DE3306761A1 - Energiesparschaltung - Google Patents

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen Berlin und München VPA 83 P 3 0 5 9 DE

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Energiesparschaltung

Die Erfindung betrifft eine Energiespa-rschaltung für elektrische Geräte, die bei einer bestimmten, relativ hohen Schaltleistung mit einer relativ niedrigen Betriebsleistung auskommen sollen.

Derartige Energiesparschaltungen (DE-OS 30 09 194) kommen vorzugsweise bei elektromagnetisch betätigten Bauelementen zur Anwendung. Da eine relativ hohe Leistung nur in der Einschaltphase benötigt wird, ist es naheliegend, nach dem Einschalten dem Gerät eine niedrigere Leistung zuzuführen. Es sollen zwei verschieden große Leistungen zur Verfügung stehen, die nacheinander dem Gerät zuführbar sind. Es ist bekannt, zu diesem Zweck einen von Hand zu betätigenden Schalter einzusetzen. Dabei wird ein Taster niedergedrückt, wenn zum Einschalten die höhere Leistung eingespeist werden soll. Wird der Taster entlastet, so öffnet er einen Kontakt, und es steht nur noch die niedrigere Betriebsleistung zur Verfügung.

Derartige Schalter erfordern die Anwesenheit einer Bedienungsperson. Ein automatisches Einschalten des Gerätes, z.B. mittels einer Zeitschaltuhr, ist dann nur schwer durchführbar.

16.2.1983 MnI 2 Ant

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Energiespar schaltung der geschilderten Art zu entwickeln, die nach Einschalten eines Stromkreises zunächst für eine bestimmte Zeitspanne eine relativ hohe Schaltleistung und danach eine relativ niedrige Betriebsleistung liefert. Das Umschalten von Schaltleistung auf Betriebsleistung soll dabei nicht das Tätigwerden einer Bedienungsperson erfordern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,

daß das elektrische Gerät mit einer leistungsschwachen, gleichgerichteten Spannungsquelle verbunden, parallel zu einem ersten Kondensator geschaltet ist, wobei sich mit dem Gerät in Reihe ein erstes Schaltglied befindet, das mit einer einen zweiten Kondensator als Zeitglied aufweisenden Verzögerungsschaltung verbunden ist und von dieser gesteuert wird, indem nach einer durch die Kapazität des zweiten Kondensators bestimmbaren, zum Laden des ersten Kondensators ausreichenden Zeitspanne ab dem Einschalten der Spannungsquelle ein von der Verzögerungsschaltung abgegebenes Signal das erste Schaltglied stromführend schaltet, und

daß mit einer Leitungsverknüpfung zwischen Spannungsquelle und erstem Kondensator ein Netzausfalldetektor verbunden ist, der außerdem mit einem bestimmbaren Bezugspotential in Verbindung steht, und dann, wenn nach einem Vergleich das Potential an der Leitungsverknüpfung kleiner als das Bezugspotential ist,die

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Verzögerungsschaltung reaktiviert, indem er den zweiten Kondensator für die Dauer eines verminderten Potentials an der Leitungsverknüpfung entlädt, wodurch die Verzögerungsschaltung dann ihrer Funktion nach wieder einsetzbar ist.

Durch die Verzögerungsschaltung wird bewirkt, daß nach dem Einschalten der Spannungsquelle die gesamte abgegebene Energie dem ersten Kondensator zufließt. Dazu hält die Verzögerungsschaltung das in Reihe mit dem elektrischen Gerät angeordnete erste Schaltglied für eine angemessen gewählte Zeitspanne stromlos.

