DE10327498B3

DE10327498B3 - Schaltungsanordnung zur Auswertung von positiven und negativen Netzhalbwellen zwecks Erkennung des Schaltzustandes eines in einem Glimmlampenpfad eingebundenen Tastschalters

Info

Publication number: DE10327498B3
Application number: DE10327498A
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl.-Ing.(FH) Lohmüller
Original assignee: Theben AG
Current assignee: Theben AG
Priority date: 2003-06-17
Filing date: 2003-06-17
Publication date: 2005-01-27
Anticipated expiration: 2023-06-18

Abstract

Schaltungsanordnung zur Auswertung von positiven und negativen Netzhalbwellen zwecks Erkennung des Schaltzustandes eines in einem Glimmlampenpfad eingebundenen mit einer parallel geschalteten Glimmlampe versehenen Tastschalters, unter Verwendung einer auf einen maximalen Stromfluß ausgelegten Strombegrenzerschaltung, welche aus zwei gegenparallel geschalteten, die Netzhalbwellen detektierenden Diodenschaltungen (OPTO1, OPTO2) besteht, die mit einem Widerstand (R7) in Reihe geschaltet sind und welchen ein Brückengleichrichter (BR1) in Reihe nachgeschaltet ist,
wobei die Ausgangssignale der die Netzhalbwellen detektierenden Diodenschaltungen (OPTO1, OPTO2) den Eingängen (A, B) einer Auswerteschaltung (μC) getrennt zuführbar sind und,
wobei am Ausgang des Brückengleichrichters (BR1) ein Feldeffekttransistor (T2) zusammen mit einem NPN-Transistor (T1) wirkt und,
wobei vom Feldeffekttransistor (T2) über einen Widerstand (R3) eine Stromrückkopplung zur Basis des NPN-Transistors (T1) erfolgt, an welcher über einen Widerstand (R1) die Ausgangsspannung des Brückengleichrichters (BRl) wirkt und,
wobei in Reihe zum Feldeffekttransistor (T2) ein Optokoppler (OPTO3) geschaltet ist, dessen Ausgangssignal einem weiteren Eingang (C)...

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Auswertung von positiven und negativen Netzhalbwellen zwecks Erkennung des Schaltzustandes eines in einem Glimmlampenpfad eingebundenen mit einer parallel geschalteten Glimmlampe versehenen Tastschalters.

Sogenannte Glimmlampenpfade werden beispielsweise bei der Ansteuerung von zeitgesteuerten Treppenbeleuchtungen über Tastschalter eingesetzt. Jeder der Tastschalter ist mit einer Glimmlampe versehen, welche zu diesem parallel geschaltet ist. Die Glimmlampe dient dabei bekannterweise zur Erkennung des Tastschalters bei Dunkelheit. Über den Tastschalter wird bei gedrücktem Tastschalter ein Treppenlichtzeitschalter angesteuert, so dass das Treppenlicht eine evtl. Zeitdauer aktiviert ist.

Aus der DE 43 43 219 C1 eine Schaltungsanordnung zur Erkennung der Schaltzustände von sogenannten Glimmlampentastern, d.h. von mit Glimmlampen versehenen Tastschaltern, bekannt, bei welcher bei nicht gedrückten Glimmlampentastern ein Glimmlampenstrom von einer Glimmlampenspeiseschalteung zur Verfügung gestellt wird. Bei gedrücktem Glimmlampentaster wird über die Schaltungsanordnung ein Treppenhausschaltrelais angesteuert, durch welches wiederum die Treppenhausbeleuchtung geschaltet wird.

