DE2627663C2 - Elektronischer Berührungsschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektronischen Berührungsschalter, insbesondere für Installationseinrichtungen mit erhöhten Sicherheitsanforderungen, bei dem durch Berühren eines Betätigungsgliedes durch eine Bedienungsperson ein kapazitiver Blindstrom einen Spannungsabfall hervorruft, der einem Schältverstärker zugeführt wird.

Ein bekannter Berührungsschaltor dieser Art besitzt einen Schaltverstärker und eine bistabile Kippstufe, die aus diskreten Bauteilen aufgebaut sind (DE-AS 22 19 289). Dieser Schaltungsaufbau ist relativ aufwendig und kostspielig. Außerdem ist diese Einrichtung durch Netzstörungen negativ beeinflußbar. Der Triac benötigt zu seiner einwandfreien Funktion im Wechselstromnetz zusätzliche Entstörmittel, ζ. Β. Drossel. Diese erfordern einen hohen Kostenaufwand, wobei diese Entstörmittel zudem nachteilig sind durch ihre im Betriebszustand auftretende starke Erwärmung, wozu wieder weitere Mittel zur Wärmeableitung benötigt werden. Schließlich können mit dieser Einrichtung nur ohmsche Lasten geschaltet werden, wobei darauf geachtet werden muß, daß für eine einwandfreie Funktion des Lastkreises die Mindestlast nicht unterschritten wird.

Ein weiterer bekannter Berührungsschalter zum Einbau in Installationssysteme mit zwei Zuleitungen und einer Ableitung, besteht aus einer hochohmigen Gleichrichterstufe, einem Schaltverstärker und einer nachfolgenden bistabilen Kippstufe (DE-OS 23 13 942), die mit einem weiteren Schaltverstärker gekoppelt ist, der einen als Lastschaltglied wirkenden Triac oder Thyristor beeinflußt, der den Verbraucher schaltet.

Die bisher bekannten elektronischen Berührungsschalter, die als 2-Draht oder 3-Drahtausführungen eingesetzt sind, haben alle Berührungsflächen, die ohmschleitend mit der Steuer- und Schaltelektronik verbunden sind. Aus sicherheitstechnischen Gründen besteht diese Verbindung aus zwei in Reihe geschalteten hochohmigen Widerständen. Es ist erforderlich, an jedem Gerät im fertigen Zustand eine Hochspannungsprüfung durchzuführen. Trotz dieser hohen Aufwendungen bleibt ein Risiko, da durch hohe Feuchtigkeit und Alterung der Widerstände eventuell eine Veränderung der Isolationswiderstände unter ungünstigen Bedingungen erfolgen kann. Außerdem hat man einen sehr großen Aufwand für die Kopplung des logischen Gleichstromkreises mit dem Wechselstromleistungskreis getrieben. Bei Geräten, die mit Phasenanschnitt arbeiten, werden zusätzlich Entstörmittel notwendig, die einen hohen Kostenaufwand erfordern und das ίο Gerät im Betriebszustand stark erwärmen.

Bei einem Steuerelement zur Steuerung von Anzeige und/oder Auswerteeinrichtungen in Wechselstromkreisen (DE-AS 12 99 749) ist es bekannt, die Berührungselektrode aus zwei voneinander isolierten, elektrisch leitenden Metallflächen auszubilden.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Berührungsschalter zu entwickeln, dessen Berührungs- bzw. Tastflächen kapazitiv an die Elektronik angekoppelt werden können, wobei die Kapazität der beiden Kondensatorbeläge sehr klein seht darf, so daß bei herkömmlich verwendeten Tastflächen das Dielektrikum einige Millimeter dick ausgebildet werden kann. Außerdem soll die Ankopplung des logischen Gleichstromkreises an den Wechselstromleistungskreis möglichst einfach sein.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Betätigungsglied aus zwei voneinander isolierten elektrisch leitenden Metallflächen besteht, daß als Schaltverstärker ein C-MOS-Flip-Flop vorgesehen ist, der mit seinem Takteingang zur Erzielung einer definierten Spannungsschwelle über einen Spannungsteiler an die Netzspannung gelegt ist und daß durch sein Ausgangssignal die nachfolgende bistabile Kippstufe in den umgekehrten Ausgangszustand gebracht wird, wodurch über einen PNP-Transistor unmittelbar ein Steuergleichstrom auf das Gate des Triacs geschaltet ist. Hierdurch kann genau festgelegt werden, bei welcher Spannung der positiven Halbwelle die Eingangsinformation von dem Schaltverstärker übernommen werden soll. Es wird dadurch eine wesentliche Störsicherheit erzielt Durch die Verwendung eines C-MOS-Flip-Flops werden wesentlich weniger Bauelemente benötigt, wobei dieser zudem nur eine geringe Stromaufnahme hat und sich durch hohe Störsicherheit auszeichnet. Die Zündung des Triacs erfolgt durch Gleichstrom, so daß keine Entstörkomponenten notwendig sind. Dabei kann durch den Lastschaltkreis eine ohmsche, kapazitive oder auch induktive Last geschaltet werden, wobei auf eine bestimmte Mindestlast nicht geachtet zu werden braucht.

