DE102020102530A1

DE102020102530A1 - Elektronische Zweidraht-Heimautomationssteuerungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102020102530A1
Application number: DE102020102530.0A
Authority: DE
Inventors: Sébastien Vallée; Laurent Coujean
Original assignee: Legrand SNC; Legrand France SA
Current assignee: Legrand SNC; Legrand France SA
Priority date: 2019-01-31
Filing date: 2020-01-31
Publication date: 2020-08-06
Anticipated expiration: 2040-02-01
Also published as: CN111505975B; BR102020002068A2; FR3092444A1; DE102020102530B4; CO2020001040A1; ES2776703A1; CN111505975A; ES2776703B2; FR3092444B1

Abstract

[Die Erfindung betrifft eine elektronische Heimautomationssteuerungsvorrichtung mit mindestens zwei Drähten (B), umfassend:einen elektronischen Schalter (2),eine Heimautomationseinheit (3), die einen Mikrocontroller (30) umfasst, um einen elektronischen Schalter (2) anzusteuern,eine Stromversorgungseinheit (4), die mit dem elektronischen Schalter verbunden ist, zum Fließen des Stroms zwischen der Netzklemme und der Lastklemme, wobei die Stromversorgungseinheit umfasst:eine Stromversorgungsschaltung (40), umfassend:ein Energiespeicherelement,einen Transformator, der eine Primärwicklung umfasst, um die Energie des Energiespeicherelements zu verbrauchen, und eine Sekundärwicklung, um diese Energie zu transformieren, um den Mikrocontroller (30) zu speisen,einen elektronischen Abzweigschalter (41) parallel zur Stromversorgungsschaltung,wobei der elektronische Schalter einen geschlossenen Zustand umfasst, um die Stromversorgungsschaltung kurzzuschließen, und einen geöffneten Zustand, um die Stromversorgungsschaltung zu speisen.

Description

[Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektronische Zweidraht-Heimautomationssteuerungsvorrichtung, d. h. eine Vorrichtung mit nur zwei Klemmen, die dazu bestimmt sind, mit einem Stromverteiler und mit einer aktiven Last wie einer Beleuchtungslampe verbunden zu werden. Die Anordnung aus Lampe und Heimautomationsvorrichtung ist in Reihe geschaltet.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Zweidraht-Heimautomationsvorrichtungen, die einen elektronischen Schalter zur Stromversorgung der Lampe umfassen, wobei eine Heimautomationseinheit mindestens einen Mikrocontroller zur Ansteuerung des elektronischen Schalters und ein zumindest in einem eingeschaltetem Zustand viel Energie verbrauchendes elektronisches Heimautomationselement umfasst. Der elektronische Schalter kann einen Dimm-Modus aufweisen, der es ermöglicht, die Leistungsaufnahme der Lampe zu steuern, um ihre Helligkeit entsprechend den Anforderungen des Nutzers verändern, oder einen Schalt-Modus, der es ermöglicht, die Last zu speisen, ohne ihre Leistungsaufnahme zu steuern, und in dem er wie ein mechanischer Schalter funktioniert, d. h. entsprechend den Anforderungen Nutzers ein- oder ausschaltet.
STAND DER TECHNIK
Bekannt ist eine elektronische Zweidraht-Heimautomationssteuerungsvorrichtung A, die eine Leckstromversorgungseinheit 1, einen elektronischen Schalter 2 und eine Heimautomationseinheit 3 umfasst.
[1A] zeigt ein Prinzipschaltbild mit Funktionsblöcken einer solchen Heimautomationsvorrichtung A, die an eine Lampe L und an eine Stromversorgungsquelle S angeschlossen ist. Die Leckstromversorgungseinheit 1 ist parallel zum elektronischen Schalter 2 geschaltet.
1A zeigt die Heimautomationsvorrichtung schematisch in einem ausgeschalteten Modus, d. h. wenn eine Lampe L ausgeschaltet ist und der elektronische Schalter 2 sich in einem Sperrzustand, auch geöffneter Zustand genannt, befindet. In diesem ausgeschalteten Modus liefert die Leckstromversorgungseinheit 1 Strom, nachstehend Leckstrom Ioff genannt, an die Heimautomationseinheit 3, um sie zu speisen. Fett dargestellte Pfeile stellen in 1A den Leckstromkreis Ioff dar. Der Leckstrom Ioff fließt somit durch die Heimautomationsvorrichtung A und durch die Lampe L. Dieser Leckstrom Ioff ist für die Lampe L zu schwach, um ein vom Nutzer sichtbares Licht zu erzeugen.
[1C] zeigt die Heimautomationsvorrichtung in einem eingeschalteten Modus, d. h. wenn die Lampe mit einem Speisestrom Ion gespeist wird. Der elektronische Schalter 2 im gesättigten Zustand schließt die Leckstromversorgungseinheit 1 kurz.
Die Leckstromversorgungseinheit 1 umfasst einen nicht dargestellten Kondensator, der es ermöglicht, die Heimautomationseinheit 3 zu speisen, während der elektronische Schalter 2 im gesättigten Zustand ist. Der Kondensator entlädt sich jedoch. Im eingeschalteten Modus steuert die Heimautomationseinheit 3 den elektronischen Schalter 2 im Dimm-Modus nach dem Phasenanschnittprinzip an, um das Wiederaufladen des Kondensators zu ermöglichen, indem er den elektronischen Schalter 2 öffnet, damit der Strom so wie bei einer ausgeschalteten Lampe fließt.
Wenn die Heimautomationseinheit eine Anforderung des Einschaltens der Last zu 100 % empfängt, kann die Steuerungseinheit somit den Strom nicht während einer ganzen Periode senden, da eine Zeit im Sperrzustand erforderlich ist, selbst wenn diese Zeit im Sperrzustand des Schalters 2 in Bezug auf die Zeit im gesättigten Zustand gering ist.
[1B] zeigt eine Halbperiode der Spannung an den Klemmen der Lampe im Dimm-Modus.
Der elektronische Schalter 2 ist während einer Nichtleitendphase 20 während einer Zeit t in jeder Halbperiode in einem Sperrzustand, damit die Leckstromversorgungseinheit 1 ihren Kondensator aufladen kann und gleichzeitig die Heimautomationseinheit 3 speisen kann. Während dieser Nichtleitendphase fließt somit in der Lampe ein Leckstrom Ioff.
Der elektronische Schalter 2 ist in einer Leitendphase 21 während der restlichen Zeit der Halbperiode in einem gesättigten Zustand. Der elektronische Schalter 2 speist während dieser Leitendphase 21 die Lampe L und schließt die Leckstromversorgungseinheit 1 kurz. Während der Leitendphase 21 speist der geladene Kondensator die Heimautomationseinheit 3.
Selbst wenn der elektronische Schalter 2 angesteuert wird, um eine Last im Maximalmodus zu speisen, d. h. mit einem Tastverhältnis nahe 1 in der Leitendphase 21, ist es somit dennoch erforderlich, dass ein Teil der Halbperiode in der Nichtleitendphase 20 liegt, damit die Leckstromversorgungseinheit den Kondensator wieder auflädt.
Im Gegensatz zu sogenannten dimmbaren oder abstufbaren oder regelbaren Lasten ist dieser Dimm-Modus jedoch für sogenannte nicht dimmbare Lasten, d. h. nicht abstufbare oder regelbare Lasten, problematisch. Die Last kann beispielsweise eine dimmbare oder nicht dimmbare Lampe sein. Unter einer Lampe versteht man eine Glühlampe oder Halogenlampe oder Kompaktleuchtstofflampe oder aber eine LED-Lampe oder alle sonstigen Typen elektrischer Lampen. Lampen, die Elektronik enthalten, elektronische Lampen genannt, ob dimmbar oder nicht dimmbar, umfassen nämlich einen Kondensator, der bei einem Übergang zum leitenden Zustand, d. h. von einer Nichtleitendphase zur Leitendphase, einen Stromstoß bewirkt. Während des Aufladens des in die elektronische Lampe integrierten Kondensators erzeugt die Lampe nämlich einen Stromstoß, der mehrere Ampere betragen kann. Dieser Stromstoß kann ein Flackern, ein Knistern und/oder Erwärmungen in der elektronischen Lampe verursachen, die für den Nutzer lästig sind und die elektronische Lampe oder den Schalter zerstören können.
Um diesen Stromstoß zu verringern, wird bekanntermaßen der Übergang zur Leitendphase möglichst nah am Nulldurchgang der Netzspannung ausgeführt, d. h. zu Beginn einer Halbperiode, wenn sie bei null Volt ist. Der Kondensator der nicht dimmbaren elektronischen Lampe kann sich nicht vollständig entladen hält einen Spannungspegel an den Klemmen der Lampe aufrecht, was eine Phasenverschiebung des Synchronisationsprinzips der Steuerungseinheit 3 bewirkt. Diese Phasenverschiebung führt zu einer Überhitzung der Lampe und der Heimautomationsvorrichtung sowie zu einem Knistern der Lampe.
Bekannt sind Zweidraht-Vorrichtungen ohne ein viel Energie verbrauchendes elektronisches Heimautomationselement wie ein Heimautomationsfunkmodul, die beispielsweise Dioden in Reihe mit dem elektronischen Schalter umfassen, damit die Summe der Potentialdifferenzen an den Klemmen jeder Diode es ermöglicht, eine Steuerungseinheit mit geringem Verbrauch zu speisen, die den elektronischen Schalter ansteuert. Eine solche Vorrichtung weist jedoch kein viel Energie verbrauchendes elektronisches Heimautomationselement wie ein Heimautomationsfunkmodul auf. Die Stromversorgung über Dioden in Reihe ermöglicht es nämlich nicht, ein Funkmodul zu speisen, dessen Verbrauch hoch ist, und bewirkt eine zusätzliche Erwärmung des Schalters.
Bekannt sind auch Dreidraht-Heimautomationsvorrichtungen, die elektronische Schalter umfassen, um eine Last im Schalt-Modus oder im Dimm-Modus anzusteuern. Derartige Typen von Dreidraht-Heimautomationsvorrichtungen können jedoch einen Zweidraht-Schalter in einer Wohnung nicht ohne Arbeitsaufwand ersetzen. Die meisten Zweidraht-Schalter verfügen nämlich zum Anschließen nur über einen Phaseneingangsdraht und einen Lampenausgangsdraht, um die Phase mit der Lampe zu verbinden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es wurde festgestellt, dass ein Bedarf besteht, eine elektronische Zweidraht-Heimautomationssteuerungsvorrichtung bereitzustellen, die es ermöglicht, eine Last vollwellig zu speisen und gleichzeitig ein viel Energie verbrauchendes elektronisches Heimautomationselement vollwellig zu speisen. Die Last kann zum Beispiel eine dimmbare oder abstufbare oder regelbare Lampe oder eine nicht dimmbare oder nicht abstufbare oder nicht regelbare Lampe sein, deren Flackern und Erwärmung beseitigt werden.
Erfindungsgemäß soll dieser Bedarf gedeckt werden, indem eine elektronische Zweidraht-Heimautomationssteuerungsvorrichtung zum Ansteuern der Stromversorgung einer Last bereitgestellt wird, wobei die Vorrichtung umfasst:

