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Schaltungsanordnung zur Speisung einer Lumineszenzdiode Die vorliegende
Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Speisung einer Lumineszenzdiode
mit einer Wechselspannung, deren Scheitelwert über der Sperrspannung der Lumineszenzdiode
liegt.
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Zur Speisung von Lumineszenzdioden aus dem Wechselstromnetz ist es
bekannt', die Netzspannung mittels eines Transformators auf einen für die Speisung
der
verwendeten Lumineszenzdioden geeigneten Wert herabzusetzen.
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Diese Lösung ist aufwendig, platzraubend und kann bei vielen Anwendungen
nicht benutzt werden.
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Die Verwendung eines Spannungsteilers zur LIerabsetzung der zur Verfügung
stehenden Wechselspannung auf einen für die Speisung einer Lumineszenzdiode geeigneten
Wert hat den Nachteil, daß der Spannungsteiler für den Flußstrom der Lumineszenzdiode
ausgelegt erden muß und daher einen verhältnismäßig großen Querstrom erfordert.
Dies läßt sich nur mit teuren Bauelementen realisieren und ist mit einem nicht unbeträchtlichen
Leistungs verb rauch verbunden.
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In elektronischen Schaltungsanordnungen werden zur Kopplung von Stromkreisen,
die auf verschiedenen Potentialen lieyen oder aus Sicherheitsgründen galvanisch
getrennt sein sollen, haufig Optokoppler verwendet, da der Optokoppler ein preiswertes
opplungselement mit kleinem Raumbedarf darstellt. Da der Eingangsteil eines Optolcopplers
ebenfalls eine Luineszenzdiode enthält, treten die oben gescllilderten Probleme
auch bei Optokopplern auf. In der Praxis werden die Verwendungsmöglichkeiten von
Optokopplern durch die verhältnismäßig kleinen Nenn- und Sperrspannungen der in
Optokopplern enthaltenen Galliumarsenid-Luixtineszenzdioden erheblich eingeschränkt,
da dadurch die Signal- oder Primärspannungen auf wenige Volt beschränkt werden.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung
zur Speisung einer Lumineszenzdiode, insbesondere der Lumineszenzdiode eines Optokopplers,
mit einer Wechselspannung, deren Scheitelwert über der Sperrspannung der Lumineszenzdiode
liegt, anzugeben,
die einfach und preiswert ist.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Wechselspannung
der Lumineszenzdiode über eine mit der Lumineszenzdiode in Reihe liegende Vorschaltimpedanz
solcher Größe zugeführt ist, daß in Durchlaßrichtung ein für die Lumineszenzanregung
ausreichender Durchlaßstrom durch die Lumineszenzdiode fließt, in Sperrichtung ein
Durchbruch der Lumineszenzdiode stattfindet, der Durchbruchsstrom und die thermische
Belastung der Lumineszenzdiode durch die Vorschaltimpedanz jedoch auf ungefährliche
Werte begrenzt werden.
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In einer besonderen Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Impedanz
mindestens zum Teil aus einem diskreten Widerstandsbauelement besteht.
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Vorzugsweise ist die Schaltungsanordnung für die Verwendung zur Speisung
der Lumineszenzdiode eines Optokopplers vorgesehen. Besondere Vorteile ergeben sich
bei dieser Schaltungsanordnung, bei welcher die Lumineszenzdiode eine vorgegebene
Sperrspannung und eine maximal zulässige Verlustleistung hat und optisch mit einem
Photoempfänger gekoppet ist, wenn die Wechselspannungsquelle eine Signalspannungsquelle
ist und der Photoempfänger des Optokopplers einen Teil einer Störmeldeschaltung
bildet.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß man eine Lumineszenzdiode,
insbesondere die eines Optokopplers, mit einer tZechselspamlung betreiben kann,
deren Spitzenwerte erheblich über der Sperrspannung der Lumineszenzdiode liegen,
auch wenn dabei während der in Sperrichtung gepolten Halbwellen der Wechselspannung
ein Durchbruch der Lumineszenzdiode eintritt. Voraussetzung ist allerdings, daß
die
für die Lumineszenzdiode maximal zulässige thermische Belastung oder Verlustleistung
nicht überschritten wird. Bei der vorliegenden Schaltungsanordnung ist man also
hinsichtlich der Größe der Spannung, die die Spannungsquelle für die Speisung der
Lumineszenzdiode liefert, praktisch keinen Ein -schränkungen mehr unterworfen und
man kann im Stromkreis der Lumineszenzdiode eine einfache Reihen- oder Vorschaltimpedanz,
insbesondere einen einfachen Vorwiderstand mit relativ großen Toleranzen verwenden.
