DE102021129173B3 - Switchable power supply device and method for operating such a device - Google Patents

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DE102021129173B3 DE102021129173.9A DE102021129173A DE102021129173B3 DE 102021129173 B3 DE102021129173 B3 DE 102021129173B3 DE 102021129173 A DE102021129173 A DE 102021129173A DE 102021129173 B3 DE102021129173 B3 DE 102021129173B3
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Abstract

Zu dem Zweck, eine schaltbare Energieversorgungseinrichtung zu schaffen, die es erlaubt, die Freigabe der Energieversorgung eines an die Energieversorgungseinrichtung 1 angeschlossenen Verbrauchers V verbraucherspezifisch zu erteilen, so dass nur bestimmte, zugelassene Verbraucher V energieversorgt werden, wird eine schaltbare Energieversorgungseinrichtung 1, zur verbraucherspezifischen Freigabe der Energieversorgung eines an die Energieversorgungseinrichtung 1 angeschlossenen zumindest einen Widerstand R, einen Gleichrichter D2 und einen Kondensator C aufweisenden Verbrauchers V, vorgeschlagen welche Energieversorgungseinrichtung 1 an eine Wechselspannungsquelle W angeschlossen ist und einen Gleichrichter D1, insbesondere eine Diode, ein strombegrenzendes Bauteil, insbesondere einen Widerstand R, einen Kondensator C, eine Messeinrichtung zur zeitabhängigen Erfassung der Spannung S und des Stromes i sowie eine Auswerte- und Steuereinrichtung A, B umfasst, wobei die Freigabe der Energieversorgung eines angeschlossenen Verbrauchers V in Abhängigkeit von einer Observablen erfolgt, welche Observable abhängig von dem, durch die Messeinrichtung I, U erfassten, fließenden Strom i und der anliegenden Spannung S während des Einschwingvorganges ist und von der verbraucherspezifischen Eingangsimpedanz des angeschlossenen Verbrauchers V abhängen.For the purpose of creating a switchable energy supply device that allows the release of the energy supply of a consumer V connected to the energy supply device 1, in a consumer-specific manner, so that only certain, approved consumers V are supplied with energy, a switchable energy supply device 1 is used for consumer-specific release the energy supply of a consumer V connected to the energy supply device 1 and having at least one resistor R, a rectifier D2 and a capacitor C, proposed which energy supply device 1 is connected to an AC voltage source W and a rectifier D1, in particular a diode, a current-limiting component, in particular a resistor R, a capacitor C, a measuring device for the time-dependent detection of the voltage S and the current i and an evaluation and control device A, B, the release of the energy A connected load V is supplied as a function of an observable, which observable depends on the flowing current i recorded by the measuring device I, U and the applied voltage S during the transient process and on the load-specific input impedance of the connected load V.

Description

Die Erfindung betrifft eine schaltbare Energieversorgungseinrichtung, zur verbraucherspezifischen Freigabe der Energieversorgung eines an die Energieversorgungseinrichtung angeschlossenen zumindest einen Widerstand, einen Gleichrichter und einen Kondensator aufweisenden Verbrauchers, welche Energieversorgungseinrichtung an eine Wechselspannungsversorgung angeschlossen ist und einen Gleichrichter, insbesondere eine Diode, ein strombegrenzendes Bauteil, insbesondere einen Widerstand, einen Kondensator, eine Messeinrichtung zur zeitabhängigen Erfassung der Spannung und des Stromes sowie eine Auswerte- und Steuereinrichtung umfasst, sowie ein Verfahren zum Betrieb einer solchen.The invention relates to a switchable energy supply device for consumer-specific release of the energy supply of a consumer connected to the energy supply device and having at least one resistor, a rectifier and a capacitor, which energy supply device is connected to an AC voltage supply and a rectifier, in particular a diode, a current-limiting component, in particular a Resistor, a capacitor, a measuring device for the time-dependent detection of the voltage and the current and an evaluation and control device, and a method for operating such.

Energieversorgungseinrichtungen für typische Verbraucher, beispielsweise ein Ladegerät eines E-Bikes, werden regelmäßig durch Schuko-Steckdosen, insbesondere im Außenbereich, realisiert. Zum Aufladen des Akkus des E-Bikes ist dieser an die Steckdose, die Energieversorgungseinrichtungen, angeschlossen, welche eine Wechselspannung bereitstellt, insbesondere an die Netzspannung. Für den Aufladeprozess - aber auch für eine Vielzahl sonstiger Anwendungen, die Gleichspannung erfordern - erfolgt die Gleichrichtung der Wechselspannung in Gleichspannung durch einen Gleichrichter, da regelmäßig keine Wechsel- sondern Gleichspannung benötigt wird. Einer solchen Energieversorgungseinrichtung, einer einfachen Schuko-Steckdose, mangelt es jedoch an einer Schaltbarkeit, so dass die Energieversorgung eines Verbrauchers ausschließlich dann gestartet wird, wenn der Anschlussstecker des Verbrauchers in die Steckdose gesteckt wird.Energy supply devices for typical consumers, for example an e-bike charger, are regularly implemented using Schuko sockets, especially outdoors. To charge the battery of the e-bike, it is connected to the socket, the energy supply device, which provides an alternating voltage, in particular to the mains voltage. For the charging process - but also for a large number of other applications that require DC voltage - the AC voltage is rectified into DC voltage by a rectifier, since DC voltage is not required as a rule, but DC voltage. However, such an energy supply device, a simple Schuko socket, lacks the ability to be switched, so that the energy supply to a consumer is only started when the connector of the consumer is plugged into the socket.