• eine Lastklemme, um an die Last angeschlossen zu werden,
• eine Netzklemme, um an eine Phase eines Netzes angeschlossen zu werden,
• einen elektronischen Schalter, der zwischen der Lastklemme und der Netzklemme angeschaltet ist, um einen Speisestrom zu schalten, der die Last speist,
• eine Heimautomationseinheit, die einen Mikrocontroller umfasst, um den elektronischen Schalter zumindest in einen eingeschalteten Zustand und ein viel Energie verbrauchendes elektronisches Heimautomationselement zumindest in einen eingeschalteten Zustand zu schalten,
• eine Stromversorgungseinheit, die eine Eingangsklemme und eine Ausgangsklemme umfasst, die mit dem elektronischen Schalter verbunden sind, damit der Speisestrom die Stromversorgungseinheit zwischen der Netzklemme und der Lastklemme durchfließt, wobei die Stromversorgungseinheit umfasst:
1. i. eine Stromversorgungsschaltung, umfassend:
  1. 1. ein Energiespeicherelement, das mit den Eingangs- und Ausgangsklemmen der Stromversorgungseinheit verbunden ist,
  2. 2. eine Transformatorstromversorgung, die eine parallel zum Energiespeicherelement geschaltete Primärwicklung und eine Sekundärwicklung umfasst, um die Heimautomationseinheit, darunter den Mikrocontroller, zu speisen,
2. ii. einen elektronischen Abzweigschalter, der zwischen der Ausgangsklemme und der Eingangsklemme parallel zur Stromversorgungsschaltung angeschaltet ist, wobei der elektronische Abzweigschalter eine Steuerung umfasst, die mit der Stromversorgungsschaltung verbunden ist, um sie entweder in eine geöffnete Stellung zu schalten, welche die Stromversorgung der Stromversorgungsschaltung ermöglicht, wenn das Speicherelement in einem entladenen Zustand ist, bis es in einem geladenen Zustand ist, oder in eine geschlossene Stellung zu schalten, um die Stromversorgungsschaltung kurzzuschließen, wenn das Speicherelement im geladenen Zustand ist, bis es im entladenen Zustand ist.

Unter „verbunden“ oder „angeschaltet“ wird elektrisch verbunden oder angeschaltet verstanden. Unter „angeschlossen“ wird elektrisch angeschlossen verstanden, d. h. über Steckverbinder verbunden.
Unter „Phase“ wird die Phase oder der Neutralleiter des die Last speisenden Netzes verstanden.
Die Heimautomationsvorrichtung der Erfindung ermöglicht es mittels der Stromversorgungseinheit, welche die Transformatorstromversorgung umfasst, die Heimautomationseinheit zu speisen, ohne die Stromversorgung der Last zu unterbrechen. Wenn der elektronische Abzweigschalter in der geöffneten Stellung ist, wird die Transformatorstromversorgung vom Schalter gespeist, und wenn er im geschlossenen Zustand ist, wird die Transformatorstromversorgung von der Energiespeichereinheit gespeist. Mit anderen Worten, die Stromversorgungsschaltung ermöglicht es, die Heimautomationseinheit zu speisen und gleichzeitig die Last wie beispielsweise eine Lampe vollwellig speisen zu können.
Im Fall einer Vollwellensteuerung des Schalters entspricht nämlich die Spannung an den Lastklemmen, wenn der elektronische Abzweigschalter geschlossen ist, der Netzspannung abzüglich der Verluste des Schalters. In der geschlossenen Stellung kann die Stromversorgungsschaltung die Heimautomationseinheit weiterhin mittels der Energie des Energiespeicherelements speisen, das die Transformatorstromversorgung elektrisch speist. Wenn der elektronische Abzweigschalter in der geöffneten Stellung ist, fließt der die Last durchquerende Strom durch die Stromversorgungsschaltung, die das Energiespeicherelement auflädt und parallel die Transformatorstromversorgung speist, was es ermöglicht, die Heimautomationseinheit zu speisen. In der geöffneten Stellung entspricht die Spannung an den Klemmen der Last der Netzspannung abzüglich der Verluste des Schalters und der Stromversorgungsschaltung.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ferner eines oder mehrere der folgenden Merkmale aufweisen, die einzeln oder in allen technisch möglichen Kombinationen betrachtet werden:

Gemäß einer ersten Ausführungsform ist die elektronische Heimautomationssteuerungsvorrichtung nur mit zwei Drähten ausgeführt.