Weiter sind aus den Druckschriften AT 408 392 B , US 5 248 919 A und DE 93 06 753 U1 Auswerteschaltungen für positive und negative Netzhalbwellen bekannt, die zur Erkennung des Schaltzustandes von parallel geschalteten Tastern dienen. Mit diesen Auswerteschaltungen sind in Abhängigkeit der jeweils detektierten Halbwelle oder beider Halbwellen der Netzhalbwellen insgesamt drei verschiedene Schaltfunktionen durch die Auswerteschaltung ansteuerbar. Bei der Verwendung von Glimmlampentastern ergibt sich hier das Problem, dass durch die den Schaltern parallel geschalteten Glimmlampen stets beide Halbwellen "durchgeschaltet" werden, so dass die Schaltzustände der Tastschalter durch dies Auswerteschaltungen nicht detektierbar sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung anzugeben, mit welcher es möglich ist, einerseits eine Halbwellendetektion einer Wechselspannung zu ermöglichen und gleichzeitig die Schalterstellung von Glimmlampentastern zu detektieren, um nachfolgende Schaltvorgänge z.B. eine bestimmte Art einer Beleuchtungssteuerung zu steuern.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmalskombination des Patentanspruches 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist die Verwendung einer auf einen maximalen Stromfluß ausgelegten Strombegrenzerschaltung vorgesehen, welche aus zwei gegenparallel geschalteten, die Netzhalbwellen detektierenden Diodenschaltungen (OPTO1, OPTO2) besteht, die mit einem Widerstand (R7) in Reihe geschaltet sind und welchen ein Brückengleichrichter (BRl) in Reihe nachgeschaltet ist. Die Ausgangssignale von die Netzhalbwellen detektierenden Diodenschaltungen (OPTO1, OPTO2) werden den Eingängen (A, B) einer Auswerteschaltung (μC) getrennt zugeführt, wobei am Ausgang des Brückengleichrichters (BRl) ein Feldeffekttransistor (T2) zusammen mit einem NPN-Transistor (T1) wirkt und, wobei vom Feldeffekttransistor (T2) über einen Widerstand (R3) eine Stromrückkopplung zur Basis des NPN-Transistors (T1) erfolgt, an welcher über einen Widerstand (R1) die Ausgangsspannung des Brückengleichrichters (BR1) wirkt und, wobei in Reihe zum Feldeffekttransistor (T2) ein Optokoppler (OPTO3) geschaltet ist, dessen Ausgangssignal einem weiteren Eingang (C) der Auswerteschaltung zuführbar ist

Gemäß Anspruch 2 kann vorgesehen sein, daß die Diodenschaltungen aus Optokopplern (OPTO1, OPTO2) gebildet sind. Durch diese Ausgestaltung ist ein potentialfreies Signal der beiden Diodenschaltungen bewirkbar, welches an die Auswerteeinrichtung übergebbar ist.

Gemäß Anspruch 3 kann vorgesehen sein, daß die Auswerteschaltung aus einem Mikroprozessor (μC) gebildet wird, welcher auf die positive Flanke des Ausgangssignals des Optokopplers (OPTO3) eine Messzeit von etwa 5 ms startet und das Signal am Optokoppler (OPTO3) sowie die Signale der beiden Diodenschaltungen (OPTO1 und OPTO2) bewertet. Durch diese erfindungsgemäße Ausgestaltung ist eine eindeutige Auswertung sowohl der Schalterstellung als auch der Hanlwellendetektion sichergestellt und es sind die erhaltenen Auswertergebnisse für weitere, nachfolgende Funktionen einsetzbar.

Die erfindungsgemäße Schaltung zeichnet sich dadurch aus, dass es möglich ist, über einen Glimmlampenpfad, wie er bei Treppenhausschaltungen für Lichtsteuerungen üblich ist, zusätzlich eine modulierte Netzhalbwelle zu erkennen und diese zu einer getrennten Auswertung auszugeben. Die Schaltung muss weiterhin bei gedrückter Taste kurzschlusssicher sein und zusätzlich die Halbwellen erkennen. Bei nicht gedrückter Taste muss ein Glimmlampenstrom zur Verfügung stehen.

Mit dieser Schaltung ist es möglich neue und bestehende Schaltungen in ihren Funktionen durch Mehrwert zu vergrößern, ohne eine Installationsänderung vorzunehmen.

Dabei können in einer Beleuchtungssteuerung beispielsweise folgende Funktionen (Mehrwertfunktionen) als Zentralfunktionen gesteuert werden:

– die Funktion Zentral-EIN kann unabhängig von anderen Funktionen der positiven Halbwelle zugeordnet werden;
– die Funktion Zentral-AUS kann unabhängig von anderen Funktionen der negativen Halbwelle zugeordnet werden;
– der Start einer Timerfunktion kann unabhängig von anderen Funktionen der Vollwelle zugeordnet werden.

Liegt keine Schaltaktivität der Funktion und liegen damit keine Halbwellen vor, so muss die Leuchtfunktion der Glimmlampen in den Tastern möglich sein.

Wie aus der in 2 dargestellten Schaltung ersichtlich ist, bewirkt eine in Reihe zu einem Taster S1, S2, S3 ... Sx geschaltete Netzdiode D1 bzw. D2 eine Unterdrückung, je nach Einbaurichtung dieser Diode, einer Netzhalbwelle und somit eine Modulation (Halbwellenschaltung).
Man unterscheidet zwischen den Schaltzuständen:

– Taste nicht gedrückt,
– Taste ohne Diodenfunktion gedrückt,
– Taste mit positiver Diodenrichtung gedrückt,
– Taste mit negativer Diodenrichtung gedrückt.