Die Schaltbarkeit, beispielsweise aus Gründen der Betriebssicherheit, einer Energieversorgungseinrichtung kann beispielsweise durch einen Zeitschalter realisiert sein. Bei einem solchen Zeitschalter wird die Freigabe der Energieversorgung nur für den Zeitraum, bei der der Zeitschalter aktiv ist, ermöglicht. Wenn der regelmäßig als Countdown definierbare Zeitraum beendet ist, wird die Energieversorgung gestoppt.The ability to switch an energy supply device, for example for reasons of operational safety, can be implemented, for example, by a time switch. With such a time switch, the release of the energy supply is only possible for the period in which the time switch is active. When the period of time, which can be regularly defined as a countdown, has ended, the power supply is stopped.

Ebenfalls vorbekannt zum Schalten einer Energieversorgung sind Funksteckdosen, die mit einer Fernbedienung ein- und ausgeschaltet werden können.Radio-controlled sockets, which can be switched on and off with a remote control, are also previously known for switching an energy supply.

In letzter Zeit sind auch Nachrüstlösungen bekannt geworden, bei denen Schaltaktoren, welche beispielsweise über eine App eines mobilen Endgerätes bedient werden können, hinter die Steckdosen Unterputz in die Installationsdose integriert werden können und so per Knopfdruck geschaltet werden können, ohne dass die übliche Tastbetätigung beeinträchtigt wird
(www.insta.deloroduktioesungen-nexentro/zigbee schaltaktor mini).Recently, retrofit solutions have also become known in which switching actuators, which can be operated, for example, via an app on a mobile device, can be integrated behind the flush-mounted sockets in the installation box and can be switched at the push of a button without the usual button operation being impaired
(www.insta.deloroduktioesungen-nexentro/zigbee switch actuator mini).

EP 2 182 607 A1 offenbart eine schaltbare Energieversorgungseinrichtung, zur verbraucherspezifischen Freigabe der Energieversorgung eines an die Energieversorgungseinrichtung angeschlossenen, zumindest einen Widerstand, einen Gleichrichter und einen Kondensator aufweisenden Verbrauchers. Dabei ist die Energieversorgungseinrichtung zur einfachen und kostengünstigen Energiebereitstellung an eine Wechselspannungsquelle angeschlossen und umfasst einen Gleichrichter, ein strombegrenzendes Bauteil, einen Kondensator, eine Messeinrichtung zur zeitabhängigen Erfassung der Spannung und des Stromes sowie eine Auswerte- und Steuereinrichtung. EP 2 182 607 A1 discloses a switchable energy supply device for consumer-specific release of the energy supply of a consumer connected to the energy supply device and having at least one resistor, one rectifier and one capacitor. The energy supply device is connected to an AC voltage source for simple and cost-effective energy supply and includes a rectifier, a current-limiting component, a capacitor, a measuring device for time-dependent detection of the voltage and the current, and an evaluation and control device.

US 9 020 769 B2 offenbart eine Methode zur Optimierung der Position von Geräten der Gebäudeautomatisierungstechnik. Dabei wird eine Identifikation von Geräten anhand ihrer elektronischen Leistungsparameter vorgenommen. U.S. 9,020,769 B2 discloses a method for optimizing the position of building automation technology devices. Devices are identified based on their electronic performance parameters.

Nachteilig bei den vorbeschriebenen, zum Teil schaltbaren, Energieversorgungseinrichtungen ist, dass diese keine verbraucherspezifische Freigabe der Energieversorgung ermöglichen, sondern die Freigabe der Energieversorgung durch den Anwender selbst vorzunehmen ist.The disadvantage of the above-described, partially switchable, energy supply devices is that they do not allow the energy supply to be released for specific consumers, but rather the user must carry out the release of the energy supply himself.

Ausgehend von diesem diskutierten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine schaltbare Energieversorgungseinrichtung zu schaffen, die es erlaubt, die Freigabe der Energieversorgung eines an die Energieversorgungseinrichtung angeschlossenen Verbrauchers verbraucherspezifisch zu erteilen, so dass ausschließlich bestimmte, spezifisch zugelassene Verbraucher energieversorgt werden.Proceeding from this discussed prior art, the invention is based on the object of creating a switchable energy supply device that allows the release of the energy supply of a consumer connected to the energy supply device to be granted in a consumer-specific manner, so that only certain, specifically approved consumers are supplied with energy.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine schaltbare Energieversorgungseinrichtung, welche sich dadurch auszeichnet, dass die Freigabe der Energieversorgung eines angeschlossenen Verbrauchers in Abhängigkeit von einer Observablen erfolgt, welche Observable abhängig von dem, durch die Messeinrichtung erfassten, fließenden Strom und der anliegenden Spannung während des Einschwingvorganges ist und von der verbraucherspezifischen Eingangsimpedanz des angeschlossenen Verbrauchers abhängen.This task is solved by a switchable energy supply device, which is characterized in that the energy supply of a connected load is released as a function of an observable, which observable is dependent on the flowing current detected by the measuring device and the applied voltage during the transient process and depend on the load-specific input impedance of the connected load.