Unter „mit zwei Drähten“ bzw. „Zweidraht“ wird verstanden, dass die Heimautomationsvorrichtung nur eine Lastklemme und eine Netzklemme umfasst, die mit einer Phase des Stromnetzes verbunden sind, um in Reihe zur Last angeschaltet zu sein. Mit anderen Worten, die Heimautomationsvorrichtung umfasst keine dritte Klemme, die es ermöglicht, mit der anderen Phase des Netzes verbunden zu werden, um parallel zur Last angeschaltet zu sein.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung einen Komparator, der eine von der Speisespannung des Energiespeicherelements abhängige Spannung mit einer maximalen Schwellenspannung und einer minimalen Schwellenspannung vergleicht; der Komparator umfasst einen Steuerungsausgang, der direkt mit der Steuerung des elektronischen Abzweigschalters verbunden ist, und umfasst einen Schließsteuerungszustand, in dem der Komparator eine Spannung an seinem Ausgang umfasst, um den elektronischen Abzweigschalter in die geschlossene Stellung zu steuern, und einen Öffnungssteuerungszustand, in dem die Spannung am Ausgang des Komparators den elektronischen Abzweigschalter in die geöffnete Stellung steuert, und dadurch, dass der Komparator aus dem Öffnungssteuerungszustand in den Schließsteuerungszustand übergeht, wenn die von der Spannung an den Klemmen des Energiespeicherelements abhängige Spannung größer als die maximale Schwellenspannung ist, und dadurch, dass der Komparator aus dem Schließsteuerungszustand in den Öffnungssteuerungszustand übergeht, wenn die von der Spannung an den Klemmen des Energiespeicherelements abhängige Spannung kleiner als die minimale Schwellenspannung ist.
Dies ermöglicht es, den elektronischen Abzweigschalter in Abhängigkeit vom Ladezustand des Energiespeicherelements direkt zu steuern, um entweder die Transformatorstromversorgung durch das Energiespeicherelement zu speisen, wenn der elektronische Abzweigschalter geschlossen ist, oder um die Transformatorstromversorgung durch das Netz zu speisen. Die minimale Schwellenspannung ist somit eine Abbildspannung einer Speisespannung des entladenen Speicherelements im Verhältnis zu der von der Speisespannung des Speicherelements abhängigen Spannung, und die maximale Schwellenspannung ist eine Abbildspannung einer Speisespannung des geladenen Speicherelements im Verhältnis zu der von der Speisespannung des Speicherelements abhängigen Spannung.
Gemäß einem Beispiel dieser zweiten Ausführungsform umfasst der Komparator mindestens einen Operationsverstärker.
Gemäß einem Beispiel dieser zweiten Ausführungsform umfasst der Komparator eine nicht invertierte Schmitt-Trigger-Schaltung.
Die Stromversorgungsschaltung umfasst beispielsweise einen Widerstand am Ausgang des Operationsverstärkers des Schmitt-Triggers, der mit einer Steuerung des elektronischen Abzweigschalters verbunden ist, um den elektronischen Schalter zu steuern.
Die Stromversorgungsschaltung umfasst beispielsweise eine Referenzstromversorgung, die mindestens einen Kondensator umfasst, um die negative Klemme des Schmitt-Trigger-Operationsverstärkers mit einer Referenzspannung zu speisen.
Die Referenzstromversorgung ist beispielsweise ein Kondensator, der parallel zu einem Widerstand geschaltet ist, der zwischen der positiven und negativen Klemme des Operationsverstärkers angeschaltet ist.
Gemäß einem Beispiel umfasst der Stromversorgungsschaltung eine Komparatorstromversorgung, um dem Komparator eine Spannung zu liefern.
Gemäß einem Beispiel umfasst die Stromversorgungsschaltung einen Speisespannungspegelsensor des Speicherelements, um die von der Spannung an den Klemmen des Speicherelements abhängige Spannung zu liefern.
Gemäß einer Variante des vorhergehenden Beispiels ist die von der Spannung an den Klemmen des Speicherelements abhängige Spannung direkt die Spannung an den Klemmen des Speicherelements.
Gemäß einem Beispiel umfasst die Stromversorgungsschaltung einen Schwellenspannungslieferanten, der es ermöglicht, dem Komparator die minimale Schwellenspannung und die maximale Schwellenspannung zu liefern.
Gemäß einer Ausgestaltung dieses Beispiels umfasst die Stromversorgungsschaltung einen Regler und zwei Kondensatoren zur Stromversorgung des Operationsverstärkers der Schmitt-Trigger-Schaltung.
Gemäß einer dritten Ausführungsform ist die Transformatorstromversorgung vom Flyback-Typ, der einen Transformator umfasst, der die Primärwicklung und die Sekundärwicklung umfasst, und einen mit dem Transformator gekoppelten Flyback-Driver, um die Trennung zwischen Primär- und Sekundärwicklung zu ermöglichen.
Gemäß einem Beispiel umfasst der Transformator vom Flyback-Typ an seiner Sekundärwicklung eine Klemme, die mit dem Stromversorgungseingang des Schalters verbunden ist. Die Spannung an den Klemmen der Sekundärwicklung des Transformators liegt somit zwischen dem Stromversorgungseingangspotential und einer Stromversorgungsklemme der Heimautomationseinheit. Wenn der elektronische Abzweigschalter in der geöffneten Stellung ist, fließt somit ein Teil des Netzstroms in die Stromversorgungsschaltung, und ein anderer Teil des Netzstroms fließt durch die Sekundärwicklung des Transformators, um die Heimautomationseinheit zu speisen, und dadurch, dass, wenn der elektronische Abzweigschalter im geschlossenen Zustand ist, die Speichereinheit die Primärwicklung speist, welche die Sekundärwicklung des Transformators speist, um die Heimautomationseinheit zu speisen.
Gemäß einer vierten Ausführung umfasst der elektronische Schalter ferner:

• einen Lasteingang, der mit der Lastklemme verbunden ist,
• einen Netzeingang, der mit der Netzklemme verbunden ist,
• einen Stromversorgungseingang, der mit der Eingangsklemme verbunden ist,
• einen Stromversorgungsausgang, der mit der Ausgangsklemme verbunden ist,
• ein erstes elektronisches Halbwellenelement, um den Strom von der Lastklemme zum Stromversorgungseingang und vom Stromversorgungsausgang zur Netzklemme zu steuern,
• ein zweites elektronisches Halbwellenelement, um den Strom von der Netzklemme zum Stromversorgungseingang und vom Stromversorgungsausgang zur Lastklemme zu steuern,
• wobei das erste und zweite elektronische Steuerungselement jeweils eine Steuerung umfassen, die mit dem Mikrocontroller verbunden ist, um sie anzusteuern.

Gemäß einem Beispiel dieser vierten Ausführung umfasst der elektronische Schalter ferner:

• einen ersten Zweig,
• einen zweiten Zweig parallel zum ersten Zweig,
• ein erstes elektronisches Halbwellenelement, umfassend:
1. i. im ersten Zweig einen ersten Transistor, der mit dem Stromversorgungseingang verbunden ist, um den Strom von der Lastklemme zum Stromversorgungseingang zu steuern, und
2. ii. im zweiten Zweig ein erstes elektronisches Element, das mit dem Stromversorgungsausgang verbunden ist, um den Strom vom Stromversorgungsausgang zur Netzklemme fließen zu lassen, und
• das zweite elektronische Halbwellenelement, umfassend:
1. i. im zweiten Zweig einen ersten Transistor, der mit dem Stromversorgungseingang verbunden ist, um den Strom von der Netzklemme zum Stromversorgungseingang zu steuern, und
2. ii. im ersten Zweig ein zweites elektronisches Element, das mit dem Stromversorgungsausgang verbunden ist, um den Strom vom Stromversorgungsausgang zur Lastklemme fließen zu lassen.

Ein solches Beispiel dieser Ausführungsform ermöglicht es, einen Schalter zu erhalten, der nur zwei Transistoren umfassen kann, die vom Mikrocontroller anzusteuern sind.
In einem weiteren Beispiel, das eine Variante des vorhergehenden Beispiels ist, umfasst der elektronische Schalter ferner:

• einen ersten Zweig,
• einen zweiten Zweig parallel zum ersten Zweig,
• das erste elektronische Halbwellenelement, umfassend:
1. i. im ersten Zweig einen ersten Transistor, der mit dem Stromversorgungsausgang verbunden ist, um den Strom vom Stromversorgungsausgang zur Netzklemme zu steuern, und
2. ii. im zweiten Zweig ein erstes elektronisches Element, das mit dem Stromversorgungseingang verbunden ist, um den Strom von der Lastklemme zum Stromversorgungseingang fließen zu lassen, und
• das zweite elektronische Halbwellenelement, umfassend:
1. i. im zweiten Zweig einen zweiten Transistor, der mit dem Stromversorgungsausgang verbunden ist, um den Strom vom Stromversorgungsausgang zur Lastklemme zu steuern, und
2. ii. im ersten Zweig ein zweites elektronisches Element, das mit dem Stromversorgungseingang verbunden ist, um den Strom von der Netzklemme zum Stromversorgungseingang fließen zu lassen.

