DE3826107A1 - Digital arbeitendes elektronisches geraet - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein digital arbeitendes elektrisches Gerät, welches Netzfrequenzen von 50 Hz oder 60 Hz selbsttätig verarbeitet.

Die gebräuchlichen Netzfrequenzen in verschiedenen Ländern sind 50 Hz oder 60 Hz. Geräte, welche nicht nur für den Inlandsmarkt, sondern auch für den Export bestimmt sind, müssen daher in der Lage sein, 50 Hz oder 60 Hz zu verarbeiten, wobei Konsumgeräte üblicher­ weise einen Umschalter zur Auswahl der beiden Frequenzen besitzen. Geräte, die im OEM-Geschäft vertrieben werden oder größere Leistungen verarbeiten, werden von vorn­ herein auf die richtige Frequenz abgestimmt geliefert. Dies bedeutet im Exportgeschäft erhöhte Lagerhaltung.

Die der Erfindung gestellte Aufgabe besteht daher darin, ein Gerät anzugeben, welches in der Lage ist, ohne einen Umschalter und ohne einen Eingriff von außen beide Netz­ frequenzen zu verarbeiten.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die im Kennzeichen des Anspruches 1 aufgeführten Merkmale.

Die Erfindung geht somit von der Erkenntnis aus, daß der Netzfrequenz zugeordnete Impulse diskriminiert und zur Erzeugung eines Signales herangezogen werden, das der Frequenz von 50 Hz bzw. 60 Hz zugeordnet ist, wodurch ein Frequenzteiler in seinem Teilerverhältnis auf 50 : 1 oder 60 : 1 umgeschaltet wird, so daß an dessen Ausgang immer Impulse gleicher Frequenz, zum Beispiel 1 Hz, entstehen.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unter­ ansprüchen erläutert. Wichtig ist dabei das Vorhanden­ sein einer von der Netzfrequenz unabhängigen Impuls­ quelle, beispielsweise ein Quarz- oder Keramikschwinger der von deren Frequenzänderungen nicht beeinflußt ist.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand der Zeichnung an zwei Ausführungsbeispielen noch näher erläutert werden.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungs­ beispiels in diskreter Schaltungstechnik;

Fig. 2 ein Impulsdiagramm, abgenommen an ver­ schiedenen Schaltungspunkten von Fig. 1;

Fig. 3 ein Flußdiagramm bei Verwendung eines Mikroprozessors.

Bei dem Ausführungsbeispiel in Fig. 1 liegt am Eingang eines Komparators 1 die Netzfrequenz mit 50 bzw. 60 Hz sowie ein Dauersignal zur Erzeugung einer Spannungs­ schwelle. Dem Komparator nachgeordnet ist ein Monoflop 2, welches bei Erkennen der Anstiegsflanke eines Signals am Ausgang des Komparators 1 einen Impuls definierter Länge abgibt. Dem Monoflop 2 nachgeschaltet ist ein Frequenzteiler 3 mit dem Teilungsverhältnis 2 : 1. Dieser Frequenzteiler wird ebenfalls mit der Anstiegs­ flanke des Signals am Ausgang des Komparators 1 ange­ stoßen und erzeugt ein Signal mit der halben Frequenz der Netzfrequenz. Die Länge der Impulse des Frequenzteilers 3 ist damit abhängig davon, ob 50 Hz oder 60 Hz am Eingang des Komparators 1 anliegen. Das Ausgangssignal des Fre­ quenzteilers 3 liegt an einem Eingang eines UND-Gatters 4, dessen zweitem Eingang die Impulsefolge eines Impulsge­ nerators 5 zugeführt wird. Dieser Impulsgenerator muß bei seiner Frequenzerzeugung unabhängig von der Netz­ frequenz sein und wird daher zweckmäßig durch einen Quarz- oder Keramikschwinger realisiert. Im UND-Gatter 4 werden beide Impulsreihen verknüpft und an den Eingang eines Zählers 6 gegeben. Dieser Zähler zählt damit solange Impulse des Impulsgenerators 5, solange von dem Frequenz­ teiler 3 ein Impuls mit einem Signal logisch "1" abgegeben wird. Dem Zähler 6 nachgeordnet ist eine Auswerteschal­ tung 7, welche feststellt, ob die Zahl der im Zähler vorhandenen Impulse einen vorgegebenen Grenzwert über­ oder unterschreitet. Zwischen dem Ausgang des Frequenz­ teilers und der Auswerteschaltung 7 ist ein Inverter 8 angeordnet, welcher sicherstellen soll, daß eine Aus­ wertung nur dann erfolgt, wenn das Ausgangssignal des Frequenzteilers 3 auf einem Signal logisch "0" steht, der Zähler 6 also gesperrt ist. An dem Ausgang der Aus­ werteschaltung 7 ist ein Frequenzteiler 9 angeschaltet, dessen einer Eingang ein Signal zugeführt erhält, welches der Frequenz 50 Hz zugeordnet ist und dessen anderer Eingang ein Signal zugeführt erhält, das der Frequenz 60 Hz zugeordnet ist. In dem Frequenzteiler wird von diesen beiden Signalen das Teilungsverhältnis auf 50 : 1 oder 60 : 1 umgeschaltet. Diesem Frequenzteiler wird die Netzfrequenz an seinen Eingängen 9 a und 9 b zugeführt und dort in Rechteckimpulse umgewandelt. Durch die Umschaltung des Teilerverhältnisses wird die Netzfrequenz jeweils auf einen gleichbleibenden Takt von 1 sek am Ausgang 9 c des Frequenzteilers heruntergeteilt. Schließlich ist noch ein Eingang 10 vorgesehen, der bei dem erstmaligen Einschalten des Gerätes ein Reset-Signal erhält, welches den Zähler 6 zurücksetzt und alle übrigen angeschlossenen Bauteile auf den Ausgangszustand nor­ miert.

