Diode TVS2 die Steuerspannung erzeugt wird und, dass der ersten TVS-Diode TVS1 ein Transistor als elektronischer Schalter parallel geschaltet ist und dass der Transistor durch die Steuereinheit aktivierbar und im aktivierten Zustand die erste TVS-Diode TVS1 überbrückt, wodurch die Schaltspannung und der Leistungsumsatz bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der Steuerspannung reduziert wird.
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Erfindungsgemäß erfolgt die Strom- und Spannungsversorgung der Schaltungsanordnung durch ein Kondensator-Netzteil, das einen konstanten Strom zur Verfügung stellt. Durch das Kondensator-Netzteil wird einerseits die Steuereinrichtung mit einer Steuerspannung versorgt. Gleichzeitig liefert das Kondensator-Netzteil auch die Schaltspannung, welche von einem oder mehreren elektromagnetisch betätigten Schaltrelais zum Schalten benötigt wird. Das Kondensator-Netzteil liefert somit als Gesamtstrom einen konstanten Strom, welcher zur Erzeugung der Steuerspannung und der Schaltspannung dient. Zur Erzeugung der erforderlichen Schaltspannung ist eine erste TVS-Diode vorgesehen, welche parallel zu den Schaltrelais bzw. deren Magnetspulen geschaltet ist. Zur Erzeugung der erforderlichen Steuerspannung zur Spannungsversorgung der Steuereinrichtung ist eine zweite TVS-Diode vorgesehen, welche einerseits der Steuereinrichtung parallel und andererseits in Reihe mit der ersten ZVS-Diode geschaltet ist.
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Das als Konstantstromquelle ausgelegte Kondensator-Netzteil liefert somit die Summe aus der Steuerspannung und der Schaltspannung. Da die beiden TVS-Dioden in Reihe geschaltet sind, kann durch deren entsprechende Auslegung im Sinne eines Spannungsteilers die Steuerspannung und die Schaltspannung für den normalen Betriebszustand erzeugt werden.
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Die Steuereinrichtung ist derart ausgelegt, dass diese zur Aktivierung eines Schaltrelais einen Relais-Transistor als elektronischen Schalter durchschaltet, so dass am Elektromagneten des Schaltrelais die erforderliche Schaltspannung zum Schalten des Relais anliegt. So kann durch Aktivierung des Relais-Transistors das Schaltrelais zum ”Einschalten” eines Verbrauchers durchgeschaltet werden. Dabei können auch mehrere Schaltrelais mit jeweils einem zugeordneten Relais-Transistor vorgesehen sein, welche separat durch die Steuereinrichtung aktivierbar sind. Wird der Verbraucher – beispielsweise eine Beleuchtungseinrichtung – nicht benötigt, so wird durch die Steuereinrichtung der Relais-Transistor deaktiviert, so dass am Elektromagneten des Schaltrelais keine Schaltspannung mehr anliegt und das Relais den Verbraucher abschaltet. Die Schaltungsanordnung befindet sich nach dem Abschalten des Verbrauchers in einer Art Standby-Betrieb. Trotz der Abschaltung des oder der Schaltrelais wird allerdings noch eine erhöhte Wirkleistung verbraucht. Um diese Wirkleistung weiter zu verringern ist der ersten TVS-Diode ein TVS-Transistor als elektronischer Schalter parallel geschaltet. Dieser TVS-Transistor ist durch die Steuereinheit schaltbar. Im geschalteten Zustand wird durch den TVS-Transistor die erste TVS-Diode kurz geschlossen, so dass die an dieser anliegende Schaltspannung auf den Wert Null reduziert wird. Auf Grund des durch das Kondensator-Netzteil weiterhin konstant aufrecht erhaltenen konstanten Steuerstroms wird an der zweiten TVS-Diode weiterhin die erforderliche Steuerspannung aufrecht erhalten, so dass die Grundversorgung der Steuereinheit beispielsweise zum Betrieb eines Display, Bedienfeldes oder dgl. weiterhin zur Verfügung steht. Der gesamte Leistungsumsatz der Schaltungsanordnung lässt sich durch das Kurzschließen der ersten, die Schaltspannung erzeugenden TVS-Diode reduzieren. Da im Standby-Betrieb bei kurzgeschlossener erster TVS-Diode keine Schaltspannung mehr erzeugt wird, ist eine Aktivierung des Schaltrelais in diesem Zustand der Schaltungsanordnung nicht möglich. Da die Steuereinheit aber weiterhin mit der erforderlichen Steuerspannung versorgt wird, kann diese zur Aktivierung des Schaltrelais den TVS-Transistor zeitlich vor dem eigentlichen Einschalten des Schaltrelais ”deaktivieren”, so dass an der ersten TVS-Diode wieder die erforderliche Schaltspannung für das Schaltrelais erzeugt wird und sich die Schaltungsanordnung wieder im normalen Betriebszustand befindet.