Ein solches Beispiel dieser Ausführungsform ermöglicht es, einen Schalter zu erhalten, der nur zwei Transistoren umfassen kann, die vom Mikrocontroller anzusteuern sind.
Gemäß einer Besonderheit des einen dieser beiden letzten Beispiele dieser Ausführungsform sind das erste elektronische Element und das zweite elektronische Element jeweils eine Diode. Dies ermöglicht es, einen einfachen und kostengünstigen Schalter zu erhalten.
Gemäß einer Variante der vorhergehenden Besonderheit sind das erste elektronische Element und das zweite elektronische Element jeweils ein Transistor, der vom Mikrocontroller angesteuert wird. Dies ermöglicht es, einen Kurzschluss bei einer Störung eines der beiden Bauelemente des ersten oder zweiten elektronischen Halbwellenelements zu verhindern.
Gemäß einer Ausgestaltung des ersten Beispiels und der ersten Besonderheit umfasst die Diode des ersten elektronischen Halbwellenelements eine Anode, die mit dem Stromversorgungsausgang verbunden ist, und eine Kathode, die mit einem Anschlussknoten verbunden ist, der mit der Netzklemme und dem ersten Transistor verbunden ist.
Gemäß einer Ausgestaltung des zweiten Beispiels und der ersten Besonderheit umfasst die Diode des zweiten elektronischen Halbwellenelements eine Anode, die mit dem Stromversorgungsausgang verbunden ist, und eine Kathode, die mit einem Anschlussknoten verbunden ist, der mit der Lastklemme und dem zweiten Transistor verbunden ist.
Gemäß dem Beispiel dieser Ausführungsform kann der Mikrocontroller den Schalter steuern:

• in einen geöffneten Zustand, der den Speisestrom daran hindert, durch das erste und zweite elektronische Steuerungselement zwischen seiner Lastklemme und seiner Netzklemme zu fließen, so dass die Vorrichtung ausgeschaltet ist,
• in einen Vollwellenstromversorgungszustand, in dem das erste und zweite elektronische Steuerungselement während einer positiven oder negativen Halbwelle in einem geschlossenen Zustand sind, was es dem Speisestrom des Netzes ermöglicht, die Last vollwellig zu speisen,
• in einen Dimm-Zustand, in dem das erste und zweite elektronische Steuerungselement so gesteuert werden, dass sie die Netzstromversorgung zerhacken, was es ermöglicht, die effektive Nennspannung der positiven oder negativen Halbwelle der Stromversorgung des Netzes zu verringern, um die Stromversorgung der Last zu variieren.

Gemäß einer fünften Ausführungsform umfasst die Vorrichtung ferner eine Leckstromversorgung, um die Heimautomationseinheit zu speisen, wenn der Schalter in einem geöffneten Zustand ist, wobei die Leckstromversorgung eine erste Klemme umfasst, die mit der Lastklemme verbunden ist, und eine zweite Klemme, die mit der Netzklemme verbunden ist.
Gemäß einer sechsten Ausführungsform, die eine Variante der vorhergehenden Ausführungsform ist, steuert die Heimautomationseinheit den Schalter mit einem Tastverhältnis nahe null, um den Kondensator wieder aufzuladen, wenn die Vorrichtung im ausgeschalteten Modus ist.
Gemäß einer siebten Ausführungsform, die eine Variante der fünften Ausführungsform ist, umfasst die Stromversorgungsschaltung zwei Transistoren, um die Klemmen des Transformators parallel zum Speicherelement mit der Netzklemme und der Lastklemme zu verbinden, und dadurch, dass der Mikrocontroller die Transistoren im ausgeschalteten Modus in einen gesättigten Modus mit einem Tastverhältnis nahe null steuert, damit der mittlere Leckstrom über eine Halbperiode kleiner als ein mittlerer Schwellenstrom mit einer Stärke in der Größenordnung von < 150 µA ist.
Dies ermöglicht es der Last somit, nicht ausreichend gespeist zu sein, um normal zu funktionieren. Wenn die Last beispielsweise eine Lampe ist, überschreitet die Lampe eine Helligkeit, die für einen Nutzer störend sein kann, nicht.
Gemäß einer achten Ausführungsform, die sich mit den verschiedenen vorhergehenden Ausführungsformen kombinieren lässt, ist das elektronische Heimautomationselement ein im eingeschalteten Zustand viel Energie verbrauchendes Steuerungselement. Das Steuerungselement kann auch im ausgeschalteten Zustand viel Energie verbrauchen.
Das Steuerungselement ist beispielsweise ein Heimautomationsfunkmodul, zum Beispiel ein Funkmodul mit einem Heimautomations- oder Standardprotokoll wie WLAN/ZigBee im Router-Modus oder Bluetooth.
Unter ZigBee im Router-Modus wird verstanden, dass das Funkmodul es ermöglicht, Informationen von anderen Heimautomationsvorrichtungen zu empfangen und an andere Router oder an andere Heimautomationsvorrichtungen, die ein ZigBee-Heimautomationsprotokoll umfassen, zu übertragen. Ein solches Router-Funkmodul mit ZigBee-Protokoll verbraucht mehr Energie als ein einfaches Funkmodul mit ZigBee-Protokoll, um nur Informationen von der Heimautomationsvorrichtung zu senden oder zu empfangen, und sogar mehr als ein Funkmodul mit dem Bluetooth-Protokoll.
Das Steuerungselement oder der Mikrocontroller ist dazu ausgestaltet, die Steuerungsvorrichtung mit einer mobilen App oder einer Plattform zu koppeln.
Gemäß einem Beispiel dieser Ausführungsform ist das Steuerungselement eine Heimautomations-Mensch/Maschine-Schnittstelle zum Schalten oder Steuern.
Gemäß einer Ausgestaltung dieses Beispiels ist die Mensch/Maschine-Schnittstelle berührungsempfindlich, insbesondere berührungsempfindlich mit einer optischen (akustischen, haptischen u. a.) Rückkopplung, um den Benutzer zu ermöglichen, die Steuerung zu steuern.
Gemäß einer Variante ist die Mensch/Maschine-Schnittstelle ein Näherungssensor, der es ermöglicht, den Schalter bei einer Erkennung des Nutzers in den eingeschalteten Zustand zu schalten.
Gemäß einer weiteren Variante dieses Beispiels ist die Mensch/Maschine-Schnittstelle ein Taster, beispielsweise an einem Schalter oder an einem Codierer, der es ermöglicht, die Vorrichtung in einen eingeschalteten Modus zu schalten.
Gemäß einer weiteren Variante dieses Beispiels ist die Mensch/Maschine-Schnittstelle ein Touchscreen, der es dem Nutzer ermöglicht, den Schalter zu steuern, indem er den Touchscreen betätigt.
Gemäß einem weiteren Beispiel dieser achten Ausführungsform umfasst das viel Energie verbrauchende elektronische Steuerungselement ein Heimautomationsfunkmodul mit dem ZigBee-Protokoll mit geringem Verbrauch sowie eine Mensch/Maschine-Schnittstelle wie eine Kontrollleuchte oder mehrere Kontrollleuchten. Ein solches elektronisches Element umfasst dabei mehrere Lasten, die jeweils einen geringen Verbrauch aufweisen, aber in der Summe viel Energie verbrauchen, insbesondere im eingeschalteten Zustand.
Gemäß einer neunten Ausführungsform ist das elektronische Heimautomationselement ein Informationselement, das eine Heimautomations-Mensch/Maschine-Informationsschnittstelle umfasst. Die Schnittstelle ist beispielsweise ein Bildschirm oder eine Kontrollleuchte, der bzw. die im eingeschalteten Zustand Energie verbraucht.
Figurenliste
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren hervor. Es zeigen:

• 1A ein Prinzipschaltbild mit Funktionsblöcken des Standes der Technik in einem ausgeschalteten Modus;
• 1B eine positive Halbwelle mit Phasenanschnitt nach dem Stand der Technik;
• 1C ein Prinzipschaltbild mit Funktionsblöcken des Standes der Technik in einem eingeschalteten Modus;
• 2 ein Prinzipschaltbild mit Funktionsblöcken einer Vorrichtung einer Ausführungsform der Erfindung in einem ausgeschalteten Modus, die an eine Lampe und ein Netz angeschlossen ist;
• 3 ein Prinzipschaltbild mit Funktionsblöcken der Vorrichtung aus 2 in einem eingeschalteten Modus;
• 4 ein Zeitablaufdiagramm von verschiedenen Messungen an der Lampe und am Netz im vollwellig eingeschalteten Modus;
• 5 ein Prinzipschaltbild mit Funktionsblöcken einer zweiten Ausführungsform in einem eingeschalteten Zustand;
• 6 ein Prinzipschaltbild mit Funktionsblöcken einer Stromversorgungseinheit des Prinzipschaltbilds der Vorrichtung gemäß der in 3 oder 5 dargestellten Ausführungsform;
• 7 ein Zeitablaufdiagramm von verschiedenen Messungen in der Stromversorgungsschaltung aus 6;
• 8 ein Prinzipschaltbild eines Beispiels der zweiten Ausführungsform der Vorrichtung aus 5, das ein elektronisches Prinzipschaltbild einer Stromversorgungseinheit aus 6 und Funktionsblöcke umfasst.