Der Kerngedanke der Erfindung besteht darin, dass die Energieversorgungseinrichtung die Energieversorgung des Verbrauchers erst freigibt, wenn der angeschlossene Verbraucher aufgrund seiner elektronischen Charakterisierung, vorliegend gegeben durch eine Observable, die abhängig von dem durch die Messeinrichtung erfassten fließenden Strom und der anliegenden Spannung beim Aufladen des zumindest einen Kondensators ist, als qualifizierter beziehungsweise legitimierter Verbraucher identifiziert worden ist. So wird auf einfache Weise eine verbraucherspezifische Freigabe der Energieversorgung ermöglicht, beispielsweise das Laden eines E-Bikes an einer Außensteckdose oder Ladesäule. Durch die verbraucherspezifische Freigabe der Energieversorgung in Abhängigkeit von der vorbeschriebenen elektronischen Observablen, wird vorteilhafterweise verhindert, dass unberechtigte Verbraucher mit Energie versorgt werden, insbesondere, dass Dritte ihr E-Bike an der jeweiligen Energieversorgungseinrichtung aufladen, ohne dass dieses durch den Besitzer der Energieversorgungseinrichtung gewünscht wird.The core idea of the invention is that the power supply device only releases the power supply to the consumer when the connected consumer is due An electronic characterization, presently given by an observable that is dependent on the current flowing detected by the measuring device and the voltage present when charging the at least one capacitor, has been identified as a qualified or legitimate consumer. This enables a user-specific release of the energy supply in a simple manner, for example charging an e-bike at an outside socket or charging station. The user-specific release of the energy supply depending on the electronic observables described above advantageously prevents unauthorized consumers from being supplied with energy, in particular third parties charging their e-bikes at the respective energy supply device without this being desired by the owner of the energy supply device .

Die elektronische Charakterisierung des an die Energieversorgungseinrichtung angeschlossenen Verbrauchers erfolgt durch eine Messeinrichtung zur zeitabhängigen Erfassung der Spannung und des Stromes, wobei sich auf geschickte Art und Weise zu Nutze gemacht wird, dass die Last nicht durchgeschaltet werden muss, sondern die Charakterisierung, die Ermittlung einer strom- und spannungsabhängigen Observablen, möglich ist, bevor die finale Freigabe der Energieversorgung erfolgt, da die Observable unmittelbar nach dem Einschaltmoment erfasst wird, also der Einschaltstrom als Grundlage für die Ermittlung der Observable herangezogen wird. Unmittelbar nach dem Einschaltmoment wird zuerst der Kondensator der schaltbaren Energieversorgungseinrichtung geladen, bevor die Last durchgeschaltet wird, welcher Ladeprozess von dem angeschlossenen Verbraucher abhängt, also: verbraucherspezifisch ist, und zur Ermittlung der Observablen genutzt wird. Die Freigabe der Energieversorgung durch die Steuereinheit erfolgt somit erst dann, wenn die Observable als zulässig durch die Auswerteeinheit erkannt worden ist. Die Freigabe kann beispielsweise durch das Ansteuern eines Relais erreicht werden. The electronic characterization of the consumer connected to the energy supply device is carried out by a measuring device for the time-dependent detection of the voltage and the current, which cleverly makes use of the fact that the load does not have to be switched through, but rather the characterization, the determination of a current - and voltage-dependent observables, is possible before the power supply is finally released, since the observable is recorded immediately after the moment of switch-on, i.e. the inrush current is used as the basis for determining the observable. Immediately after the switch-on moment, the capacitor of the switchable energy supply device is first charged before the load is switched through, which charging process depends on the connected consumer, i.e. is consumer-specific, and is used to determine the observables. The release of the energy supply by the control unit thus only takes place when the observable has been recognized as permissible by the evaluation unit. The release can be achieved, for example, by activating a relay.

Regelmäßig wird die Festlegung, welcher Wert der Observable zu einer Freigabe der Energieversorgung führt, über ein Einlernen geschehen, wobei der Verbraucher an die erfindungsgemäße Energieversorgungseinrichtung angeschlossen wird, die Observable durch die Messeinrichtung erfasst wird und der Anwender - unter Nachweis der Authentifizierung, beispielsweise durch Passworteingabe - die erfasste verbraucherspezifische Observable einlernt; also diesen Wert als zulässig kennzeichnet.The determination of which value of the observable leads to a release of the energy supply is usually done via a teaching process, with the consumer being connected to the energy supply device according to the invention, the observable being recorded by the measuring device and the user - with proof of authentication, for example by entering a password - learns the recorded consumer-specific observable; i.e. marks this value as permissible.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Energieversorgungseinrichtung erfolgt die Erfassung der Observablen zu einem bestimmten Zeitpunkt des Spannungsverlaufes, insbesondere innerhalb der ersten drei Viertel der Periode der Wechselspannung. Hierdurch wird eine besonders gute Genauigkeit der Ermittlung der Observablen erreicht, ohne dass es zu einer Durchschaltung der Last kommt, da der Kondensator der Energieversorgungseinrichtung erst aufgeladen wird.According to a particularly preferred embodiment of the energy supply device according to the invention, the observables are detected at a specific point in time of the voltage profile, in particular within the first three quarters of the period of the AC voltage. This achieves particularly good accuracy in determining the observables, without the load being switched through, since the capacitor of the energy supply device is first charged.