Eine Verzögerungsschaltung, die den Anforderungen ent-

«15 spricht, enthält vorteilhaft einen ersten Komparator, dessen negativer Eingang mit der Spannungsquelle über einen Spannungsteiler zur Erzeugung eines Referenzpotentials verbunden ist und dessen positiver Eingang mit der Spannungsquelle über ein RC-Glied in Verbindung steht. Das RC-Glied besteht aus einem ohmscheri Widerstand und dem zweiten Kondensator, der mit seiner Aufladezeit die Verzögerungsdauer bestimmt. Nach dem Einschalten der Spannungsquelle liegt der Ausgang des ersten Komparators auf Bezugspotential bis infolge des Aufladens des zweiten Kondensators das Potential am positiven Eingang des ersten Komparators das Potential am negativen Eingang überschreitet. Am Ausgang steht dann ein verzögertes Signal an, das an das Schaltglied abgegeben werden kann. Dann wird der Stromkreis, in dem sich das elektrische Gerät befindet, geschlossen, wodurch auch die Ladung des parallel geschalteten ersten Kondensators

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durch das elektrische Gerät abfließen kann. Die vom ersten Kondensator gespeicherte Energie ist als Schaltleistung ausreichend. Die niedrige Betriebsleistung wird dann permanent von der Spannungsquelle geliefert. 5

Nach der Erfindung wird der Vorteil erzielt, daß kein manuelles Umschalten von Schaltleistung auf Betriebsleistung notwendig wird. Auch wird vorteilhaft auf zusätzliche, störanfällige mechanische Schalter verziehtet.

Nach einem kurzzeitigen Ausschalten des Gerätes kann auf den Kondensatoren eine Restladung verbleiben. Eine solche Restladung auf dem zweiten Kondensator, der sich im RC-Glied der Verzögerungsschaltung befindet, hat zur Folge, daß die Verzögerungsschaltung den Anforderungen nicht genügt. Dann wäre die durch die Aufladezeit des zweiten Kondensators bestimmte Verzögerungszeit kleiner als erwartet, der erste Kondensator könnte nicht vollständig aufgeladen werden und die auf ihm gespeicherte Energie reichte nicht aus, um das elektrische Gerät einzuschalten.

Das wird mit der Erfindung durch einen Netzausfalldetektor verhindert, der einen zweiten Komparator aufweist. Sein negativer Eingang ist mit einem zweiten an die Spannungsquelle angeschlossenen Spannungsteiler zur Erzeugung eines Referenzpotentials verbunden und sein positiver Eingang steht mit einer Leitungsverknüpfung zwischen Spannungsquelle und erstem Kondensatorin Verbindung. Wenn an dieser Leitungsverknüpfung ein kleineres Potential als das Referenzpotential registriert

wird, schaltet der Ausgang des zweiten Komparator^ auf Bezugspotential. Eine Verbindungsleitung zum RC-Glied der Verzögerungsschaltung zieht dann über eine Diode die Ladung vom zweiten Kondensator ab, so daß er beim erneuten Einschalten des Gerätes vollständig entladen ist.

Der Netzausfalldetektor erzielt den Vorteil, daß die Energiesparschaltung stets einsatzbereit ist. Auch nach einem zeitweisen Ausfall der Netzspannung wird das Gerät selbsttätig wieder in Betrieb genommen, ohne daß eine Bedienungsperson anwesend sein muß.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß zum Umschalten von Schaltleistung auf Betriebsleistung keine störanfälligen mechanischen Schalter verwendet werden. Auch wird auf manuell zu bedienende Schalter verzichtet.

Die Erfindung soll anhand eines in der Zeichnung grob schematisch wiedergegebenen Ausführungsbeispieles näher erläutert werden.

In der Zeichnung ist die erfindungsgemäße Energiesparschaltung veranschaulicht.

Ein elektrisches Gerät 1, das eine hohe Schaltleistung und eine niedrige Betriebsleistung benötigt, befindet sich in einem gleichgerichteten Stromkreis, der von einer leistungsschwachen Spannungsquelle 4 gespeist wird. Ein erstes Schaltglied 5, im besonderen ein npn-Transistor, ist in Reihe mit dem Gerät 1, ein erster Kondensator 3 parallel zu dem Gerät 1 geschaltet. Das

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erste Schaltglied 5 ist über einen Abgriff zwischen, zwei ohmschen Widerständen 25 und 26 mit einer Verzögerungsschaltung 6 verbunden und wird von dieser gesteuert.
5

Die Verzögerungsschaltung 6 beinhaltet einen ersten Komparator 9, dessen negativer Eingang 91 über einen Spannungsteiler 18 mit der Spannungsquelle 4 zur Erzeugung eines Referenzpotentials verbunden ist. Der