Der Klarheit halber werden gleiche oder ähnliche Elemente in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
Die Erfindung wird beim Lesen der folgenden Beschreibung und bei Ansicht der sie begleitenden Figuren besser verständlich. Diese sind rein bespielhaft und keineswegs einschränkend.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
[2] zeigt ein Prinzipschaltbild mit Funktionsblöcken einer ersten Ausführungsform einer elektronischen Zweidraht-Heimautomationssteuerungsvorrichtung, die an ein Netz S und eine Last angeschlossen ist, in diesem Fall eine Lampe L. Die Lampe L kann eine dimmbare oder nicht dimmbare Lampe sein. Das Netz S ist ein Wechselspannungsnetz, das positive Halbwellen und negative Halbwellen umfasst, beispielsweise gemäß einer Frequenz von 50 Hertz oder 60 Hertz + oder - 10 % und gemäß einer effektiven Nennspannung von 110 Vrms oder 230 Vrms + oder - 10 %.
Die elektronische Zweidraht-Heimautomationssteuerungsvorrichtung B umfasst eine Lastklemme BL, die an eine Klemme der Lampe L angeschlossen ist, und eine Netzklemme BS, die an eine Phase des Netzes S angeschlossen ist. Die andere Phase des Netzes ist dabei an eine andere Klemme der Lampe L angeschlossen. Die elektronische Zweidraht-Heimautomationssteuerungsvorrichtung B umfasst somit nur zwei äußere Klemmen, um an zwei Adern angeschlossen zu werden.
Die elektronische Zweidraht-Heimautomationssteuerungsvorrichtung B umfasst einen Schalter 2, der zwischen die Lastklemme BL und die Netzklemme BS geschaltet ist. Der Schalter 2 ermöglicht es, die effektive Nennspannung einer positiven Halbwelle oder einer negativen Halbwelle oder beider Halbwellen einer Wechselspannungsperiode des Netzes variieren zu können. Der Schalter 2 umfasst einen geöffneten Zustand, auch ausgeschalteter Zustand genannt, welcher der Vorrichtung in einem ausgeschalteten Modus entspricht und die Funktion eines mechanischen Schalters in einem geöffneten Zustand ausführt, und einen vollwellig eingeschalteten Zustand, der die Funktion eines mechanischen Schalters in einem geschlossenen Zustand ausführt. Selbstverständlich kann der Schalter auch angesteuert werden, um die effektive Nennspannung einer positiven oder negativen Halbwelle oder beider Halbwellen einer Periode der Wechselspannungsversorgung des Netzes S zu variieren. Der Schalter 2 wird im weiteren Verlauf ausführlicher erläutert.
Die elektronische Zweidraht-Heimautomationssteuerungsvorrichtung B umfasst eine Heimautomationseinheit 3, die einen Mikrocontroller 30 zum Ansteuern des elektronischen Schalters 2 und ein viel Energie verbrauchendes elektronisches Heimautomationselement wie ein viel Energie verbrauchendes elektronisches Steuerungselement umfasst. Das elektronische Steuerungselement ist in diesem Beispiel ein Kommunikationselement, hier ein Heimautomationsfunkmodul 31 zum Empfangen und Senden von Informationen über die elektronische Zweidraht-Heimautomationssteuerungsvorrichtung, beispielsweise ein WLAN-Funkmodul. Das Heimautomationsfunkmodul 31 ist somit mit dem Mikrocontroller 30 verbunden, damit es Informationen mit einer App eines mobilen Endgeräts wie eines Smartphones oder mit einer Internetplattform austauschen kann.
In dieser Ausführungsform umfasst die elektronische Zweidraht-Heimautomationssteuerungsvorrichtung B eine Leckstromversorgungseinheit 1, die mit der Netzklemme BS und mit der Lastklemme BL verbunden ist, um die Heimautomationseinheit 3 zu speisen, wenn der Schalter 2 in einem ausgeschalteten Zustand ist. In dem Prinzipschaltbild von 2 zeigen die fett dargestellten Pfeile den Weg des Leckstroms Ioff durch die verschiedenen Funktionsblöcke der Vorrichtung B. Man kann somit erkennen, dass die Leckstromversorgungseinheit 1 von diesem Leckstrom durchflossen wird, um die Heimautomationseinheit 3, darunter den Mikrocontroller 30 und das Heimautomationsfunkmodul 31, zu speisen.
Die elektronische Zweidraht-Heimautomationssteuerungsvorrichtung B umfasst eine Stromversorgungseinheit 4, die eine Eingangsklemme 4E und eine Ausgangsklemme 4S umfasst, die mit dem elektronischen Schalter 2 so verbunden sind, dass im vollwellig eingeschalteten Zustand der Weg des Speisestroms Ion zwischen der Netzklemme BS und der Lastklemme BL durch die Stromversorgungseinheit 4 verläuft.
[3] zeigt das Prinzipschaltbild von 2, wobei jedoch die fett dargestellten Pfeile den Weg des Speisestroms Ion darstellen. Die Stromversorgungseinheit 4 umfasst eine Stromversorgungsschaltung 40, die weiter unten im Zusammenhang mit 5 ausführlich beschrieben wird und eine Transformatorstromversorgung 400 umfasst, die eine Primärwicklung 4000, die von dem von der Netzklemme BS zur Lastklemme BL fließenden Strom gespeist wird, und eine Sekundärwicklung 4001 umfasst, um diese Energie zu transformieren, um die Heimautomationseinheit 3, darunter den Mikrocontroller 30 und das Heimautomationsfunkmodul 31, zu speisen.
Die Transformatorstromversorgung 400 ermöglicht es somit, die Heimautomationseinheit 3, darunter den Mikrocontroller 30, zu speisen und gleichzeitig den Schalter im vollwellig eingeschalteten Zustand zu halten, d, h. ohne dass der Schalter 2 eine Dimmung vorzunehmen braucht, um Strom, der die Lampe speist, zur Stromversorgung der Heimautomationseinheit abzuzweigen.
[4] enthält ein Zeitablaufdiagramm, das die Spannung U des Netzes S, die Spannung U_Lamp an den Klemmen der Lampe L und den Speisestrom Ion, der durch die Lampe L fließt, wenn der Schalter 2 vollwellengesteuert eingeschaltet ist, zeigt. Die Spannung U_Lamp an den Klemmen der Lampe L ist somit gleich der Spannung U des Netzes abzüglich der Spannung des Schalters und der Spannung der Stromversorgungseinheit. Die Heimautomationsvorrichtung B ermöglicht somit, dass die Spannung an den Klemmen der Lampe L gleichmäßig ist, d. h. nicht angeschnitten ist.
[5] zeigt eine zweite Ausführungsform; die Heimautomationseinheit 3 umfasst ferner ein Stromversorgungsmodul 32, das es ermöglicht, den Strom zum Heimautomationsfunkmodul 31 und zum Mikrocontroller 32 unter einer Spannung Vcc zu verteilen, die entweder von der Sekundärwicklung des Transformators 400 ausgehend von einem Spannungspotential VccOn oder von der Leckstromversorgungseinheit 1 ausgehend von einem Spannungspotential VccOff kommt. Das Stromversorgungsmodul ist in diesem Fall zudem mit dem Schalter 2 verbunden, um ihm einen Strom mit einem Potential VccPower zu liefern.
[6] zeigt ein Schaltbild mit Funktionsblöcken einer Stromversorgungseinheit 4 der Heimautomationsvorrichtung B der Ausführungsform von 4 oder von 5.
Die Stromversorgungseinheit 4 ist zwischen ein Referenzpotential, das als „Computing_Reference“ bezeichnet wird, und ein Ausgangspotential, das als „Energy_Harvesting_Reference“ bezeichnet wird, geschaltet. Die Stromversorgungsschaltung 40 ist zwischen das Referenzpotential und das Ausgangspotential geschaltet. Der Mikrocontroller 30 umfasst einen Eingang, der mit diesem Referenzpotential verbunden ist, um den Schalter 2 anzusteuern, insbesondere zum Steuern einer Zustandsänderung des Schalters beim Nulldurchgang des Netzes.