In einer besonders einfachen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Energieversorgungseinrichtung erfolgt die Freigabe der Energieversorgung eines angeschlossenen Verbrauchers, indem die Auswerteeinrichtung ein Schaltsignal an ein Relais absetzt.In a particularly simple embodiment of the energy supply device according to the invention, the energy supply to a connected load is enabled by the evaluation device sending a switching signal to a relay.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Energieversorgungseinrichtung erfolgt die Freigabe der Energieversorgung eines angeschlossenen Verbrauchers auf Basis des Verhältnisses der innerhalb der von einem Einschaltzeitpunkt bis zu einem Messzeitpunkt geflossenen Ladung und der Spannung zu dem Messzeitpunkt. Dieses Verhältnis stellt dann die Observable dar, welche verbraucherspezifisch ist und zur Freigabe der Energieversorgung herangezogen wird. Der Vorteil, das Verhältnis der innerhalb der von einem Einschaltzeitpunkt bis zu einem Messzeitpunkt geflossenen Ladung und der Spannung zu dem Messzeitpunkt zu verwenden, liegt darin, dass diese Observable sich für unterschiedliche Verbraucher stark unterscheidet, so dass ein hohes Maß an Freigabesicherheit erreicht werden kann. Zudem erfüllt diese Observable das Kriterium der Unabhängigkeit von der Phasenlage in Bezug auf die der Versorgung dienende Wechselspannung. Falls zu einem Zeitpunkt der Einschaltvorgang gestartet wird, an dem die Wechselspannung besonders hoch, beispielsweise maximal, ist, ist die innerhalb der von dem Einschaltzeitpunkt bis zu einem Messzeitpunkt geflossene Ladung verhältnismäßig hoch. Im Vergleich dazu ist zu einem Zeitpunkt des Starts des Einschaltvorgangs, an dem die Wechselspannung besonders niedrig, beispielsweise 0, ist, die innerhalb der von dem Einschaltzeitpunkt bis zu einem Messzeitpunkt geflossene Ladung verhältnismäßig niedrig. In beiden Fällen ist jedoch die Observable - das Verhältnis der innerhalb der von dem Einschaltzeitpunkt bis zu einem Messzeitpunkt geflossenen Ladung und der Spannung zu dem Messzeitpunkt - nicht nur aufgrund der verbraucherspezifischen Eingangsimpedanz, verursacht durch mindestens einen Kondensator, einen Widerstand und einen Gleichrichter verbraucherspezifisch, sondern auch unabhängig von der Phasenlage der Wechselspannung.In a particularly preferred embodiment of the energy supply device according to the invention, the energy supply to a connected consumer is enabled on the basis of the ratio of the charge that has flowed from a switch-on time to a measurement time and the voltage at the measurement time. This ratio then represents the observable, which is consumer-specific and is used to release the energy supply. The advantage of using the ratio of the charge that has flowed from a switch-on time to a measurement time and the voltage at the measurement time is that this observable differs greatly for different consumers, so that a high degree of release security can be achieved. In addition, this observable fulfills the criterion of being independent of the phase position in relation to the AC voltage used for the supply. If the switch-on process is started at a point in time at which the AC voltage is particularly high, for example at its maximum, the charge that has flowed from the switch-on point to a measurement point in time is relatively high. In comparison, at a point in time at the start of the switch-on process at which the AC voltage is particularly low, for example 0, the charge that has flowed from the switch-on point to a measurement point in time is relatively low. In both cases, however, the observable - the ratio of the charge that has flowed from the switch-on time to a measurement time and the voltage at the measurement time - is not only consumer-specific due to the consumer-specific input impedance, caused by at least one capacitor, one resistor and one rectifier, but also also independent of the phase position of the AC voltage.

Vorteilhaft ist, wenn die erfindungsgemäße Energieversorgungseinrichtung über eine Auswerteeinrichtung mit einem Speicher verfügt, in dem Werte oder Wertebereiche für die Observable abgelegt sind und die Freigabe der Energieversorgung nur erfolgt, wenn die Observable innerhalb einer bestimmten Umgebung der Werte oder innerhalb der Wertebereiche liegen. Durch die Wahl der Umgebung der Werte oder der Wertebereiche kann die Freigabetoleranz eingestellt werden, da die Observable über die Zeit oder durch äußere Einwirkungen wie Temperatur Schwankungen unterliegt, was nicht dazu führen soll, dass eigentlich legitimierte Verbraucher nicht mit Energie versorgt werden können.It is advantageous if the energy supply device according to the invention has an evaluator te device has a memory in which values or ranges of values for the observables are stored and the power supply is only enabled if the observables are within a certain range of values or within the ranges of values. The release tolerance can be set by selecting the environment of the values or the value ranges, since the observable is subject to fluctuations over time or due to external influences such as temperature, which should not result in consumers that are actually legitimate being unable to be supplied with energy.