Im Sinne der Erfindung ist die Auswertung einer voll­ ständigen Vollwelle einer Sinusschwingung erforderlich. Um etwaige Störungen zu unterdrücken oder Verformungen der Schwingung auszugleichen, ist es zweckmäßig, die Auswertung einer Sinusschwingung erst ab einer Schwelle vorgegebener Amplitude vorzunehmen. Eine Vollschwingung dauert daher vom erstmaligen Überschreiten der Schwelle bis zum nächstmaligen Überschreiten. Für eine gute Un­ terscheidung zwischen Netzfrequenzen von 50 Hz und 60 Hz ist es zweckmäßig, die Frequenz des Impulsgenerators 5 wesentlich höher als die Netzfrequenz zu legen. Als zweckmäßig hat sich eine Frequenz von 1000 Hz erwiesen. Dies bedeutet bei einer Netzfrequenz von 50 Hz einen Zählerstand von 20 während einer Vollschwingung. Bei 60 Hz Netzfrequenz ist der Zählerstand während einer Vollschwingung 16.

Anhand der Fig. 2 soll nunmehr die Wirkungsweise der Anordnung nach Fig. 1 näher erläutert werden. In dem Impulsdiagramm ist bei a eine Sinusschwingung der Netzfrequenz dargestellt, bei b das Signal am Aus­ gang des Komparators 1, bei c das Ausgangssignal am Monoflop 2, bei d das Ausgangssignal am Frequenzteiler, bei e das Eingangssignal am Zähler 6 und bei f das Aus­ gangssignal am Inverter 8.

Zum Zeitpunkt t ₀ wird das Gerät erstmalig eingeschaltet und am Eingang c entsteht ein Resetsignal, welches alle Bauteile auf den Ausgangszustand normiert und den Zähler 6 zurücksetzt. Zum Zeitpunkt t ₁ wird von der Sinusschwingung der Schwellwert überschritten und die Auswertung beginnt. Am Komparator 1 entsteht ein Ausgangssignal "1", gleich­ zeitig entsteht am Ausgang des Monoflops 2 ein Ausgangs­ signal "1" und ebenfalls gleichzeitig am Ausgang des Frequenzteilers 3 ein Ausgangssignal "1".

Der Impulsgenerator 5 liefert zu diesem Zeitpunkt bereits Ausgangssignale, welche mit Beginn des Signals am Aus­ gang des Frequenzteilers 3 in dem UND-Gatter 4 durchge­ schaltet und in den Zähler 6 entsprechend e eingelesen werden. Mit dem Entstehen des Ausgangssignals am Fre­ quenzteiler 3 wird am Ausgang des Inverters 8 das Signal auf "0" gesetzt. Die Auswertung in der Auswerteschaltung 7 ist damit unterdrückt.

Die Dauer des Ausgangsimpulses des Frequenzteilers ent­ spricht genau einer Vollschwingung der Netzfrequenz. Dieses Signal ist gleichzeitig mit dem Wiederanstieg des Impulses am Ausgang des Monoflop 2. Das UND-Gatter 4 sperrt die weitere Durchschaltung der Impulsfolge des Impulsgenerators 5, der Zähler bleibt stehen. Zu diesem Zeitpunkt t ₂ ist eine Vollschwingung der Netzfrequenz beendet und die Auswertung des Zählerstandes beginnt, nachdem zu diesem Zeitpunkt das Signal am Ausgang des Inverters 8 auf "1" steigt. Der in der Auswerteschal­ tung 7 eingebaute Diskriminator stellt fest, ob der Zählerstand den vorgegebenen Grenzwert 18 entsprechend der Zuordnung zu 55 Hz über- oder unterschreitet. Wird der Grenzwert überschritten, so bedeutet dies das Vorliegen einer Netzfrequenz von 50 Hz und am Ausgang 7 a der Auswerteschaltung wird ein Signal erzeugt, welches den nachgeordneten Frequenzteiler 9 auf ein Teilerver­ hältnis 50 : 1 schaltet. Wird in der Auswerteschaltung hingegen eine Impulszahl unter dem Grenzwert 18 festge­ stellt, so wird am Ausgang 7 b ein Signal an den Frequenz­ teiler 9 gegeben, welches dessen Teilerverhältnis auf 60 : 1 umschaltet. Das Taktsignal am Ausgang 9 c des Fre­ qenzteilers bleibt jeweils unverändert bei 1 Hz.