Die Stromversorgungseinheit 4 umfasst neben der Stromversorgungsschaltung 40 mit der Transformatorstromversorgung 400 einen elektronischen Abzweigschalter 41. Der elektronische Abzweigschalter 41 umfasst eine Klemme, die mit dem Referenzpotential verbunden ist, und eine Klemme, die mit dem Ausgangspotential verbunden ist, und eine Steuerung, um ihn zu steuern. Der elektronische Abzweigschalter 41 ist somit parallel zur Stromversorgungsschaltung 40 geschaltet. Der elektronische Abzweigschalter 41 umfasst eine geschlossene Stellung, um die Stromversorgungsschaltung 40 kurzzuschließen, und eine geöffnete Stellung, um dem Schalter 2 zu ermöglichen, die Stromversorgungsschaltung 40 zu speisen.
Die Stromversorgungsschaltung 40 umfasst ein Energiespeicherelement 401, das parallel zur Transformatorstromversorgung 400 geschaltet ist.
Die Stromversorgungsschaltung 40 umfasst einen Komparator 402, der eine Spannung Vsense zwischen dem Ausgangspotential und einem Eingang des Komparators 402, die von einer Spannung an den Klemmen des Speicherelements 401, nachstehend als Speisespannung Vcc_E_H bezeichnet, abhängig ist, mit einer maximalen Schwellenspannung Vmax und einer minimalen Schwellenspannung Vmin vergleicht, die in dem weiter unten beschriebenen Zeitablaufdiagramm von 7 dargestellt sind. Der Komparator 402 umfasst einen Signalausgang, der mit der Steuerung des elektronischen Abzweigschalters 41 verbunden ist.
Wenn die von der Speisespannung Vcc_E_H abhängige Spannung Vsense die minimale Schwellenspannung Vmin erreicht hat, überträgt der Komparator 402 eine Spannung an seinen Signalausgang gleich einer Spannung an seiner negativen Klemme zwischen dem Ausgangspotential und dem Ausgang, um den elektronischen Abzweigschalter 41 in die geöffnete Stellung zu steuern. Wenn der elektronische Abzweigschalter 41 in der geöffneten Stellung ist, teilt sich der Speisestrom Ion, wobei er durch die Transformatorstromversorgung 400 fließt und durch das Speicherelement 401 fließt, das ihn bis zu einem geladenen Zustand auflädt, der Vsense gleich der maximalen Schwellenspannung Vmax entspricht.
Die Spannung an der Klemme des Speicherelements 401 steigt, und wenn die von der Speisespannung Vcc_E_H des Speicherelements 401 abhängige Spannung Vsense die maximale Schwellenspannung Vmax erreicht hat, überträgt der Komparator 402 eine Spannung an seinen Signalausgang gleich einer Spannung an seiner positiven Klemme zwischen dem Ausgang und dem Ausgangspotential, um den elektronischen Abzweigschalter 41 in die geschlossene Stellung zu steuern. Die Stromversorgungsschaltung 40 ist somit kurzgeschlossen, und das Speicherelement 401 entlädt sich, indem es den Transformator 400 speist und so die Speisespannung Vcc_E_H an seinen Klemmen bis zu einem entladenen Zustand verringert, der Vsense gleich der minimalen Schwellenspannung Vmin entspricht.
Die Stromversorgungsschaltung 40 umfasst in dieser Ausführungsform einen Spannungspegelsensor 403 des Energiespeicherelements 401, um die von der Spannung an den Klemmen des Speicherelements 401 abhängige Spannung Vsense zu liefern.
Die Stromversorgungsschaltung 40 umfasst in dieser Ausführungsform ferner eine Komparatorstromversorgung 404, um den Komparator 402 zu speisen, beispielsweise gemäß einer Spannung von 5 V zwischen dem Ausgangspotential und der Komparatorstromversorgung 404. Der Komparator 402 kann somit beispielsweise ein 5 V-Signal an den elektronischen Abzweigschalter 41 übertragen, um ihn in die geschlossene Stellung zu steuern.
Die Stromversorgungsschaltung 40 umfasst in dieser Ausführungsform ferner einen Schwellenspannungslieferanten 405, der es ermöglicht, eine Referenzspannung Vref an den Komparator zu übertragen, damit am Ausgang des Komparators, wenn Vsense kleiner als die minimale Schwellenspannung Vmin ist, die Spannung am Ausgang des Komparators gleich der Spannung ist, die der positiven Stromversorgung des Komparators entspricht, in diesem Fall 5 V, bis die Spannung Vsense den maximalen Schwellenwert Vmax erreicht. Der Schwellenspannungslieferant 405 liefert eine Spannung Vref, so dass der elektronische Abzweigschalter 41 in einer geöffneten Stellung ist, wobei er die Spannung des Ausgangspotentials steuert, die dem Potential Energy_Harvesting_Reference entspricht, d. h. dem Potential an der Ausgangsklemme 4S.
Die Stromversorgungsschaltung 40 umfasst in dieser Ausführungsform ferner einen Spannungsgleichrichter 406. Der Spannungsgleichrichter 406 ermöglicht es, den Speisestrom der Stromversorgungsschaltung 40 zu polarisieren. Die Stromversorgung der Stromversorgungsschaltung ist somit ein Gleichstrom.
[7] zeigt ein Zeitablaufdiagramm, das einen die Lampe durchfließenden Strom I_Lamp entsprechend Ion, die Spannung Veh an den Klemmen des elektronischen Abzweigschalters 41 und die von der Speisespannung Vcc_E_H des Speicherelements 401 abhängige Spannung Vsense zeigt.
Wenn der elektronische Abzweigschalter 41 in der geschlossenen Stellung ist, ist somit die Spannung Veh null, und wenn der elektronische Abzweigschalter 41 in der geöffneten Stellung ist, ist die Spannung Veh gleich einer Spannung an den Klemmen der Stromversorgungsschaltung 40, abgezogen von der Spannung an den Klemmen des Spannungsgleichrichters 406. In diesem Zeitablaufdiagramm ist zu erkennen, dass der Strom I_Lamp eine Sinusform hat, die vom ununterbrochenen Netz S kommt.
Wenn der elektronische Abzweigschalter 41 in der geöffneten Stellung ist, steigt die Spannung Vsense, und wenn sie die maximale Schwellenspannung Vmax erreicht, geht der elektronische Abzweigschalter 41 aus der geöffneten Stellung in die geschlossene Stellung über, und die Spannung Vsense sinkt bis auf die minimale Schwellenspannung Vmin, die den Übergang des elektronischen Abzweigschalters 41 aus der geschlossenen Stellung in die geöffnete Stellung nach sich zieht.
[8] zeigt ein Prinzipschaltbild eines Beispiels der zweiten Ausführungsform der Vorrichtung B, das ein elektronisches Prinzipschaltbild der Stromversorgungsschaltung aus 5 und Funktionsblöcke umfasst.
Die Heimautomationsvorrichtung B von 8 umfasst somit das Stromversorgungsmodul 32.
Der elektronische Schalter 2 umfasst hier in diesen beiden Ausführungsformen ein erstes elektronisches Halbwellenelement, um den Strom von der Lastklemme BL zum Stromversorgungseingang 4E und vom Stromversorgungsausgang 4S zur Netzklemme BS zu steuern, und ein zweites elektronisches Halbwellenelement, um den Strom von der Netzklemme BS zum Stromversorgungseingang 4E und vom Stromversorgungsausgang 4S zur Lastklemme BL zu steuern. Das erste und zweite elektronische Steuerungselement umfassen jeweils eine Steuerung Vcmd, die mit dem Mikrocontroller verbunden ist, um sie zu steuern.