Besonders kostengünstig und unauffällig ist die erfindungsgemäße die schaltbare Energieversorgungseinrichtung, wenn sie als eine schaltbare Steckdose ausgeführt ist.The switchable energy supply device according to the invention is particularly inexpensive and unobtrusive if it is designed as a switchable socket outlet.

Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur verbraucherspezifischen Freigabe der Energieversorgung eines an die Energieversorgungseinrichtung angeschlossenen, zumindest einen Widerstand, einen Gleichrichter und einen Kondensator aufweisenden, Verbrauchers, welche Energieversorgungseinrichtung an eine Wechselspannungsversorgung angeschlossen ist und einen Gleichrichter, insbesondere eine Diode, ein strombegrenzendes Bauteil, insbesondere einen Widerstand, einen Kondensator, eine Messeinrichtung zur zeitabhängigen Erfassung der Spannung und des Stromes sowie eine Auswerte- und Steuereinrichtung, umfassend die folgenden Schritte:

  • - Erfassen einer Observablen durch die Messeinrichtung, welche Observable abhängig von dem durch die Messeinrichtung erfassten fließenden Strom und der anliegenden Spannung beim Aufladen des zumindest einen Kondensators ist;
  • - Freigeben der Energieversorgung des an die Energieversorgungseinrichtung angeschlossenen Verbrauchers, wenn die Observable innerhalb einer bestimmten Umgebung vorbestimmter Werte oder innerhalb vorbestimmter Wertebereiche liegt.
The invention also relates to a method for consumer-specific release of the energy supply of a consumer connected to the energy supply device and having at least one resistor, a rectifier and a capacitor, which energy supply device is connected to an AC voltage supply and a rectifier, in particular a diode, a current-limiting component, in particular a resistor, a capacitor, a measuring device for the time-dependent detection of the voltage and the current, and an evaluation and control device, comprising the following steps:
  • - detecting an observable by the measuring device, which observable is dependent on the current flowing detected by the measuring device and the applied voltage when charging the at least one capacitor;
  • - Enabling the energy supply of the consumer connected to the energy supply device if the observable is within a specific environment of predetermined values or within predetermined value ranges.

Durch dieses Verfahren werden dieselben Vorteile wie durch die erfindungsgemäße Energieversorgungseinrichtung erreicht.This method achieves the same advantages as the energy supply device according to the invention.

In einer besonders präzisen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dieses zu mindestens zwei unterschiedlichen Zeitpunkten bezüglich der Periode der Wechselspannung durchgeführt, wobei das Freigeben der Energieversorgung nur erfolgt, wenn die Observable jeweils innerhalb einer bestimmten Umgebung vorbestimmter Werte oder innerhalb vorbestimmter Wertebereiche liegt.In a particularly precise development of the method according to the invention, this is carried out at at least two different points in time with respect to the period of the AC voltage, the power supply being enabled only if the observable lies within a specific environment of predetermined values or within predetermined value ranges.

In einer alternativen besonders präzisen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dieses mehrfach zu den jeweils selben Zeitpunkten bezüglich der Periode der Wechselspannung durchgeführt, wobei das Freigeben der Energieversorgung nur erfolgt, wenn die Observable jeweils innerhalb einer bestimmten Umgebung vorbestimmter Werte oder innerhalb vorbestimmter Wertebereiche liegt.In an alternative, particularly precise development of the method according to the invention, this is carried out several times at the same times in relation to the period of the AC voltage, the power supply being enabled only if the observable is within a specific environment of predetermined values or within predetermined value ranges.

In einer weitergebildeten Ausgestaltung dieser besonders präzisen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die vorbestimmten Werte oder Wertebereiche nach erfolgter Freigabe der Energieversorgung selbstlernend angepasst, so dass zeitliche Änderungen der Observable hinsichtlich der verbraucherspezifischen Freigabe der Energieversorgung berücksichtig werden.In a further development of this particularly precise development of the method according to the invention, the predetermined values or value ranges are adapted in a self-learning manner after the power supply has been enabled, so that changes over time in the observables with regard to the consumer-specific enabling of the power supply are taken into account.

Nachfolgend ist die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben. Es zeigen:

  • 1: eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen schaltbaren Energieversorgungseinrichtung zusammen mit einem an diese angeschlossenen Verbraucher,
  • 2: eine Darstellung eines durch das Messgerät der erfindungsgemäßen schaltbaren Energieversorgungseinrichtung aufgenommenen Strom- und Spannungsbildes während des Einschaltvorganges eines an die Energieversorgungseinrichtung angeschlossenen Verbrauchers,
  • 3: eine Darstellung der sich aus den Messergebnissen gemäß 2 ergebenden Observablen (für eine USB-Steckdose) und
  • 4: eine Darstellung unterschiedlicher Observablen (für ein Radio).
The invention is described below with reference to the attached figures using an exemplary embodiment. Show it:
  • 1 : a schematic representation of the switchable energy supply device according to the invention together with a consumer connected to it,
  • 2 : a representation of a current and voltage image recorded by the measuring device of the switchable energy supply device according to the invention during the switch-on process of a consumer connected to the energy supply device,
  • 3 : a representation of the resulting from the measurement results 2 resulting observables (for a USB socket) and
  • 4 : a representation of different observables (for a radio).