1.0 positive Eingang 92 steht über ein RC-Glied 10 mit der ■ Spannungsquelle 4.in Verbindung. Das RC-Glied 10 setzt sich aus einem ohmschen Widerstand 11 und einem zweiten Kondensator 12 zusammen, der mit seiner Aufladezeit die Verzögerungsdauer bestimmt/Der Ausgang 93 des .

ersten Komparators 9 liegt auf Bezugspotential bis infolge des Aufladens des zweiten Kondensators 12 das Potential am positiven Eingang 92 des ersten Komparators 9 das Potential am negativen Eingang 91 überschreitet, Dann wird, gegenüber dem Einschalten der Spannungsquelle 4 verzögert, ein Signal abgegeben. Über eine Verbindungsleitung wird das Signal dem ersten Schaltglied 5 zugeleitet, das dann die Versorgungsleitung des elektrischen Gerätes 1 stromführend schaltet.

. 25 An eine Leitungsverknüpfung 19 zwischen Spannungsquelle 4 und erstem Kondensator 3 ist ein Netzausfalldetektor 7 angeschlossen. Dieser beinhaltet einen zwei ten Komparator 8, dessen positiver Eingang 82 mit der Leitungsverknüpfung 19 über einen ohmschen Widerstand 21 und dessen negativer Eingang 81 mit der Spannungsquelle 4 über einen Spannungsteiler 20 in Ver-

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bindung steht. Sein Ausgang 83 ist über eine in Gegenrichtung durchlässige Diode 17 mit dem RC-Glied 10 der Verzögerungsschaltung 6 verknüpft. Eine weitere Verknüpfung des Netzausfalldetektors 7 mit der Verzögerungsschaltung 6 ist eine Verbindung zwischen dem Ausgang 93 des ersten Komparators 9 und dem pos-.itiven Eingang 82 des zweiten Komparators 8 über einen dritten Kondensator 22 in Reihe mit einem ohmschen Widerstand

Wenn das Potential am positiven Eingang 82 des zweiten Komparators 8 kleiner ist als das Potential am negativen Eingang 81, liegt der Ausgang 83 auf Bezugspotential. Dadurch wird der zweite Kondensator 12 des RC-Gliedes 10 über die Diode 17 entladen.

Ein Absinken des Potentials am positiven Eingang 82 des zweiten Komparators 8 kann aufgrund eines Absinkens des Potentials an der Leitungsverknüpfung 19 erfolgen, was bei einem Netzspannungsausfall wie auch beim Ausschalten der Anlage erfolgt. Auch ein Sprung von High nach Bezugspotential am Ausgang 93 des ersten Komparators 9 kann über den dritten Kondensator 22 und den ohmschen Widerstand 23 den positiven Eingang 82 des ; zweiten Komparators 8 erreichen und das Potential dort ι kurzzeitig noch weiter herabsetzen. Dieser Sprung wird ausgelöst, wenn beim Entladen des zweiten Kondensators 12 im RC-Glied 10 durch den zweiten Komparator 8 das Potential am zweiten Kondensator 12, das auch am positiven Eingang 92 des ersten Komparators 9 liegt, das Potential am negativen Eingang 91 unterschreitet.

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Es wird somit gewährleistet, daß der Kondensator 12 auch dann vollständig entladen wird, wenn die Netzspannung nach dem Ansprechen des Netzausfalldetektors 7 kurzfristig wieder anliegt.

In einer Weiterbildung der Erfindung können zur Verbesserung des Wirkungsgrades zwei verschiedene Spannungsquellen verwendet werden. Die Spannungsquelle 4 kann dann einen Transformator 24 mit zwei differierende Windungszahlen aufweisende Sekundärwicklungen 13 und 14 enthalten. Die Windungszahlen sind dabei so gewählt, daß die induzierten Spannungen um einen Faktor von etwa 4 bis 6 differieren. An beide Sekundärwicklungen 13 und 14 sind separate Gleichrichter 15 und 16 angebunden.

Die größere Sekundärwicklung 13 ist über einen der Strombegrenzung dienenden ohmschen Widerstand 2 mit der Leitungsverknüpfung 19 verbunden. Über diese Verbindung fließt der größte Teil des Ladestromes für den ersten Kondensator 3.