Der elektronische Schalter 2 umfasst in diesem Beispiel einen ersten Zweig und einen zweiten Zweig parallel zum ersten Zweig. Das erste elektronische Halbwellenelement umfasst im ersten Zweig einen ersten Transistor M1, der mit dem Stromversorgungseingang 4E verbunden ist, und einen Netzeingang 2S, der mit der Netzklemme BS verbunden ist, um den Strom von der Netzklemme BS zum Stromversorgungseingang 3E zu steuern, und im zweiten Zweig ein erstes elektronisches Element D1, das mit dem Stromversorgungsausgang 4S und mit einem Lasteingang 2L verbunden ist, der mit der Lastklemme BL verbunden ist, um den Strom nur vom Stromversorgungsausgang 4S zur Lastklemme BL fließen zu lassen. Das zweite elektronische Halbwellenelement umfasst im zweiten Zweig einen zweiten Transistor M2, der mit dem Stromversorgungseingang 4E und dem Lampeneingang 2L verbunden ist, um den Strom von der Netzklemme BS zum Stromversorgungseingang 4E zu steuern, und im ersten Zweig ein zweites elektronisches Element D2, das mit dem Stromversorgungsausgang 4S und mit dem Netzeingang 2S verbunden ist, um den Strom nur vom Stromversorgungsausgang 4S zur Netzklemme BS fließen zu lassen.
In diesem Beispiel sind hier das erste und zweite elektronische Element Dioden D1, D2, die jeweils eine Anode, die gemeinsam mit dem Stromversorgungsausgang 4S verbunden sind, und eine Kathode umfassen, die bei der ersten Diode D1 mit dem Lasteingang 2L verbunden ist und einen Knoten bildet, der den zweiten Transistor M2 mit der Lastklemme BL verbindet, und bei der zweiten Diode D2 mit dem Netzeingang 2S verbunden ist und einen Knoten bildet, der den ersten Transistor M1 und die Netzklemme BS verbindet.
Die Stromversorgungsschaltung 40 umfasst in diesem Beispiel eine Transformatorstromversorgung 400 vom Flyback-Typ, die einen Transformator umfasst, der die Primärwicklung 4000 und die Sekundärwicklung 4001 und einen mit dem Transformator gekoppelten Flyback Driver 4002 umfasst.
Die Transformatorstromversorgung vom Flyback-Typ 400 umfasst an ihrer Sekundärwicklung eine Klemme, die mit dem Stromversorgungseingang des Schalters 2 verbunden ist. Die Spannung an den Klemmen der Sekundärwicklung des Transformators 400 liegt somit zwischen dem Stromversorgungseingangspotential „Computing_Reference“ und dem Stromversorgungspotential VccOn der Heimautomationseinheit 3.
In diesem Beispiel umfasst der elektronische Abzweigschalter 41 einen Transistor M3, der es in einem gesättigten Zustand ermöglicht, in der geschlossenen Stellung zu sein, und in einem Sperrzustand, in der geöffneten Stellung zu sein. Die Transistoren M1, M2, M3 sind hier in diesem Beispiel NMOS-Transistoren.
In diesem Beispiel umfasst der elektronische Abzweigschalter 41 hier ferner eine bidirektionale Zener-Diode D4 parallel zum Abzweigtransistor M3, um ihn vor Überspannungen zu schützen.
Der elektronische Abzweigschalter 41 umfasst ferner einen Widerstand R7, der mit der Steuerklemme des Transistors M3 und mit dem Komparator 402 verbunden ist, um es zu ermöglichen, einen Steuerstrom in der Steuerung in Abhängigkeit von der Spannung des Ausgangs des Komparators 402 zu begrenzen. Dies ermöglicht es, eine Beschädigung des Komparators 402 zu begrenzen.
Der Spannungsgleichrichter 406 der Stromversorgungsschaltung 40 umfasst in diesem Beispiel eine Stromversorgungsklemme, die mit der Eingangsklemme 4E verbunden ist, eine Diode D5 und einen Widerstand R1, der zwischen das Eingangspotential der Eingangsklemme 4E und die Anode der Diode D5 geschaltet ist. Dies ermöglicht es, die Stromrichtung in der Stromversorgungsschaltung 40 zu erzwingen, und so zu verhindern, dass Strom, der beispielsweise aus dem Energiespeicherelement 401 kommt, sich über die Stromversorgungsklemme der Stromversorgungsschaltung 40 entlädt. Die Kathode der Diode D5 ist mit der Transformatorstromversorgung vom Flyback-Typ, mit dem Energiespeicherelement 401, das in diesem Fall ein Kondensator C1 ist, mit dem Spannungspegelsensor 403, der parallel zum Kondensator C1 geschaltet ist, und mit der Komparatorstromversorgung 404 verbunden.
Die Komparatorstromversorgung 404 umfasst in diesem Beispiel einen Regler U3, der in diesem Fall ein fester Regler ist, und zwei Filterkondensatoren C5 und C6, die gemeinsam mit einer Gnd-Klemme des Reglers verbunden sind. Die beiden Kondensatoren C5 und C6 umfassen jeweils eine Klemme, die mit dem Eingang bzw. dem Ausgang des Reglers U3 verbunden ist.
Der Spannungspegelsensor 403 umfasst in diesem Beispiel eine Zener-Diode D6 und einen Widerstand R2, der zwischen die Zener-Diode D6 und das Potential des Stromversorgungsausgangs 4S geschaltet ist. Die Kathode der Diode D5 ist mit der Kathode der Zener-Diode D6 verbunden. Die Referenzspannung Vsense liegt somit an den Klemmen des Widerstands R2 an.
Der Schwellenspannungslieferant 405 ist zwischen das Ausgangspotential und den Ausgang des Reglers U3 geschaltet. Der Schwellenspannungslieferant 403 umfasst hier zwei in Reihe geschaltete Widerstande R8 und R3 und einen Kondensator C4 parallel zum Widerstand R3, d. h. zwischen dem Ausgangspotential und dem Potential zwischen den beiden Widerständen, entsprechend der Spannung Vref.
Gemäß einem Beispiel dieser Ausführungsform umfasst der Komparator 402 mindestens einen Operationsverstärker U2.
Gemäß einem Beispiel dieser Ausführungsform umfasst der Komparator 402 eine nicht invertierte Schmitt-Trigger-Schaltung.
Der nicht invertierte Schmitt-Trigger-Komparator 402 umfasst somit einen Widerstand R5 zwischen seinem Ausgang und seinem positiven Eingang, einen Widerstand R4 mit einer Klemme, die mit dem positiven Eingang verbunden ist, und umfasst an seinem Eingang die Spannung Vsense, die der Eingangsspannung einer Schmitt-Trigger-Schaltung entspricht. Der Widerstand R2 und die Zener-Diode D6 des Spannungspegelsensors sind mit einer anderen Klemme des Widerstands R4 verbunden. Die Spannung Vsense ist somit in diesem Beispiel ein Abbild der Spannung an den Klemmen des Kondensators C1 parallel zum Spannungssensor 403.
Der Widerstand R7 des elektronischen Abzweigschalters 41 ist somit hier zwischen den Ausgang des Operationsverstärkers U2 des Schmitt-Trigger-Komparators und die Steuerung des Abzweigtransistors M3 geschaltet. Der Widerstand R7 ermöglicht es somit in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers U2, den erforderlichen Strom zu liefern, damit der Transistor in einen gesättigten Zustand übergeht, oder einen unzureichenden Strom, der den Transistor in den Sperrzustand versetzt.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die unter Bezugnahme auf die Figuren beschriebenen Ausführungsformen beschränkt; Varianten könnten in Betracht gezogen werden, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen. ]