Wird in einem Tastelement S1 eine Netzdiode D1 in positiver Richtung eingebaut, so erhält man positive Halbwellen am Ein gang E1. Wird in einem Tastelement S2 eine Netzdiode D2 in negativer Richtung eingebaut, so erhält man negative Halbwellen am Eingang E1. Ist in einem Tastelement S3 keine Diode eingebaut so erhält man am Eingang E1 Vollwellen.
Es gibt vier Erkennungsmöglichkeiten ohne die Glimmlampenfunktion zu beeinflussen. Die parallel geschalteten Tastelemente S1, S2, S3, ... Sx mit Glimmlampenbeleuchtung erlauben über die erfindungsgemäße Schaltung eine maximale Stromentnahme aus dem Stromnetz von 100 mA bei nicht gedrückter Taste. Es darf mit den oben genannten Mehrwertfunktionen keine Einschränkung zur bestehenden heutigen Standardschaltung geben.
Beim Drücken einer beliebigen Taste S1, S2, S3, ...Sx, oder mehrerer gleichzeitig, dürfen während dem Drücken alle Glimmlampen GL1, GL2, GL3, ... GLx, welche an diesem Eingang angeschlossen sind ausgehen. Nach dem Loslassen der letzten gedrückten Taste S1, S2, S3, ...Sx müssen alle Glimmlampen GL1, GL2, GL3, ... GLx wieder leuchten.
Die Schaltung muss im Fall "gedrückte Taste" kurzschlussfest sein.
Die Timerfunktionen,

– Kurzzeit nachschaltbar im Abschaltvorwarnung (Treppenhauslicht) oder
– Kurzzeit EIN/AUS schaltbar mit Abschaltvorwarnung (Kellerlicht) oder
– Kurzzeit nachschaltbar ohne Ausschaltvorwarnung (Lüfter oder Zirkulationspumpe)
– EIN/AUS Funktionen (Stromstossschaltung)

Es muss eindeutig unterschieden werden, dass die Mehrwertfunktionen positiv, negativ, "voll" erst bei gedrückter Taste S1, S2, S3, ...SX wirken und nicht bereits im offenen maximalen 100 mA Glimmlampenbetrieb.
Schaltungsbeschreibung
Rückgekoppelte Strombegrenzerschaltung (Konstantstromquelle)
Die erfindungsgemäße, aus 1 ersichtliche Schaltung besteht aus der bekannten und oft verwendeten Strombegrenzerschaltung, ausgelegt bis max. 100 mA. Der prinzipielle Aufbau solcher Strombegrenzerschaltungen, die auch als Konstantstromquellen bezeichnet werden, ist beispielsweise aus "U. Tietze – Ch. Schenk – Halbleiter-Schaltungstechnik – 10. Auflage – Springer-Verlag" bekannt.
Die erfindungsgemäße Schaltung besteht aus den Schaltungsteilen R7 in Reihe mit zwei parallel geschalteten Optokopplern OPTO1 und OPTO2 und dem Brückengleichrichter BRl. Über dem BRl wirkt der geregelte Feldeffekttransistor T2 zusammen mit dem NPN-Transistor T1. Die Stromrückkopplung erfolgt mit R3 zur Basis von T1. Zusätzlich wirkt an der Basis von T1 die Netzspannung über R1. Durch das Einkoppeln der Netzspannung erreicht man, dass bei einem Tastendruck, wenn der Strom Imax. von 100 mA überschritten wird, das Netz die Strombegrenzerschaltung übersteuert. Diese Übersteuerung reduziert den Strom I max. auf ein Minimum und reduziert die umzusetzende Leistung bei gedrückter Taste. Der FET T2 ist mit R4 leitend vorgespannt, so dass der Transistor T2 mit seinem Kollektor den Regelkreis schließt.
Die Z-Diode Dl verhindert eine Überspannung am Gate vom FET T2. In Reihe zum Drain des FET T2 befindet sich ein zusätzlicher Optokoppler OPTO3. Um Störeinflüsse, welche dem Netz auf gekoppelt sind, zu unterdrücken ist der Widerstand VDR parallel zu dem beschriebenen aktiven Schaltungsteil geschaltet.
Eine am Eingang E1 anliegende positive Netzhalbwelle durchläuft den in Reihe geschalteten Optokoppler OPTO2 über die Strombegrenzerschaltung zum N-Leiter. Am Kollektorausgang des Optokopplers OPTO2 erhält man ein potentialfreies 25 Hz Signal.
Eine negative Netzhalbwelle durchläuft den antiparallel geschalteten Optokoppler OPTO1 ebenfalls über die Strombegrenzerschaltung zum N-Leiter. Am Kollektorausgang des Optokopplers OPTO1 erhält man ebenfalls ein potentialfreies 25 Hz Signal allerdings um 90° verdreht.
Diese zwei Optokoppler OPTO1 und OPTO2 erlauben zusammen mit dem widerstand R9, dass sowohl im Glimmlampenbetrieb als auch im Tasterbetrieb die unterschiedlichen Netzhalbwellen erkannt werden, wie aus den Darstellungen der 3 und 4 hervorgeht.
Am Eingang E1 steht die volle Netzwelle an. Diese schaltet die Kollektorausgänge am OPTO2 und OPTO1 wie abgebildet und gehen am μC an die Eingänge A und B (1) und werden dort getrennt bewertet.
Die Tasten/Glimmlampen Detektion
Der Optokoppler OPTO3 liegt in der Brücke BRl und bildet den Stromfluss, welcher durch die Strombegrenzerschaltung entsteht auf der potentialfreien Kollektorseite des Optokopplers OPTO3 ab.
Wenn die Taste nicht gedrückt ist, erhält man einen zur Netzhalbwelle symmetrischen Stromfluss.
Ist die Taste gedrückt, so erhält man nur ganz kleine Stromspitzen, bis die Netzeinwirkung (Rückkopplung) auf die Strombegrenzerschaltung wirkt.
An diesem Eingang C (1) lässt sich eine Tasterbedienung erkennen, wie aus der Darstellung der 4 hervorgeht.
Das potentialfreie Signal OPTO3 führt am μC zum Eingang C (1) und steht dem Rechner für die Signalauswertung zur Verfügung.
Rechnerauswertung
Der Rechner μC triggert auf die positive Flanke des Optokopplers OPTO3-Eingangs C und startet seine Messzeit Tmess von 5 ms. Zu diesem Zeitpunkt wird das Signal am Optokoppler OPTO3 bewertet und führt zu den Ergebnissen 0, 0, 0, 1, 1, 1 ..., wie dies in 4 als Bewertung dargestellt ist.
Eine 0 detektiert "Taste offen", also Glimmlampenfunktion. Es erfolgt keine Auswertung der Eingänge A für positive und B für negative Erkennung.
Eine 1 detektiert "Taste geschlossen". Jetzt werden die Eingänge A und B zur Auswertung herangezogen. Liegt zu diesem Zeitpunkt A auf 0, so ist eine positive Halbwelle erkannt worden. Liegt B auf Null, so ist eine negative Halbwelle erkannt worden. Liegt A oder B auf 0 und eine Netzhalbwelle, 10 ms später, bei der zweiten Triggerung der andere Eingang B oder A, so ist eine Vollwelle erkannt worden.