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In der Zeichnung ist hierzu beispielhaft eine mögliche Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung dargestellt.
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Das auf der linken Seite dargestellte Kondensator-Netzteil 1 besteht beispielsweise aus den Widerständen R2 und R3, dem Kondensator C1 und der Gleichrichterschaltung GR1. Das Kondensator-Netzteil stellt zur Energieversorgung der Schaltungsanordnung einen konstanten Strom zur Verfügung. Der konstante Strom des Kondensator-Netzteils 1 fließt durch die beiden in Reihe geschalteten TVS-Dioden TVS1 und TVS2 wodurch jeweils eine Spannung erzeugt wird. Durch die TVS-Diode TVS1 wird eine Schaltspannung erzeugt, welche dem Schaltrelais REL1 zugeordnet ist. Durch die TVS-Diode TVS2 wird eine Steuerspannung erzeugt, welche der schematisch dargestellten Steuereinheit zugeordnet ist und diese mit der erforderlichen Betriebsenergie versorgt. Dementsprechend ist das Schaltrelais REL1 parallel zur ersten TVS-Diode TVS1 und die Steuereinrichtung mit ihren beiden ”Anschlüssen” VModul und GND parallel zur zweiten TVS-Diode TVS2 geschaltet.
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Durch entsprechende Auslegung der beiden in Reihe geschalteten TVS-Dioden TVS1 und TVS2 kann eine Schaltspannung von beispielsweise 47 V an der ersten TVS-Diode TVS1 und eine Steuerspannung an der zweiten TVS-Diode TVS2 von beispielsweise 5 V erzeugt werden. Weiter ist aus der Zeichnung erkennbar, dass der ersten TVS-Diode TVS1 ein elektronischer Schalter in Form eines TVS-Transistors T3 parallel geschaltet ist. Wird der TVS-Transistor T3 durch eine entsprechende Ansteuerung über die Steuereinheit nach dem Abschalten des Schaltrelais REAIS1 durchgeschaltet, so wird die erste TVS-Diode TVS1 überbrückt, so dass an dieser keine Schaltspannung mehr erzeugt wird. Der konstante Strom des Kondensator-Netzteils 1 fließt nun über den TVS-Transistor T3 und die zweite TVS-Diode TVS2, so dass an der zweiten TVS-Diode TVS2 weiterhin die für den Betrieb der Steuereinheit erforderliche Steuerspannung erzeugt wird. Die Steuereinheit bleibt folglich betriebsbereit.
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Durch diese Schaltungsanordnung ist im Standby-Betrieb nur die zweite TVS-Diode TVS2 wirksam, während die erste TVS-Diode TVS1 überbrückt wird, so dass nur eine geringe Wirkleitung verbraucht wird. Im normalen Betriebszustand sind beide TVS-Dioden TVS1 und TVS2 wirksam und es wird dementsprechend eine größere Wirkleistung verbraucht. In diesem normalen Betriebszustand ist das Schaltrelais REL1 über den Relais-Transistor T5 schaltbar. Da in diesem Betriebszustand an der ersten TVS-Diode TVS1 die Schaltspannung erzeugt wird, da der TVS-Transistor T3 nicht ”kurzgeschlossen” ist, wird die Schaltspannung durch Aktivierung des Relais-Transistors T5 auch auf das Schaltrelais REL1 durchgeschaltet, so dass ein Verbraucher, beispielsweise eine Beleuchtungseinrichtung eingeschaltet werden kann. Durch das Schaltrelais REL1 wird dabei eine externe Betriebsspannung auf die Beleuchtungseinrichtung ”aufgeschaltet”.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011117609 A1 [0002]
- DE 102010012182 A1 [0002]
- DE 102009033385 A1 [0003, 0004, 0007, 0008]
- EP 1154344 A1 [0004]
- DE 10002650 C2 [0005]
- DE 10001711 A1 [0006]