Claims

[Elektronische Heimautomationssteuerungsvorrichtung mit mindestens zwei Drähten (B) zur Steuerung der Stromversorgung einer Last, wobei die Vorrichtung umfasst: • mindestens eine Lastklemme (BL), um an eine Last angeschlossen zu werden, • eine Netzklemme (BS), um an eine Phase eines Netzes (S) angeschlossen zu werden, • einen elektronischen Schalter (2), der zwischen der Lastklemme und der Netzklemme (BS) angeschaltet ist, um einen Speisestrom (Ion) zu steuern, der die Last (L) speist, • eine Heimautomationseinheit (3), die einen Mikrocontroller (30) umfasst, um den elektronischen Schalter (2) mindestens in einen eingeschalteten Zustand zu schalten, und ein viel Energie verbrauchendes elektronisches Heimautomationselement mindestens in einen eingeschalteten Zustand zu schalten, • eine Stromversorgungseinheit (4), die eine Eingangsklemme (4E) und eine Ausgangsklemme (4S) umfasst, die mit dem elektronischen Schalter (2) verbunden sind, damit der Speisestrom (Ion) die Stromversorgungseinheit (4) zwischen der Netzklemme (BS) und der Lastklemme (BL) durchfließt, wobei die Stromversorgungseinheit (4) umfasst: i) eine Stromversorgungsschaltung (40), umfassend: => ein Energiespeicherelement (401), das mit den Eingangsklemmen (4E) und Ausgangsklemmen (4S) der Stromversorgungseinheit (4) verbunden ist, => eine Transformatorstromversorgung (400), die eine parallel zum Energiespeicherelement geschaltete Primärwicklung (4000) und eine Sekundärwicklung (4001) umfasst, um die Heimautomationseinheit (3), darunter den Mikrocontroller (30), zu speisen, ii) einen elektronischen Abzweigschalter (41), der zwischen der Ausgangsklemme (4S) und der Eingangsklemme (4E) parallel zur Stromversorgungsschaltung (40) angeschaltet ist, wobei der elektronische Abzweigschalter (41) eine Steuerung umfasst, die mit der Stromversorgungsschaltung (40) verbunden ist, um sie entweder in eine geöffnete Stellung zu schalten, welche die Stromversorgung der Stromversorgungsschaltung (40) ermöglicht, wenn das Speicherelement (401) in einem entladenen Zustand ist, bis es in einem geladenen Zustand ist, oder in eine geschlossene Stellung, um die Stromversorgungsschaltung (40) kurzzuschließen, wenn das Speicherelement (401) im geladenen Zustand ist, bis es im entladenen Zustand ist.
Elektronische Heimautomationssteuerungsvorrichtung mit mindestens zwei Drähten (B) nach Anspruch 1, umfassend einen Komparator (402), der eine von der Speisespannung (Vcc_E_H) des Energiespeicherelements (401) abhängige Spannung (Vsense) mit einer maximalen Schwellenspannung (Vmax) und einer minimalen Schwellenspannung (Vmin) vergleicht, wobei der Komparator (402) einen Steuerungsausgang umfasst, der direkt mit der Steuerung des elektronischen Abzweigschalters (41) verbunden ist, und einen Schließsteuerungszustand umfasst, in dem der Komparator (402) eine Spannung an seinem Ausgang umfasst, um den elektronischen Abzweigschalter (41) in die geschlossene Stellung zu steuern, und einen Öffnungssteuerungszustand, in dem die Spannung am Ausgang des Komparators (402) den elektronischen Abzweigschalter (41) in die geöffnete Stellung steuert, und dadurch, dass der Komparator aus dem Öffnungssteuerungszustand in den Schließsteuerungszustand übergeht, wenn die von der Spannung an den Klemmen des Energiespeicherelements abhängige Spannung (Vsense) größer als die maximale Schwellenspannung (Vmax) ist, und dadurch, dass der Komparator aus dem Schließsteuerungszustand in den Öffnungssteuerungszustand übergeht, wenn die von der Spannung an den Klemmen des Energiespeicherelements abhängige Spannung (Vsense) kleiner als die minimale Schwellenspannung (Vmin) ist.
Elektronische Zweidraht-Heimautomationssteuerungsvorrichtung (B) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei der die Stromversorgungsschaltung eine Komparatorstromversorgung (404) umfasst, um an den Komparator eine Spannung zu liefern.
Elektronische Heimautomationssteuerungsvorrichtung mit mindestens zwei Drähten (B) nach Anspruch 2 oder 3, bei der die Stromversorgungsschaltung (40) einen Spannungspegelsensor (403) des Speicherelements (401) umfasst, um die von der Spannung an den Klemmen des Speicherelements (401) abhängige Spannung (Vsense) zu liefern.
Elektronische Heimautomationssteuerungsvorrichtung mit mindestens zwei Drähten (B) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei der die Stromversorgungsschaltung (40) einen Schwellenspannungslieferanten (405) umfasst, der es ermöglicht, dem Komparator (404) die minimale Schwellenspannung (Vmin) und die maximale Schwellenspannung (Vmax) zu liefern.
Elektronische Heimautomationssteuerungsvorrichtung mit mindestens zwei Drähten nach einem der Ansprüche 2 bis 5, bei welcher der Komparator eine Schmitt-Trigger-Schaltung ist.
Elektronische Heimautomationssteuerungsvorrichtung mit mindestens zwei Drähten (B) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher der elektronische Schalter (2) umfasst: • einen Lasteingang (2L), der mit der Lastklemme (BL) verbunden ist, • einen Netzeingang (2S), der mit der Netzklemme (BS) verbunden ist, • einen Stromversorgungseingang, der mit der Eingangsklemme (4E) verbunden ist, • einen Stromversorgungsausgang, der mit der Ausgangsklemme (4S) verbunden ist, • ein erstes elektronisch gesteuertes Halbwellenelement zum Steuern des Stroms von der Lastklemme (BL) zum Stromversorgungseingang (4E) und vom Stromversorgungsausgang (4S) zur Netzklemme (BS), • ein zweites elektronisches Halbwellenelement zum Steuern des Stroms von der Netzklemme (BS) zum Stromversorgungseingang (4E) und vom Stromversorgungsausgang (4S) zur Lastklemme (BL), wobei das erste und zweite elektronische Steuerungselement jeweils eine Steuerung umfassen, die mit dem Mikrocontroller (30) verbunden ist, um sie zu steuern.
Elektronische Heimautomationssteuerungsvorrichtung mit mindestens zwei Drähten (B) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei welcher: • der Schalter umfasst: i) einen ersten Zweig ii) einen zweiten Zweig parallel zum ersten Zweig, • wobei das erste elektronische Halbwellenelement umfasst: i) im ersten Zweig einen ersten Transistor (M1), der zwischen den Stromversorgungseingang und den Lasteingang (2L) geschaltet ist, um den Strom den Speisestrom (Ion) von der Lastklemme zum Stromversorgungseingang zu steuern, und ii) im zweiten Zweig ein erstes elektronisches Element (D1), das mit dem Stromversorgungsausgang verbunden ist, um den Speisestrom (Ion) vom Stromversorgungsausgang zum Netzeingang (BS) fließen zu lassen, und • wobei das zweite elektronische Halbwellenelement umfasst: i) im zweiten Zweig einen zweiten Transistor (M2), der mit dem Stromversorgungseingang verbunden ist, um den Speisestrom (Ion) vom Netzeingang (2S) zum Stromversorgungseingang zu steuern, und ii) im zweiten Zweig ein zweites elektronisches Element (D2), das mit dem Stromversorgungsausgang verbunden ist, um den Speisestrom (Ion) vom Stromversorgungsausgang zum Lasteingang (2L) fließen zu lassen.
Elektronische Heimautomationssteuerungsvorrichtung mit mindestens zwei Drähten (B) nach Anspruch 7 oder 8, bei welcher der Mikrocontroller den Schalter steuern kann: • in einen geöffneten Zustand, der den Speisestrom daran hindert, durch das erste und zweite elektronische Steuerungselement zwischen seiner Lastklemme und seiner Netzklemme zu fließen, so dass die Vorrichtung ausgeschaltet ist, • in einen Vollwellenstromversorgungszustand, in dem das erste und zweite elektronische Steuerungselement während einer positiven oder negativen Halbwelle in einem geschlossenen Zustand sind, was es dem Speisestrom des Netzes ermöglicht, die Last vollwellig zu speisen, • in einen Dimm-Zustand, in dem das erste und zweite elektronische Steuerungselement so gesteuert werden, dass sie die Netzstromversorgung zerhacken, was es ermöglicht, die effektive Nennspannung der positiven oder negativen Halbwelle der Stromversorgung des Netzes zu verringern, um die Stromversorgung der Last zu variieren.
Elektronische Heimautomationssteuerungsvorrichtung mit mindestens zwei Drähten nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend ferner eine Leckstromversorgung (1), um die Heimautomationseinheit (3) zu speisen, wenn der Schalter in einem geöffneten Zustand ist, wobei die Stromversorgung (1) eine erste Klemme umfasst, die mit der Lastklemme (BL) verbunden ist, und eine zweite Klemme, die mit der Netzklemme (BS) verbunden ist. ]