Claims

Schaltungsanordnung zur Auswertung von positiven und negativen Netzhalbwellen zwecks Erkennung des Schaltzustandes eines in einem Glimmlampenpfad eingebundenen mit einer parallel geschalteten Glimmlampe versehenen Tastschalters, unter Verwendung einer auf einen maximalen Stromfluß ausgelegten Strombegrenzerschaltung, welche aus zwei gegenparallel geschalteten, die Netzhalbwellen detektierenden Diodenschaltungen (OPTO1, OPTO2) besteht, die mit einem Widerstand (R7) in Reihe geschaltet sind und welchen ein Brückengleichrichter (BR1) in Reihe nachgeschaltet ist, wobei die Ausgangssignale der die Netzhalbwellen detektierenden Diodenschaltungen (OPTO1, OPTO2) den Eingängen (A, B) einer Auswerteschaltung (μC) getrennt zuführbar sind und, wobei am Ausgang des Brückengleichrichters (BR1) ein Feldeffekttransistor (T2) zusammen mit einem NPN-Transistor (T1) wirkt und, wobei vom Feldeffekttransistor (T2) über einen Widerstand (R3) eine Stromrückkopplung zur Basis des NPN-Transistors (T1) erfolgt, an welcher über einen Widerstand (R1) die Ausgangsspannung des Brückengleichrichters (BRl) wirkt und, wobei in Reihe zum Feldeffekttransistor (T2) ein Optokoppler (OPTO3) geschaltet ist, dessen Ausgangssignal einem weiteren Eingang (C) der Auswerteschaltung zuführbar ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Diodenschaltungen aus weiteren Optokopplern (OPTO1, OPTO2) gebildet sind.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung aus einem Mikroprozessor (μC) gebildet wird, welcher auf die positive Flanke des Ausgangssignals des Optokopplers (OPTO3) eine Messzeit von etwa 5 ms startet und das Ausgangssignal des Optokopplers (OPTO3) sowie die Signale der beiden Diodenschaltungen (OPTO1 und OPTO2) bewertet.