Die erfindungsgemäße Einrichtung ist in der Zeichnung anhand einer Schaitskizze erläutert.

Die aus zwei Metallbelägen bestehende Tastfläche 1 ist über die beiden in Reihe geschalteten Widerstände 2 und 3 mit der Phase R verbunden. Am Verbindungspunkt der beiden Widerstände 2 und 3 liegt die Anode der Diode 4. Die Katode der Diode 4 ist mit dem D-Eingang des Flip-Flops 9 und mit der Parallelschaltung des Kondensators 5 und des Widerstandes 6 verbunden. Der Kondensator 5 und der Widerstand 6 liegen mit ihrer anderen Seite an der Phase R. Der Takteingang des Flip-Flops 9 ist mit den Widerständen 7 und 8 verbunden. Der Widerstand 7 liegt mit seinem anderen Ende am Mittelpunktsleiter Mp und der Widerstand 8 mit seinem zweiten Anschluß an der Phase R. Die Setz- und Rücksetzeingänge S und R des Flip-Flops 9 liegen ebenfalls an der Phase R. Der Ausgang "Q ist nicht beschältet Eine Verbindung besteht

zwischen dem Ausgang Q des Flip-Flops 9 und dem Takteingang des Flip-Flops 10. Beim Flip-Flop 10 ist der Ausgang Q mit dem D-Eingang und der Resteingang R mit der Phase R verbunden. Der Setzeingang S des Flip-Flops 10 ist über einen Widerstand 12 mit der Phase R und über den Kondensator 13 mit dem positiven Gleichspannungspol verbunden. Der Ausgang Q des Flip-Flops 10 ist über einen Widerstand 11 mit der Basis des PNP-Transistors 14 kontaktiert Der Emitter des Transistors 14 liegt am positiven Pol der Gleichspannungsversorgung, der am Verbindungspunkt des Kondensators 15 -ind der Z-Diode 18 zur Verfügung steht Der Kollektor des Transistors 14 ist über den Widerstand 16 mit dem Gate des Triacs 20 verbunden. Die Parallelschaltung des Kondensators 15 und der Z-Diode 18 liegt mit der Anode der Z-Diode an der Phase R. Die Katode der Z-Diode 18 ist mit der Kathode der Diode 17 verbunden, deren Anode mit dem Widerstand 19 kontaktiert ist, der am Mittelpunktsleiter Mp iiegt Die Sicherung 21 liegt in der Zeuleitung der Phase R.

Der Schalter funktioniert wie folgt:

Im Ausgangszustand ist der Triac 20 nicht leitend und die angeschlossene Last somit stromlos.