In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt beziehungsweise erwähnt.In the various figures, the same parts are always provided with the same reference symbols and are therefore usually named or mentioned only once.

Die in 1 schematisch dargestellte erfindungsgemäße schaltbare Energieversorgungseinrichtung ist an eine Wechselspannungsquelle W angeschlossen und umfasst zur verbraucherspezifischen Freigabe der Energieversorgung eines an die Energieversorgungseinrichtung 1 angeschlossenen Verbrauchers V einen Gleichrichter D1, insbesondere eine Diode, ein strombegrenzendes Bauteil, insbesondere einen Widerstand, einen Kondensator, (beide nicht dargestellt) eine Messeinrichtung zur zeitabhängigen Erfassung der Spannung S und des Stromes I sowie eine Auswerte- und Steuereinrichtung A bzw. B.In the 1 The switchable energy supply device according to the invention shown schematically is connected to an AC voltage source W and includes a rectifier D1, in particular a diode, a current-limiting component, in particular a resistor, a capacitor (neither of which is shown) for the consumer-specific release of the energy supply to a consumer V connected to the energy supply device 1. a measuring device for the time-dependent recording of the voltage S and the current I as well as an evaluation and control device A or B.

Der an die Energieversorgungseinrichtung angeschlossene Verbraucher V weist zumindest einen Widerstand R1, einen Gleichrichter D2 und einen Kondensator C auf. Es versteht sich, dass der Verbraucher in Abhängigkeit von seiner Funktion auch weitere Bauteile umfassen kann.The consumer V connected to the energy supply device has at least one resistor R1, a rectifier D2 and a capacitor C. It goes without saying that the consumer can also include other components depending on its function.

Die Freigabe der Energieversorgung eines angeschlossenen Verbrauchers V, hier: eine USB-Steckdose, erfolgt bevorzugt, indem die Auswerteeinrichtung A ein Schaltsignal an ein Relais 2 absetzt. Besonders geeignet für die Identifikation des Verbrauchers V als zur Energieversorgung legitimierten Verbraucher V ist das Verhältnis aus der innerhalb der von einem Einschaltzeitpunkt bis zu einem Messzeitpunkt geflossenen Ladung und der Spannung zu dem Messzeitpunkt. Dieses rührt daher, dass diese Observable unabhängig von der Phasenlage im Wesentlichen konstant und reproduzierbar konstant ist. Dabei weist das USB-Netzteil USB eine Funktionsbaugruppe F auf, die für die jeweilige Funktion erforderliche weitere elektronische Bauteile umfasst. An das USB-Netzteil USB kann beispielsweise, wie dargestellt, ein mobiles Endgerät H angeschlossen sein.The power supply of a connected consumer V, here: a USB socket, is preferably enabled by the evaluation device A sending a switching signal to a relay 2 . The ratio of the charge that has flowed from a switch-on time to a measurement time and the voltage at the measurement time is particularly suitable for identifying the consumer V as the consumer V legitimate for the energy supply. This is due to the fact that this observable is essentially constant and reproducibly constant, regardless of the phase position. In this case, the USB power pack USB has a functional assembly F, which includes other electronic components required for the respective function. For example, as shown, a mobile terminal H can be connected to the USB power supply unit USB.

2 zeigt eine Darstellung eines durch das Messgerät der erfindungsgemäßen schaltbaren Energieversorgungseinrichtung 1 aufgenommenen Strom- und Spannungsbildes während des Einschaltvorganges eines an die Energieversorgungseinrichtung 1 angeschlossenen Verbrauchers V. Die Ermittlung der Observablen erfolgt bevorzugt, indem ab einem gewissen Startzeitpunkt t1 der fließende Strom I über eine gewisse Zeitspanne, hier: Timpuls, integriert und so die geflossene Ladung Q ermittelt wird. Die Observable ergibt sich dann auf Basis der Division des am Ende der oberen Grenze des Integrals aktuellen Spannungswertes UT durch die ermittelte Ladung. Dieser Wert wird bevorzugt innerhalb der ersten 75 Prozent der Periode erfasst, da die Observable dann als besonders konstant angesehen werden kann. Dieses kann sichergestellt werden, da die Messeinrichtung zur zeitabhängigen Erfassung der Spannung ebenfalls den aktuellen Zeitpunkt bezüglich der Periode der Wechselspannung liefert. 2 FIG Period of time, here: T impuls , is integrated and the charge Q that has flowed is determined. The observable is then obtained on the basis of dividing the current voltage value U T at the end of the upper limit of the integral by the charge determined. This value is preferably recorded within the first 75 percent of the period, since the observable can then be regarded as particularly constant. This can be ensured since the measuring device for the time-dependent detection of the voltage also supplies the current point in time with regard to the period of the AC voltage.