Darüber hinaus steht die Sekundärwicklung 13 mit dem RC-Glied 10 der Verzögerungsschaltung 6 in Verbindung. Auch der negative Eingang 91 des ersten Komparators 9 ist über den Spannungsteiler 18,und der negative Eingang 81 des zweiten Komparators 8 über den Spannungsteiler 20, mit der Sekundärwicklung 13 zur Erzeugung der Referenzpotentiale verbunden.

Die kleinere Sekundärwicklung 14 ist über den Gleichrichter 16 mit der Leitungsverknüpfung 19 verbunden. Sie liefert den größeren Teil des niederen Betriebsstromes für das elektrische Gerät 1.

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Eine Variante der Erfindung verbessert den Wirkungsgrad und sieht dazu ein zweites Schaltglied 27,im besonderen einen pnp-Transistor, vor, das zwischen dem der Sekundärwicklung 13 mit der höheren Windungszahl zugeordneten Gleichrichter 15 und dem ohmschen Widerstand 2 angeordnet ist. Die Basis des zweiten Schaltgliedes 27 steht über einen ohmschen Widerstand 29 und eine Zenerdiode 28 mit der Verzögerungsschaltung 6 in Verbindung, so daß ein Signal der Verzögerungsschaltung den Emitter-Kollektor-Strom und damit die Verbindung zwischen dem Gleichrichter 15 und dem ohmschen Widerstand 2 unterbricht. Dadurch wird der nur zum Laden des ersten Kondensators 3 benötigte höhere Strom der Sekundärwicklung 13 nach erfolgtem Laden unterbrochen.

5 Patentansprüche
1 Figur

Claims (5)

1. -Xo- VPA 83 P 3 0 5 9 DE

   Patentansprüche

   (jy Energiesparschaltung für elektrische Geräte (1), die bei einer bestimmten, relativ hohen Schaltleistung mit einer relativ niedrigen Betriebsleistung auskommen sollen, dadurch gekennzeichnet,

   - daß das elektrische Gerät (1) mit einer leistungsschwachen gleichgerichteten·Spannungsquelle (4) verbunden, parallel zu einem ersten Kondensator (3) geschaltet ist, wobei sich mit dem Gerät (1) in Reihe ein erstes Schaltglied (5) befindet, das mit einer einen zweiten Kondensator (12) als Zeit glied aufweisenden Verzögerungsschaltung (6) verbunden ist und von dieser gesteuert wird, indem nach einer durch die Kapazität des zweiten Kondensators (12) bestimmbaren, zum Laden des ersten Kondensators (3) ausreichenden Zeitspanne ab dem Einschalten der Spannungsquelle (4) ein von der Verzögerungsschaltung (6) abgegebenes Signal das erste Schaltglied (5) stromführend schaltet

   - und daß mit einer Leitungsverknüpfung (19) zwischen Spannungsquelle (4) und erstem Kondensator (3) ein Netzausfalldetektor (7) verbunden ist, der außerdem mit einem bestimmbaren Bezugspotential in Verbindung steht, und dann, wenn nach einem Vergleich das Potential an der Leitungsverknüpfung (19) kleiner als das Bezugspotential ist, die Verzögerungsschaltung (6) reaktiviert, indem er den zweiten Kondensator (12) für

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   die Dauer eines verminderten Potentials an der Leitungsverknüpfung (19) entlädt, wodurch die Verzögerung sschaltung (6) dann ihrer Funktion nach wieder einsetzbar ist.
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2. 2. Energiesparschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Verzögerungsschaltung (6) einen ersten Komparator (9) beinhaltet, dessen negativer Eingang (91) mit der Spannungsquelle (4) über einen Spannungsteiler (18) zur Erzeugung eines Referenzpotentials verbunden ist und dessen positiver Eingang (92) mit der Spannungsquelle (4) über ein RC-Glied (10), bestehend aus einem ohmschen Widerstand (11) und dem zweiten Kondensator (12), der mit seiner Aufladezeit die Verzögerungsdauer bestimmt, in Verbindung steht, wobei nach dem Einschalten der Spannungsquelle (4) der Ausgang (93) des ersten Komparators (9) auf Bezugspotential liegt bis infolge des Aufladens des zweiten Kondensators (12) das Potential am positiven Eingang (92) des ersten Komparators (9) das Potential am negativen Eingang (91) überschreitet und am Ausgang (93) dann ein verzögertes Signal an das erste Schaltglied (5) abgebbar ist.
3. 3. Energiesparschaltung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,