Beim Berühren der Tastfläche 1 fließt ein kleiner Wechselstrom von der Phase über die Widerstände 3 und 2 und durch die Kapazität der Tastfläche. Der Strom ruft am Widerstand 3 einen Spannungsabfall hervor, der durch die Diode 4 gleichgerichtet wird. Der Kondensator 5 lädt sich auf und glättet die dem hochohmiigen Eingang D des C-MOS-Schaltkreises Flip-Flop 9 zugeführt wird. Der Widerstand 6 ist somit die einzige Belastung für die Spannung am Kondensator 5. Die angelegte Spannung entspricht dem logischen »1« Signal. Die Widerstände 7 und 8 bilden einen Spannungsteiler am Takteingang 7"des Flip-Flops 9. Am Widerstand 8 erscheint eine Spannung, die sinusförmig ist, wenn sie die Amplitude der Versorgungsspannung nicht erreicht. Erreicht die Spannung am Widerstand 8 die Höhe der Versorgungsspannung, so wirken die Eingangsschutzdioden des C-MOS-Schaltkreises, und die Spannung am Eingang wird begrenzt. Da das FlipFlop 9 bei einem bestimmten Spannungspegel, bezogen auf die Versorgungsspannung, schaltet, kann durch die Auslegung der Widerstände 7 und 8 der Schaltpunkt genau festgelegt werden. Erkennt nun der Takteingang Tdes Flip-Flops 9 ein logisches »1« Signal, so schaltet es den Ausgang Q von »0« auf »1«. Fällt die Eingangsspannung am Eingang D wieder ab, so fällt der Ausgang Q, beim nächsten Durchlauf des Schaltpegels am Eingang Γ wieder auf »0« zurück. Das Flip-Flop 9 wirkt also nur als Komparator und Schaltverstärker. Das nun vorher erreichte »1« Signal gelangt nun an den Takteingang 7"des Flip-Flops 10.

Es veranlaßt, das Flip-Flop 10 in den umgekehrten Zustand zu schalten, in dem es_vorher war, weil der Eingang D mit dem Ausgang Q verbunden ist. Der Ausgang Q wechselt somit seinen Zustand in ein »0« Signal, und es fließt im Transistor 14 ein Basisstrom durch den Widerstand 11. Dadurch wird die Emitter-Kollektorstrecke des Transistors 14 leitend, und es fließt ein Strom durch den Widerstand 16 in das Gate des Triacs 20. Der Triac wird leitend und der Laststrom durch den Verbraucher kann fließen.

Der Ausschaltvorgang ist für das Flip-Flop 9 der gleiche, und für das Flip-Flop 10 wechselt der Ausgang Q von »0« auf »1«. Der Transistor 14 enthält keinen Basisstrom mehr und sperrt. Dadurch bekommt auch der Triac keinen Gatestrom mehr, und beim nächsten Nulldurchgang der Wechselspannung sperrt auch der Triac, und die Last ist stromlos.

Die Versorgungsspannung wird erzeugt, wenn an der Phase die negative Halbwelle steht und ein Strom vom Mittelpunktsleiter Mp durch den Widerstand 19, die Diode 17 und die Z-Diode 18 fließt, wodurch der Kondensator 15 aufgeladen wird. Er speichert in der Ladezeit so viel Energie, daß die Schaltung auch noch in der nächsten Halbwelle arbeiten kann, wenn nicht geladen wird.

Um beim Anlegen der Netzspannung der Elektronik einen Richtimpuls zu geben, damit die Last nicht zufällig eingeschaltet wird, wird am Widerstand 12 ein Impuls mit Hilfe des Kondensators 13 erzeugt, der das Flip-Flop 10 am Ausgang (?auf »1« Signal setzt.

Die Sicherung 21 schützt den Triac vor Überlastung. Bei dieser Ansteuerung im Leistungskreis können Entstörkomponenten entfallen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Elektronischer Berührungsschalter, insbesondere für Installationseinrichtungen mit erhöhten Sicherheitsanforderungen, bei dem durch Berühren eines Betätigungsgliedes durch eine Bedienungsperson ein kapazitiver Blindstrom einen Spannungsabfall hervorruft, der einem Schaltverstärker zugeführt wird, durch den eine bistabile Kippstufe zur Schaltung eines Triacs gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsglied (1) aus zwei voneinander isolierten, elektrisch leitenden Metallflächen besteht, daß als Schaltverstärker ein C-MOS-Flip-Flop (9) vorgesehen ist, der mit seinem Takteingang (T) zur Erzielung einer definierten Spannungsschwelle über einen Spannungsteiler (7, 8) an die Netzspannung gelegt ist und daß durch sein Ausgangssigr.al die nachfolgende bistabile Kippstufe (10) in den umgekehrten Ausgangszustand gebracht wird, wodurch über einen PNP-Transistor (14) unmittelbar ein Steuergleichstrom auf das Gate des Triacs (20) geschaltet ist