Die 3 und 4 zeigen eine Darstellung der sich aus den Messergebnissen ergebenden Observablen (für eine USB-Steckdose beziehungsweise ein Radio als Verbraucher). Dabei ist erkennbar, dass die Observablen, im Wesentlichen innerhalb der ersten 75 Prozent der Periode, konstant sind und sich deutlich unterscheiden: ca. 45 V/mC = 45kV/As (USB-Steckdose) gegenüber ca. 16 V/mC = 16kV/As (Radio). Somit erlaubt die Erfindung die verbraucherspezifische Freigabe der Energieversorgung eines an die Energieversorgungseinrichtung 1 angeschlossenen Verbrauchers V.the 3 and 4 show a representation of the observables resulting from the measurement results (for a USB socket or a radio as a consumer). It can be seen that the observables, essentially within the first 75 percent of the period, are constant and differ significantly: approx. 45 V/mC = 45kV/As (USB socket) compared to approx. 16 V/mC = 16kV/ Ace (radio). The invention thus allows the consumer-specific release of the energy supply of a consumer V connected to the energy supply device 1.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben. Ohne den Umfang der geltenden Ansprüche zu verlassen, ergeben sich für einen Fachmann zahlreiche weitere Möglichkeiten, diese umzusetzen, ohne dass dieses im Rahmen dieser Ausführungen im Einzelnen erläutert werden müsste.The invention is described using exemplary embodiments. Without departing from the scope of the applicable claims, there are numerous other ways for a person skilled in the art to implement them, without this having to be explained in detail within the scope of these statements.

BezugszeichenlisteReference List

11
Energieversorgungseinrichtungpower supply device
22
Relais relay
AA
Auswerteeinrichtungevaluation device
BB
Steuereinrichtungcontrol device
CC
Kondensatorcapacitor
D1D1
Gleichrichter (Energieversorgungseinrichtung)rectifier (power supply device)
D2D2
Gleichrichter (Verbraucher)rectifier (consumer)
Ff
Funktionsbaugruppefunctional assembly
HH
mobiles Endgerätmobile device
II
Strommessvorrichtungcurrent measuring device
ii
Stromelectricity
RR
WiderstandResistance
ss
Spannungtension
Uu
Spannungsmessvorrichtungtension measuring device
USBUSB
USB-NetzteilUSB power adapter
VV
Verbraucherconsumer
WW
WechselspannungsquelleAC power source

Claims (10)