   daß der Netzspannungsdetektor (7) einen zweiten Komparator (8) aufweist, dessen negativer Eingang (81) mit der Spannungsquelle (4) über einen Spannungsteiler (20) zur Erzeugung eines Referenzpotentials verbunden ist, dessen positiver Eingang (82) mit der Leitungsverknüpfung (19) über einen ohmschen Widerstand (21)

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   in Verbindung steht und dessen Ausgang (83) mit dem RC-Glied (10) der Verzögerungsschaltung (6) über eine in Gegenrichtung durchlässige Diode (17) verbunden ist, wobei nach einem Absinken der Netzspannung, das ein Absinken des Potentials an der Leitungsverknüpfung (19) und des Potentials am positiven Eingang (82) des zweiten !Comparators (8) unter das Referenzpotential zur Folge hat, der Ausgang (83) des zweiten Komparators (8) so lange auf Bezugspotential liegt, wie das Potential am positiven Eingang (82) das Potential am negativen Eingang (81) unterschreitet, wodurch die Ladung des zweiten Kondensators (12) des RC-Gliedes (10) über die Diode (17) ableitbar ist,

   - und daß der positive Eingang (82) des zweiten Komparators (8) außerdem mit dem Ausgang (93) des ersten Komparators (9) über einen dritten Kondensator (22) und einen ohmschen Widerstand (23) in Verbindung steht, wobei nach einem Wiederanstieg der Netzspannung, erfolgend bevor im RC-Glied (10) der zweite Kondensator (12) vollständig entladen ist, ein am Ausgang (93) des ersten Komparators (9) auftretender Sprung von High nach Bezugspotential über den dritten Kondensator (22) und den ohmschen Widerstand (23) dem positiven Eingang (82) des zweiten Komparators (8) zuführbar ist, der dort so lange das Potential auf einen Wert kleiner als das Referenzpotential am negativen Eingang (81) reduziert, bis der zweite Kondensator (12) vollständig entladen ist.

   - *3 - VPA .83 P 3 0 5 9 DE -4-
4. 4. Energiesparschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Spannungsquelle (4) einen Transformator (24) mit zwei in ihrer Windungszahl unterschiedlichen Sekundärwicklungen (13 und 14) enthält, die zusammen mit zwei nachgeschalteten Gleichrichtern (15 und 16) aus der zugeführten Netzspannung zwei um einen Faktor von etwa 4 bis 6 differierende Gleichspannungen formen,

   - daß die höhere Gleichspannung neben der Spannungsversorgung für die Verzögerungsschaltung (6) und für die Spannungsteiler (18 und 20) den größten Teil des hohen Ladestromes für den ersten Kondensator (3) liefert, indem die Sekundärwicklung (13) _f die die größere Windungszahl aufweist, über den Gleichrichter (15) und über einen der Strombegrenzung dienenden ohmschen Widerstand (2) mit der Parallelschaltung aus elektrischem Gerät (1) und erstem Kondensator (3) verbunden ist,

   und daß die niedrigere Gleichspannung den größten Teil des niedrigeren Betriebsstromes für das elektrische Gerät (1) liefert, indem die Sekundärwicklung (14) über den Gleichrichter (16) mit der Parallelschaltung verbunden ist.
5. 5. Energiesparschaltung nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites Schaltglied (27) zwischen dem der Sekundärwicklung (13) mit der höheren Windungszahl des Transformators (24) nachgeschalteten Gleichrichter (15)

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   und dem ohmschen Widerstand (2) angeordnet ist,

   - und daß das zweite Schaltglied (27) über einen ohmschen Widerstand (29) und eine Zenerdiode (28) mit der Verzögerungsschaltung (6) von dieser steuerbar so verbunden ist, daß ein Ausgangssignal der Verzögerungsschaltung (6) den Emitter-Kollektor-Strom durch das zweite Schaltglied (27) unterbricht.