Bei einer Schaltungsanordnung nach Fig. 1 kann auf die Verwendung des Monoflops 2 und des Frequenzteilers 3 dann verzichtet werden, wenn der Zähler 6 den Beginn oder das Ende des Zählvorgangs jeweils nur bei Erkennen einer Anstiegsflanke von "0" auf "1" detektiert.

In Fig. 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Er­ findung erläutert, nämlich ein Flußdiagramm bei Verwen­ dung eines Mikroprozessors als elektronische Steuerung des Gerätes, der gleichzeitig auch die Netzfrequenzer­ kennung durchführt. Entscheidend ist dabei, daß zwei ansteigende Flanken, unterbrochen durch die Erkennung einer abfallenden Flanke festgestellt werden müssen als Kennzeichnung einer Vollschwingung der Netzfrequenz. Im Flußdiagramm wird bei 1 eine ansteigende Flanke, zuge­ ordnet dem Beginn der Sinuswelle im unteren Teil der Figur, erkannt, wobei die Auswertung jeweils nach Über­ schreiten einer Schwelle erfolgt. Es wird der Zähler im Mikroprozessor gestartet. Bei 2 wird eine abfallende Flanke bei Unterschreiten der Schwelle festgestellt und im Flußdiagramm wird nunmehr auf die nächste ansteigende Flanke und deren Überschreiten des Schwellwertes gewartet. Dieser Zeitpunkt 3 bedeutet das Ende einer Vollschwingung der Netzfrequenz und der Zähler wird angehalten, ausge­ lesen und anschließend diskriminiert. Ist der Zähler­ stand < 15 aber nicht < 18, so ist dies das Zeichen für das Vorliegen einer Netzfrequenz von 60 Hz. Ist der Zählerstand hingegen < 18 aber < 21, so ist dies das Anzeichen des Vorhandenseins einer Netzfrequenz von 50 Hz. Ist der Zählerstand jedoch < 21 oder < 15, so liegen irreguläre Verhältnisse vor und der Mikropro­ zessor startet einen erneuten Durchlauf, um die Netz­ frequenz zu erkennen. Die Umschaltung eines Frequenz­ teilers 9 erfolgt dann entsprechend Fig. 1.

Die Erfindung ist grundsätzlich bei allen digital ar­ beitenden elektronischen Geräten mit Netzversorgung an­ wendbar, insbesondere ist ihre Anwendung bei elektro­ nischen Herdschaltuhren vorgesehen.

Claims (6)

1. Digital arbeitendes elektronisches Gerät, welches Netzfrequenzen von 50 Hz oder 60 Hz selbsttätig verarbeitet, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vollwelle der Netzfrequenz zur Erzeugung eines Vergleichsimpulses herangezogen wird, daß ferner mit Beginn bis Ende des Vergleichsimpulses eine von der Netzfrequenz unabhängig erzeugte Impuls­ folge wesentlich höherer Frequenz als die Netzfre­ quenz in einen Zähler (6) eingezählt wird und der Zählerinhalt anschließend an einem etwa 55 Hz zugeordneten Grenzwert diskriminiert wird und daß schließlich, abhängig von dem Ergebnis, ein der Frequenz 50 Hz zugeordnetes erstes Signal oder ein der Frequenz 60 Hz zugeordnetes zweites Signal er­ zeugt werden, welche Signale einen Frequenzteiler (9) entsprechend entweder auf ein Teilerverhältnis von 50 : 1 oder 60 : 1 umschalten, so daß an dessen Ausgang, unabhängig von der Netzfrequenz, Impulse gleich­ bleibender Frequenz für die Taktversorgung des Gerätes entstehen.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausblendung von Störungen der Schwingung der Netzfrequenz ein Schwellwert erzeugt wird, oberhalb dessen die Erzeugung und Beendigung des Vergleichs­ impulses beginnt.

3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwert an einem Komparator (1) erzeugt wird.

4. Gerät nach den Ansprüchen 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des Vergleichsimpulses die Netz­ frequenz einem Monoflop (2) und einem diesem nachge­ schalteten Frequenzteiler (3) zugeführt wird.

5. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Impulsgenerator (5) mit einem von der Netz­ frequenz unabhängigen Zeitnormal wie z.B. Quarz­ oder Keramikschwinger, zur Erzeugung der Impuls­ folge vorgesehen ist.

6. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Steuerung durch einen Mikro­ prozessor realisiert ist.