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Unter der Sperrspannung ist wie üblich der Wert der in Sperrichtung
gepolten Spannung an der Diode zu verstehen, bei dessen Überschreitung der Strom
stark ansteigt und ein sogenannter Lawinendurchbruch einsetzt.
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Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der
Zeichnung näher erläutert, worin das Schaltbild einer Störmeldeeinheit veranschaulicht
wird, die ein bevorzugtes Anwendungsgebiet der Erfindung darstellt.
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Störmeldeeinheiten der in der Zeichnung dargestellten Art enthalten
im allgemeinen mehrere Primär-oder Signalstromkreise, von denen in der Zeichnung
jedoch nur ein einziger Signalstromkreis 10 beispielsweise dargestellt ist. Der
Signalstromkreis 10 enthält eine Lumineszenzdiode 11 eines handelsüblichen Optokopplers
12, die in Reihe mit einem Vorwiderstand 14 an zwei Eingangsklemmen 16 angeschlossen
ist. Die Eingangsklemmen 16 sind beispielsweise, wie dargestellt, über einen Störungsmeldekontakt
18, der im störungsfreien Zustand geöffnet ist, an eine lVechselspannungsquelle
20 angeschlossen, die aus dem 220 V-Wechselstromnetz bestehen kann.
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Der Optokoppler 12 enthält ferner einen Photoempfänger 22, der gewöhnlich
aus einem Phototransistor besteht und als photoempfindlicher Schalter angesehen
werden kann. Der Photoempfänger ist mit einer eine relativ niedrige Spannung (z.B.
15V) liefernden Betriebsspannungsquelle 24 und einem durch das Signal aus dem Signalstromkreis
zu steuernden Verbraucher 26 in Reihe geschaltet. Der Verbraucher kann z.B., wie
dargestellt, die Arbeitswicklung eines elektromagnetischen Relais sein, das einen
Arbeitskontakt 28 zur Steuerung einer Aiarmvorrichtung 30 sowie einen zweiten -Arbeitskontakt
32 in einem üblichen Haltestromkreis 34 aufweist.
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Der Vora7iderstand 14 ist im Hinblick auf die Spannung der Spannungsquelle
20 und die Daten der Lumineszenzdiode 11 so gewählt, daß während der in Flußrichtung
gepolten Halbwellen der r;jechselspannung ein für die Lumineszenzanregung ausreichender
Flußstrom fließt, die maximal zulässige thermische Belastung der Lumineszenzdiode
während des Betriebes jedoch nicht überschritten wird. Die Lumineszenzdiode 11 bricht
zwar während der in Sperrichtung gepolten Halbwellen der Wechselspannung durch;
der Durchbruchsstrom wird jedoch durch den Vorwiderstand 14 auf einen Wert begrenzt,
der den Sperrstrom und die Verlustleistung der Lumineszenzdiode auf ungefährliche
Werte begrenzt. Selbstverständlicil darf die Potentialdifferenz zwischen dem an
die Lumineszenzdiode 11 angeschlossenen Signalstromkreis und dem an den Photoempfänger
22 angesclllossenen Verbraucherstromkreis die maximale Isolationsfähiykeit des Optokopplers
12 nicht überschreiten.
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Durch entsprechende Dimensionierung des Vorwiderstandes 14 läßt sich
der Signalstromkreis an praktisch beliebige Eingangsspannungen anpassen. Als Vorwiderstand
kann im allgerneinen ein Bauelement kleiner Leistung verwendet werden, da der Strornbedarf
der Lumineszenzdiode eines Optokopplers relativ klein ist. Bei Verwendung der vorliegenden
Schaltung in einer Störmeldeeinheit ergeben sich erhebliche Raum- und Kostenersparnisse,
da man bisher anstelle des Optokopplers zur Signalübertragung zwischen den Eingangskreisen
und der eigentlichen Störmeldeschaltung aufwendige elektromagnetische Relais verwenden
mußte.
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Die begrenzung des die Lumineszenzdiode durchfließenden Stromes und
der in ihr entstehenden Verlustleistung kann selbstverständlich auch durch ein anderes
Impedanzelement als einen Ohm'schein Vorwiderstand erfolgen. Die begrenzende Impedanz
kann auch mindestens zum Teil durch den Innenwiderstand der Signalstromquelle und/oder
die Ei den impedanz anderer im Signalstromkreis vorhandener Schaltungsteile gebildet
werden.
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Bei Verwendung eines handelsüblichen Optokopplers des Typs 4N28 der
Firma Motorola (Sperrspannung der Leuchtdiode 3 V; Nenn-Betriebsstrom der Leuchtdiode
7 nA) haben sich als Schaltungsparameter z.B. eine Signalwechselspannung (Veff)
von 220 V und ein Vorwiderstand von 33 kg bewährt.