Schaltbare Energieversorgungseinrichtung, zur verbraucherspezifischen Freigabe der Energieversorgung eines an die Energieversorgungseinrichtung (1) angeschlossenen zumindest einen Widerstand (R), einen Gleichrichter (D2) und einen Kondensator (C) aufweisenden Verbrauchers (V), welche Energieversorgungseinrichtung (1) an eine Wechselspannungsquelle (W) angeschlossen ist und einen Gleichrichter (D1), insbesondere eine Diode, ein strombegrenzendes Bauteil, insbesondere einen Widerstand (R), einen Kondensator (C), eine Messeinrichtung zur zeitabhängigen Erfassung der Spannung (S) und des Stromes (I) sowie eine Auswerte- und Steuereinrichtung (A, B) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Freigabe der Energieversorgung eines angeschlossenen Verbrauchers (V) in Abhängigkeit von einer Observablen erfolgt, welche Observable abhängig von dem, durch die Messeinrichtung (I, U) erfassten, fließenden Strom und der anliegenden Spannung während des Einschwingvorganges ist und von der verbraucherspezifischen Eingangsimpedanz des angeschlossenen Verbrauchers (V) abhängen.Switchable energy supply device for consumer-specific enabling of the energy supply of a consumer (V) connected to the energy supply device (1) and having at least one resistor (R), a rectifier (D2) and a capacitor (C), which energy supply device (1) is connected to an AC voltage source (W ) is connected and a rectifier (D1), in particular a diode, a current-limiting component, in particular a resistor (R), a capacitor (C), a measuring device for time-dependent detection of the voltage (S) and the current (I) and an evaluation - and control device (A, B), characterized in that the release of the energy supply of a connected consumer (V) takes place as a function of an observable, which observable depends on the flowing current detected by the measuring device (I, U) and of the applied voltage during the transient process and of the consumption cher-specific input impedance of the connected consumer (V). Schaltbare Energieversorgungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung der Observablen zu einem bestimmten Zeitpunkt des Spanungsverlaufes, insbesondere innerhalb der ersten drei Viertel der Periode, erfolgt.Switchable energy supply device claim 1 , characterized in that the observables are recorded at a specific point in time of the voltage profile, in particular within the first three quarters of the period. Schaltbare Energieversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Freigabe der Energieversorgung eines angeschlossenen Verbrauchers (V) erfolgt, indem die Auswerte- und Steuereinrichtung (A, B) ein Schaltsignal an ein Relais (2) absetzt.Switchable energy supply device according to one of Claims 1 or 2 , characterized in that the release of the energy supply of a connected consumer (V) takes place in that the evaluation and control device (A, B) sends a switching signal to a relay (2). Schaltbare Energieversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Freigabe der Energieversorgung eines angeschlossenen Verbrauchers (V) auf Basis des Verhältnisses der innerhalb der von einem Einschaltzeitpunkt bis zu einem Messzeitpunkt geflossenen Ladung und der Spannung (S) zu dem Messzeitpunkt erfolgt.Switchable energy supply device according to one of Claims 1 until 3 , characterized in that the release of the energy supply of a connected load (V) takes place on the basis of the ratio of the charge that has flowed from a switch-on time to a measurement time and the voltage (S) at the measurement time. Schaltbare Energieversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte- und Steuereinrichtung (A, B) über einen Speicher verfügt, in dem Werte oder Wertebereiche für die Observable abgelegt sind und die Freigabe der Energieversorgung nur erfolgt, wenn die Observable innerhalb einer bestimmten Umgebung der Werte oder innerhalb der Wertebereiche liegen.Switchable energy supply device according to one of Claims 1 until 4 , characterized in that the evaluation and control device (A, B) has a memory in which values or value ranges for the observable are stored and the power supply is only enabled if the observable is within a certain range of values or within the value ranges. Schaltbare Energieversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die schaltbare Energieversorgungseinrichtung (1) eine schaltbare Steckdose ist.Switchable energy supply device according to one of Claims 1 until 5 , characterized in that the switchable energy supply device (1) is a switchable socket. Verfahren zur verbraucherspezifischen Freigabe der Energieversorgung eines an die Energieversorgungseinrichtung (1) angeschlossenen, zumindest einen Widerstand (R), einen Gleichrichter (D2) und einen Kondensator (C) aufweisenden, Verbrauchers (V), welche Energieversorgungseinrichtung (1) an eine Wechselspannungsquelle (W) angeschlossen ist und einen Gleichrichter (D1), insbesondere eine Diode, ein strombegrenzendes Bauteil, insbesondere einen Widerstand (R), einen Kondensator (C), eine Messeinrichtung zur zeitabhängigen Erfassung der Spannung (U) und des Stroms (i) sowie eine Auswerte- und Steuereinrichtung (A,B) umfasst, umfassend die folgenden Schritte: - Erfassen einer Observablen durch die Messeinrichtung (I, U), welche Observable abhängig von dem durch die Messeinrichtung (I, U) erfassten fließenden Strom (i) und der anliegenden Spannung (S) beim Aufladen des zumindest einen Kondensators (C) ist; - Freigeben der Energieversorgung des an die Energieversorgungseinrichtung (1) angeschlossenen Verbrauchers (V), wenn die Observable innerhalb einer bestimmten Umgebung vorbestimmter Werte oder innerhalb vorbestimmter Wertebereiche liegt.Method for consumer-specific release of the energy supply of a consumer (V) connected to the energy supply device (1) and having at least one resistor (R), a rectifier (D2) and a capacitor (C), which energy supply device (1) is connected to an AC voltage source (W ) is connected and a rectifier (D1), in particular a diode, a current-limiting component, in particular a resistor (R), a capacitor (C), a measuring device for time-dependent detection of the voltage (U) and the current (i) and an evaluation - and control device (A,B), comprising the following steps: - detecting an observable by the measuring device (I, U), which observable is dependent on the flowing current (i) detected by the measuring device (I, U) and the applied voltage (S) when charging the at least one capacitor (C); - Enabling the energy supply of the consumer (V) connected to the energy supply device (1) if the observable is within a specific environment of predetermined values or within predetermined value ranges. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zur Verbesserung der Genauigkeit zu mindestens zwei unterschiedlichen Zeitpunkten bezüglich der Periode der Wechselspannung durchgeführt wird und das Freigeben der Energieversorgung nur erfolgt, wenn die Observable jeweils innerhalb einer bestimmten Umgebung vorbestimmter Werte oder innerhalb vorbestimmter Wertebereiche liegt.procedure after claim 7 , characterized in that the method for improving the accuracy is carried out at at least two different points in time with respect to the period of the AC voltage and the power supply is only enabled if the observable is within a specific environment of predetermined values or within predetermined value ranges. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zur Verbesserung der Genauigkeit mehrfach zu den jeweils selben Zeitpunkten bezüglich der Periode der Wechselspannung durchgeführt wird und das Freigeben der Energieversorgung nur erfolgt, wenn die wenn die Observable jeweils innerhalb einer bestimmten Umgebung vorbestimmter Werte oder innerhalb vorbestimmter Wertebereiche liegt.procedure after claim 7 , characterized in that the method for improving the accuracy is carried out several times at the same time in each case with regard to the period of the AC voltage and the power supply is only enabled if the observable is within a specific environment of predetermined values or within predetermined value ranges. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmten Werte oder Wertebereiche nach erfolgter Freigabe der Energieversorgung selbstlernend angepasst werden.Procedure according to one of Claims 8 until 9 , characterized in that the predetermined values or value ranges are adapted in a self-learning manner after the power supply has been released.
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Insta GmbH: Zigbee Schaltaktor Mini. Lüdenscheid, DE, 2021. S. 1-2. Artikelnummer 57005000, URL: https://www.insta.de/files/Insta/media/product_docs/datenblaetter/DB_57005000_DE.pdf [abgerufen am 2021-12-08]. - Produktdatenblatt - Firmenschrift

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